本技术涉及激光在线检测及工业互联网，特别是涉及一种远程通信的集成化微型原位激光探针成分分析系统。
背景技术：
1、首先，在原位检测技术中，对物质元素的分布情况及组织结构分析，具有重要意义。现有的小型化激光探针成分分析设备，不具有空间扫描分析功能，仅能够实现单点积累或多点平均的元素定性和定量分析；其次，原位检测的现场通常远离城市，部分原位检测环境处于深地、深空或深海，人员难以触及且环境恶劣，对检测设备的尺寸、重量、稳定性和抗冲击性，以及实时探测和分析能力，提出极高的要求。然而，现有的小型化激光探针成分分析设备，受限于尺寸和功耗设计，采用了较小的存储器和运算器，仅能够实现小批量数据或离散数据的分析。当面对爆炸式增长的数据，动辄一次分析就能够获取数个gb的数据，对小型化激光探针成分分析设备的数据存储和运算能力带来巨大挑战；第三，用户往往希望能够实时获取原位现场的数据或设备状态信息。然而，现有的小型化激光探针成分分析设备不具备网络功能，现场数据到达用户需要更久的时间，这对于资源勘探决策分析和生产效率的提升是极为不利的。
技术实现思路
1、为克服现有技术存在的技术缺陷，本技术提供一种远程通信的集成化微型原位激光探针成分分析系统，解决现有设备集成度低功能单一以及不具备在线和远程通信功能，难以实现大数据分析和存储，特别是体积元素可视化分析的问题。
2、本发明的技术方案实现如下：
3、本发明提供一种远程通信的集成化微型原位激光探针成分分析系统，包括
4、成分分析设备，用于利用激光原位获取样品的光谱信息数据以及成分信息并实时传输；
5、网络通信系统，用于通过工业互联网实时接收样品的光谱信息数据以及成分信息，并存储、处理，运用联邦学习技术实现不同区域数据的共享分析。
6、在本发明的集成化微型原位激光探针成分分析系统中，所述成分分析设备包括
7、微片激光器，用于激光束输出；
8、光谱采集系统，用于采集激光脉冲烧蚀样品形成的等离子体发射光谱信号；
9、光谱分析系统，用于接收所述等离子体发射光谱信号并根据所述等离子体发射光谱信号生成光谱信息数据；以及
10、时序脉冲控制系统，用于控制所述微片激光器和所述光谱分析系统。
11、在本发明的集成化微型原位激光探针成分分析系统中，所述成分分析设备还包括光束扫描系统，所述光束扫描系统安装在微片激光器激光发射窗口的前端，用于控制所述微片激光器发射激光束的传输方向，实现面扫描，并聚集激光束以使焦点位置处形成高能量密度的聚集光点。
12、在本发明的集成化微型原位激光探针成分分析系统中，所述光束扫描系统包括
13、至少一激光反射镜，用于反射所述微片激光器发射的激光束；
14、至少一第一电机滑动模组，用于一一对应带动所述激光反射镜滑动，控制所述微片激光器发射的激光束在与激光传输方向垂直的平面空间内实现面扫描；
15、聚焦光学镜头，用于将每一所述激光反射镜反射的激光束进行聚焦；
16、第二电机滑动模组，用于带动所述聚焦光学镜头滑动以使聚焦光学镜头的焦点位置处形成高能量密度的聚焦光点；以及
17、所述光束扫描系统还配置闭环驱动器，所述闭环驱动器与每一所述第一电机滑动模组和所述第二电机滑动模组相连接，用于驱动每一所述第一电机滑动模组和所述第二电机滑动模组往复运动，并接收每一所述第一电机滑动模组和所述第二电机滑动模组的实时位置信息，实现每一所述第一电机滑动模组和所述第二电机滑动模组的运动过程的闭环控制。
18、在本发明的集成化微型原位激光探针成分分析系统中，所述成分分析设备还包括片上中央处理器，所述时序脉冲控制系统具有2路时序脉冲信号输出，所述时序脉冲控制系统与所述片上中央处理器通过串行总线相连，所述片上中央处理器通过串行总线向所述时序脉冲控制系统发送控制指令，控制2路时序脉冲信号，包括控制输出脉宽、重频频率和/或起始延迟；
19、所述闭环驱动器与所述片上中央处理器通过串行总线相连，所述片上中央处理器通过串行总线向闭环驱动器发送控制指令，控制所述第一电机滑动模组和所述第二电机滑动模组的运动速度、运动距离和/或运动轨迹；
20、所述光谱分析系统与所述片上中央处理器通过串行总线相连，所述片上中央处理器通过串行总线向光谱分析系统发送控制指令，控制所述光谱分析系统的光谱采集时间延迟、光谱采集门宽、光谱积分次数和/或采集次数；所述片上中央处理器还通过串行总线接收所述光谱分析系统生成到的光谱信息数据，根据所述光谱信息数据进行定性和定量分析输出样品的成分信息，包括样品的元素种类、体积含量和表面分布信息以及对应的光谱图像信息。
