РУЧНОЙ АНАЛИЗАТОР И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ, ОСНОВАННЫЙ НА СПЕКТРОСКОПИИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ПРОБОЕМ ВЫСОКОИОНИЗИРОВАННОЙ ПЛАЗМЫ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

1. Способ измерения концентрации элементов с использованием ручного анализатора, предусматривающий
включение импульсного лазера, и тем самым выдачу пачки импульсов с частотой повторения от 0,1 до 50 кГц, причем каждый импульс характеризуется длительностью от 0,01 до 1,5 нс и энергией 50-1000 мкДж;
фокусирование лазерного пучка на анализируемый образец без присутствия инертных газов, и тем самым генерирование высокоионизированной плазмы при высокой температуре, излучающей характеристические спектры в требуемом диапазоне длин волн;
сканирование сфокусированным лазерным пучком по зоне образца для генерирования плазмы в каждом месте в пределах зоны одиночным импульсом, и тем самым непрерывное фокусирование лазерного пучка на образце; и
сбор излучения плазмы в спектрометре, и тем самым создание выходного сигнала; и
обработку выходного сигнала, и тем самым измерение концентрации элементов, включая углерод, присутствующих в образце, причем концентрацию углерода измеряют в генерированной плазме, используя спектральную линию двукратно заряженных ионов углерода в диапазоне длин волн, включающем длину волны 229,687 нм.
2. Способ по п. 1, в котором сфокусированный лазерный пучок является по существу дифракционно-ограниченным, излучаемым в диапазоне длин волн 1,5-1,6 мкм, и характеризуется пятном пучка на поверхности образца в пределах 5-60 мкм.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере один спектрометр характеризуется разрешением в диапазоне 1-200 пикометров в диапазоне длин волн 170-800 нм.
4. Способ по п. 1, в котором элементы, присутствующие в образце, включают в себя углеродистые стали, причем концентрацию углерода в углеродистых сталях измеряют с порогом чувствительности около 0,01%, а концентрацию других элементов, обычно присутствующих в углеродистых сталях, измеряют с порогом чувствительности ниже 0,01%, причем другие элементы включают в себя Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Ti, V, Cu и Al, и способ дополнительно предусматривает определение марки стали.
5. Способ по п. 1, дополнительно предусматривающий отображение результатов измерений концентраций элементов.
6. Способ по п. 1, дополнительно предусматривающий автоматическое фокусирование сфокусированного лазерного пучка при сканировании.
7. Ручной анализатор для измерения концентрации элементов без использования продувочных газов, содержащий
импульсный лазерный источник, предназначенный для выдачи пачки импульсов сигнального светового излучения с сигнальной длиной волны с частотой повторения импульсов 0,1-50 кГц, причем каждый из импульсов светового сигнала характеризуется длительностью 0,01-1,5 нс и энергией 50-1000 мкДж;
фокусирующую линзу или комбинацию линз, на которую или которые падает каждый импульс и которая выполнена или которые выполнены с возможностью управляемого смещения по пути распространения для фокусирования импульсов сигнального светового излучения в фокальное пятно на образце, чтобы лазер генерировал высокоионизированную плазму при высокой температуре, излучающую характеристические спектры, причем фокальное пятно варьирует в пределах 5-60 мкм;
сканнер, предназначенный для сканирования сфокусированным пучком по поверхности образца для генерирования плазмы в каждом облученном месте поверхности одиночным импульсом;
по меньшей мере один спектрометр, предназначенный для получения излучения из плазмы, выдачи информации, описывающей спектры, и генерирования выходного сигнала; и
процессор для обработки выходного сигнала и тем самым измерения концентрации элементов, включая углерод, присутствующих в образце, причем концентрация углерода измеряется в генерированной плазме с использованием линии двукратно заряженных ионов углерода в диапазоне длин волн, включающем длину волны 229,687 нм.
8. Ручной анализатор по п. 7, в котором лазерный источник содержит
лазер с пассивной модуляцией добротности, содержащий:
легированную иттербием (Yb) твердотельную усиливающую среду, выдающую световое излучение накачки с основной длиной волны и оснащенную входным зеркалом с высокой отражательной способностью при основной длине волны;
выходное зеркало с высокой отражательной способностью при основной длине волны, образующее вместе с входным зеркалом лазерный резонатор для основного излучения;
насыщаемый абсорбер, предназначенный для генерирования импульсов светового излучения накачки и расположенный в лазерном резонаторе между входным зеркалом и выходным зеркалом; и
оптический параметрический генератор (ОПГ), расположенный следующим за насыщаемым абсорбером и конструктивно исполненный с резонатором, образованным между выходным зеркалом и вторым зеркалом, прозрачным при основной длине волны, причем ОПГ содержит нелинейный кристалл, расположенный в резонаторе для частотного преобразования основного излучения в сигнальное световое излучение с сигнальной длиной волны, которая длиннее основной длины волны, причем второе зеркало характеризуется высокой отражающей способностью при сигнальной длине волны, в то время как выходное зеркало при сигнальной длине волны является частично прозрачным.
9. Ручной анализатор по одному из пп. 7 или 8, дополнительно содержащий источник накачки, накачивающий легированную иттербием (Yb) твердотельную усиливающую среду с длиной волны поднакачки 930-950 нм, причем легированная иттербием твердотельная усиливающая среда включает в себя кристалл Yb:YAG, работающий с основной длиной волны в диапазоне 1020-1040 нм, оптический абсорбер представляет собой кристалл Cr:YAG, а нелинейный кристалл представляет собой кристалл KTP, KTA, RTP или RTA с некритическим синхронизмом, генерирующий длину волны сигнального светового излучения в пределах 1500-1600 нм.
10. Ручной анализатор по п. 7, в котором насыщаемый абсорбер представляет собой кристалл Cr:YAG, характеризующийся разрезом под углом 110° для поляризации основной длины волны при обесцвечивании.
11. Ручной анализатор по п. 7, содержащий блок расширителя пучка-сканнера, на который падает сигнальное излучение, расширяющееся на выходе расширителя пучка, содержащий
трубку расширителя пучка, содержащую оптические компоненты,
по меньшей мере один электродвигатель, установленный на трубке расширителя пучка, содержащий вал, вращающийся вокруг оси,
неуравновешенный (эксцентриковый) груз, установленный на валу, чтобы вызывать угловое смещение электродвигателя относительно оси,
неподвижную опору, прикрепленную к шасси лазера,
упругое соединительное устройство, расположенное между неподвижной опорой и трубкой расширителя пучка,
причем трубка расширителя пучка изменяет свое угловое положение относительно оси выходного пучка лазера в результате изменения направления пучка в соответствии с величиной входного напряжения электродвигателя.
12. Ручной анализатор по п. 11, в котором схема сканирования является функцией напряжения, прикладываемого к электродвигателю, и времени прикладывания напряжения.
13. Ручной анализатор по п. 12, в котором указанная схема обеспечивает равномерное распределение фокальных пятен на поверхности.