第34卷，第9期 2014年9月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
激光诱导击穿光谱脉冲激光功率锁定的研究
Vol. 34,No. 9 -pp2342-2345
September, 2014
王鑫，黄丹，樊娟娟，张雷*，马维光，董磊，尹王保，贾锁堂
量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西大学激光光谱研究所，山西太原030006
摘要激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdownspectroscopy，LIBS）在煤质在线监测方面展现了突出题，建立了闭环负反馈式脉冲激光功率锁定装置，采用激光功率负反馈信号控制和锁定Nd：YAG激光器输出功率。实验研究广不同分光比例脉冲微光器锁定在设定输出功率，同一分光比例微光器锁定在不同输出功率以及长时间运行时的功率锁定。结果表明，不同的分光比例对激光输出功率的锁定效果影响不大，分光比例越小，稳定速度越快：同一分光比例实现微光脉冲功率不同预设值的锁定以及在长时间运行时，采用此
装置进行功率锁定后，激光输出功率处于预设区间内，RSD值由自由运行时的2.4%降低至1.1%。关键词激光诱导击穿光谱；分光比例；PID控制；激光功率锁定；设定区间
中图分类号：0433.5文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2014 )09-2342-04
的研究[-12]，课题组也已开发出了应用于煤电行业的煤质在线激光监测成套设备并进行了工业现场试验口3-15]，但仍然存在着一些驱待解决的关键间题，例如LIBS的长期测量的稳
选煤厂的洗选配加工是降低煤炭运输成本和提高煤炭利用率的重要手段，而煤质分析对于合理指导其各个环节生产和提高煤炭产晶合格率具有重要意义。目前，洗煤厂采用的常规煤质分析方法工序复杂且耗时长：无法及时指导生产。在线分析主要采用射线分析仪-3}，其工作原理为中子活化分析法，即采用中子源轰击煤样，通过所产生的丫射线来进行定量分析，但因设备体积庞大、价格昂贵、有核辐射、日常维护保难度高等因素，难以被用户接受。可见，当前各种检测方法难以满足选煤厂煤质检测的要求，研发有效的煤质在线监测设备并将其与洗煤机形成闭环控制系统，通过合理调整风量、变频调速等参数来提高精煤产率和洗选能力，已是当务之急，
激光诱导击穿光谱(LIBS)具有分析速度快、多种元素同时分析、适应性好、无辐射、成本低、安装简易以及对样品的尺寸、形状及物理性质要求不严等优势，适合于选煤厂的煤质在线监测。目前国内外在LIBS煤质检测领域已有较多
收稿日期：2013-09-29，修订日期：2014-01-28
定性。由于长期测量稳定性是判断检测技术及仪器可靠性的重要标准，也决定着仪器校正及维护周期的长短。LIBS的长期测量稳定性取决于以下因系：热效应引起的CCD波长漂移和感光率变化、镜片消污、振动产生微位移、环境湿度等因素，可以通过加温控、确振及密封充气等方法克服：而作为LIBS激发源的调Q式脉冲激光器，会由于氙灯或电源模块老化使激光器电光转换效率降低、调Q晶体潮解以及热形变等因素，使激光器的输出功率产生慢漂移，导致后续的定量分析精度降低，缩短了调校周期。因此，有必要锁定激光功率以抑制脉冲激光功率慢漂移，从而保证系统的长期测量稳定性。
采用激微光功率负反馈控制技术，通过将激光器输出功率的实时监测数据负反馈至计算机中进行比较，并通过PID控制[16]及时调整激光电源中氙灯供电电压来纠正功率偏离，使激光输出功率始终位于设定区间内，实现整套实验装置中 Nd：YAG微光器输出功率的长期锁定
基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2012CB921603），国家自然科学基金项目（61275213，61205216，61127017，
61178009，61108030，61378047，60908019），国家科技支撑计划项目（2013BAC14B01），山西省青年科学基金项目（2013021004-1，2010021003-3，2012021022-1），长江学者和创新团队发展计划项目（IRT13076），山西省回国留学人员科研项目（2013-011)和山西省留学回国人员科技活动资金项目资助
作者简介：王鑫，1988年生，山西大学激光光谱研究所硕士研究生
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e-mail : k1226@ sxu .edu -cn; ywb65@ sxu -edu .en
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