21、在本发明的集成化微型原位激光探针成分分析系统中，所述成分分析设备还包括微距成像系统，所述微距成像系统用于采集样品表面实景图像信息；所述微距成像系统与所述片上中央处理器通过串行总线相连，所述片上中央处理器通过串行总线向所述微距成像系统发送控制指令，控制所述微距成像系统的图像帧频、成像参数，所述片上中央处理器通过串行总线接收所述微距成像系统采集到的样品表面实景图像信息，并将微距成像系统采集到的样品表面实景图像信息与光谱分析系统采集的样品的光谱图像信息融合，实现多维度信息可视化。
22、在本发明的集成化微型原位激光探针成分分析系统中，所述成分分析设备还包括激光测距系统，所述激光测距系统用于样品分析过程的精确定位；所述激光测距系统与所述片上中央处理器通过串行总线相连，所述片上中央处理器通过串行总线向激光测距系统发送控制指令，控制所述激光测距系统的开关；所述片上中央处理器还通过串行总线接收激光测距系统测量的聚焦光学镜头至样品表面的距离信息，所述片上中央处理器将该距离信息以位置指令的方式通过串行总线发送给闭环驱动器，所述第二电机滑动模组接收到闭环驱动器的位置指令后，带动聚焦光学镜头运动到指定位置，使激光聚焦到样品表面的最佳烧蚀位置。
23、在本发明的集成化微型原位激光探针成分分析系统中，所述成分分析设备还包括
24、存储器，用于存储所述微片激光器、闭环驱动器、光谱分析系统、时序脉冲控制系统、微距成像系统和激光测距系统的参数设置信息，以及用于存储光谱分析系统输出的光谱信息数据、所述片上中央处理器处理后的信息、以及所述网络通信系统需要传输至所述成分分析设备的存储数据，该需要传输至所述成分分析设备的存储数据包括存储在网络通信系统的历史光谱信息数据和成分信息、通过历史光谱信息数据和成分信息训练得到的预测模型、和/或网络通信系统为成分分析设备提供算力支持获取的数据结果，所述存储器与所述片上中央处理器通过总线相连；
25、显示屏，用于人机交互和显示软件界面，所述显示屏与片上中央处理器通过总线相连；
26、供电系统，包括电池和和电池管理系统，用于为成分分析设备提供电能，并通过电池管理系统对电池的电量进行管理和分配，所述电池系统与片上中央处理器通过总线相连，所述片上中央处理器通过总线向电池管理系统输入指令，实时调整优化电池管理系统对电池电能的调度；所述电池管理系统通过总线将电池的电量信息实时传输至片上中央处理器，并通过总线在显示屏上显示电量。
27、在本发明的集成化微型原位激光探针成分分析系统中，所述光谱采集系统的聚焦焦点与聚焦光学镜头的聚焦焦点重合，使所述聚焦光学镜头聚焦形成的高能量激光脉冲烧蚀样品形成的等离子体发射光谱信号被光谱采集系统所收集；
28、所述光谱采集系统与所述光谱分析系统通过玻璃光纤连接；
29、所述时序脉冲控制系统分别与微片激光器和光谱分析系统通过两根同轴电缆相连。
30、在本发明的集成化微型原位激光探针成分分析系统中，所述网络通信系统包括远程数据服务中心、私有数据服务中心和5g基站，
31、所述5g基站用于连接多个成分分析设备、私有数据服务中心和远程数据服务中心，构成一个多节点的远程通信网络系统；
32、所述私有数据服务中心通过交换机和5g基站与多台成分分析设备相连，构成小型局域网；所述小型局域网用于某一个地域样品的光谱信息数据和成分信息存储和分析；
33、所述远程数据服务中心通过交换机和5g基站与多个私有数据服务中心以及多台成分分析设备相连，构成大型局域网；所述大型局域网用于多个地域的样品的光谱信息数据和成分信息存储和分析；
34、所述私有数据服务中心和所述远程服务中心的分析包括根据历史光谱信息数据和成分信息训练得到的预测模型、和/或为成分分析设备提供算力支持获取的数据结果；
35、所述私有数据服务中心和远程数据服务中心采用了联邦学习技术；
36、所述成分分析设备还包括5g模块，用于成分分析设备与远程数据服务中心进行实时高速通信和数据交换，所述5g模块与所述片上中央处理器通过总线相连。
37、综上所述，本技术的有益效果是：
38、(1)本发明的成分分析设备，具有尺寸小，设备集成度高，功能多样化，适宜在极特殊地域和狭窄空间进行部署，也更加适宜操作人员长时间手持作业，实现极端条件下的原位成分检测，具有很高的成分分析的稳定性和恶劣环境的适应能力，以及续航、实时结果分析和全元素分析的能力；
39、(2)本发明的成分分析设备，首次与远程通信网络技术相结合，利用5g网络设施的大数据传输能力，提高了成分分析设备的数据通量，以及数据处理能力和分析效率，满足“原位、在线、实时、全元素分析”；
40、(3)本发明的成分分析设备，集成了光束扫描系统、微距成像系统和激光测距系统，可以对样品表面进行可视化分析和元素的面扫描分析，在激光测距系统的闭环控制下，提高了聚焦激光束在样品表面的烧蚀稳定性，大幅改善了样品元素定性和定量分析的稳定性；同时，通过gpu图像处理技术，微距成像系统拍摄的样品表面形貌图像能够与元素面扫描图像进行融合处理，获得体积元素图像，大幅改善了样品表面元素分布的可视化程度，对进一步分析样品的晶间结构具有显著作用；
41、(4)本发明的远程通信集成化微型原位激光探针成分分析系统，首次运用了联邦学习技术，解决数据隐私、安全，以及数据孤岛问题；联邦学习技术能够实现多个数据来源共同参与模型训练时，不需要进行原始业务数据流转(原始数据仍在本地)，仅通过交互模型中间参数进行模型联合训练，实现了一种“数据可用不可见”的数据应用新模式，这将为成分分析设备的普及应用奠定基础，对充分发挥成分分析系统在矿石、能源及土壤资源原位勘探领域的应用提供潜力。
1.一种远程通信的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，所述成分分析设备包括
3.根据权利要求2所述的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，所述成分分析设备还包括光束扫描系统，所述光束扫描系统安装在微片激光器激光发射窗口的前端，用于控制所述微片激光器发射激光束的传输方向，实现面扫描，并聚集激光束以使焦点位置处形成高能量密度的聚集光点。
4.根据权利要求3所述的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，所述光束扫描系统包括
5.根据权利要求4所述的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，所述成分分析设备还包括片上中央处理器，所述时序脉冲控制系统具有2路时序脉冲信号输出，所述时序脉冲控制系统与所述片上中央处理器通过串行总线相连，所述片上中央处理器通过串行总线向所述时序脉冲控制系统发送控制指令，控制2路时序脉冲信号，包括控制输出脉宽、重频频率和/或起始延迟；
6.根据权利要求5所述的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，所述成分分析设备还包括微距成像系统，所述微距成像系统用于采集样品表面实景图像信息；所述微距成像系统与所述片上中央处理器通过串行总线相连，所述片上中央处理器通过串行总线向所述微距成像系统发送控制指令，控制所述微距成像系统的图像帧频、成像参数，所述片上中央处理器通过串行总线接收所述微距成像系统采集到的样品表面实景图像信息，并将微距成像系统采集到的样品表面实景图像信息与光谱分析系统采集的样品的光谱图像信息融合，实现多维度信息可视化。
7.根据权利要求6所述的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，所述成分分析设备还包括激光测距系统，所述激光测距系统用于样品分析过程的精确定位；所述激光测距系统与所述片上中央处理器通过串行总线相连，所述片上中央处理器通过串行总线向激光测距系统发送控制指令，控制所述激光测距系统的开关；所述片上中央处理器还通过串行总线接收激光测距系统测量的聚焦光学镜头至样品表面的距离信息，所述片上中央处理器将该距离信息以位置指令的方式通过串行总线发送给闭环驱动器，所述第二电机滑动模组接收到闭环驱动器的位置指令后，带动聚焦光学镜头运动到指定位置，使激光聚焦到样品表面的最佳烧蚀位置。
8.根据权利要求7所述的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，所述成分分析设备还包括
9.根据权利要求4所述的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，所述光谱采集系统的聚焦焦点与聚焦光学镜头的聚焦焦点重合，使所述聚焦光学镜头聚焦形成的高能量激光脉冲烧蚀样品形成的等离子体发射光谱信号被光谱采集系统所收集；
10.根据权利要求5所述的集成化微型原位激光探针成分分析系统，其特征在于，所述网络通信系统包括远程数据服务中心、私有数据服务中心和5g基站，
