RU115486U1 - DEVICE FOR CONTACTLESS IDENTIFICATION OF SUBSTANCES AND / OR DETERMINATION OF CONCENTRATIONS OF SUBSTANCES IN THE COMPOSITION OF MULTICOMPONENT MIXTURE - Google Patents
DEVICE FOR CONTACTLESS IDENTIFICATION OF SUBSTANCES AND / OR DETERMINATION OF CONCENTRATIONS OF SUBSTANCES IN THE COMPOSITION OF MULTICOMPONENT MIXTURE Download PDFInfo
- Publication number
- RU115486U1 RU115486U1 RU2011141358/28U RU2011141358U RU115486U1 RU 115486 U1 RU115486 U1 RU 115486U1 RU 2011141358/28 U RU2011141358/28 U RU 2011141358/28U RU 2011141358 U RU2011141358 U RU 2011141358U RU 115486 U1 RU115486 U1 RU 115486U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- source
- spectral
- radiation
- signal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
1. Устройство бесконтактной идентификации веществ и/или определения концентраций веществ, входящих в состав многокомпонентной смеси, состоящее из: ! 1) источника возбуждающего излучения, состоящего, по меньшей мере, из одного монохроматического источника; ! 2) системы узкополосных фильтров; ! 3) светоделительного узла для разделения возбуждающего излучения и света, собранного объективом (4) от исследуемого образца; ! 4) высокоапертурного объектива, в фокусе которого располагается исследуемое вещество или многокомпонентная смесь; ! 5) системы оптических фильтров; ! 6) оптической системы, подводящей оптический сигнал от образца к спектральному устройству (7); ! 7) спектрального устройства для спектрального разложения сигнала; ! 8) фоточувствительного детектора для регистрации спектра; ! 9) схемы считывания, усиления, обработки электрического сигнала с фоточувствительного детектора (8); ! 10) схемы аналогово-цифрового преобразования для получения цифрового представления сигнала со схемы считывания, усиления, обработки электрического сигнала (9); ! 11) системы цифровой обработки, сравнения и распознавания спектров; ! при этом источник возбуждающего излучения по оптическому пути связан с системой узкополосных фильтров, светоделительным узлом, высокоапертурным объективом, веществом или многокомпонентной смесью, через указанный светоделительный узел с системой оптических фильтров, оптической системой, подводящей оптический сигнал от образца к спектральному устройству, спектральным устройством и фоточувствительным детектором, соединенным со схемой считывания, усиления, обработки электрического сигнала с фоточувс� 1. A device for non-contact identification of substances and / or determination of the concentration of substances included in the composition of a multicomponent mixture, consisting of:! 1) a source of exciting radiation, consisting of at least one monochromatic source; ! 2) systems of narrow-band filters; ! 3) a beam splitting unit for separating the exciting radiation and the light collected by the objective (4) from the sample under study; ! 4) a high-aperture objective, in the focus of which the investigated substance or multicomponent mixture is located; ! 5) optical filter systems; ! 6) an optical system supplying an optical signal from a sample to a spectral device (7); ! 7) a spectral device for spectral decomposition of the signal; ! 8) photosensitive detector for spectrum registration; ! 9) circuits for reading, amplifying, processing an electrical signal from a photosensitive detector (8); ! 10) circuits of analog-to-digital conversion for obtaining a digital representation of a signal from a circuit for reading, amplifying, processing an electrical signal (9); ! 11) systems for digital processing, comparison and recognition of spectra; ! in this case, the source of exciting radiation along the optical path is connected with a system of narrow-band filters, a beam-splitting unit, a high-aperture lens, a substance or a multicomponent mixture, through the specified beamsplitting unit with a system of optical filters, an optical system supplying an optical signal from a sample to a spectral device, a spectral device and a photosensitive a detector connected to a circuit for reading, amplifying, processing an electrical signal from a photosensor
Description
Область техники.The field of technology.
Полезная модель относится устройствам для идентификации различных веществ, а именно к устройствам для бесконтактной идентификации веществ и/или определения концентраций веществ, входящих в состав многокомпонентной смеси. Основными областями применения устройства являются: медицина (анализ крови в реальном времени, обнаружение раковой ткани на начальной стадии, проведения контроля подлинности лекарственных препаратов в реальном времени), обнаружение взрывчатых и наркотических веществ (в том числе и в воздухе), экомониторинг (контроль малых концентраций нефти и нефтепродуктов в водах океана для определения мест загрязнений), контроль состава нефти в реальном времени с целью предварительной сортировки, криминалистика, контроль качества на производстве, проверка подлинности драгоценных камней, геология и археология.The utility model relates to devices for identifying various substances, namely, devices for contactless identification of substances and / or determination of concentrations of substances that make up a multicomponent mixture. The main areas of application of the device are: medicine (real-time blood analysis, detection of cancerous tissue at the initial stage, real-time monitoring of the authenticity of drugs), detection of explosive and narcotic substances (including in the air), eco-monitoring (control of low concentrations oil and oil products in the waters of the ocean to determine the places of pollution), real-time monitoring of oil composition for the purpose of preliminary sorting, forensics, production quality control, verification of the authenticity of precious stones, geology and archeology.
Уровень техники.The level of technology.
Большинство существующих методов анализа состава веществ требуют предварительной обработки тестируемых образцов, что приводит к резкому увеличению затрат труда и времени, а также часто необратимо разрушает продукт. Кроме того, в большинстве случаев для проведения подобных анализов требуется громоздкое, дорогое и достаточно хрупкое оборудование, требующее специалистов высокого уровня для его использования и транспортировки. Все эти факторы приводят к резкому увеличению стоимости одного теста и времени, необходимого для его проведения. Также существуют немалые трудности при создании мобильных тестовых установок. Примером таких устройств являются передвижные лаборатории контроля бензина на бензозаправках, использующие для своих тестов хромотографические колонки.Most existing methods for analyzing the composition of substances require preliminary processing of the tested samples, which leads to a sharp increase in labor costs and time, and also often irreversibly destroys the product. In addition, in most cases, such analyzes require bulky, expensive, and quite fragile equipment that requires high-level specialists to use and transport. All these factors lead to a sharp increase in the cost of one test and the time required to conduct it. There are also considerable difficulties in creating mobile test installations. An example of such devices are mobile gas control laboratories at gas stations, using chromatographic columns for their tests.
Методы химического анализа нередко требуют наличие дорогостоящих реактивов, что еще более увеличивает себестоимость одного анализа, а иногда приводит к необходимости использования большого количества исследуемого вещества для проведения одного теста. Также стоит отметить, что во многих приложениях (например, контроль подлинности музейных экспонатов) разрушение исследуемого образца недопустимо.Chemical analysis methods often require expensive reagents, which further increases the cost of one analysis, and sometimes leads to the need to use a large amount of the test substance for one test. It is also worth noting that in many applications (for example, authentication of museum exhibits), the destruction of the test specimen is unacceptable.
Все вышеописанное приводит к невозможности использования методов, требующих непосредственного контакта исследуемого образца с тестером. Наряду с этим становится очевидной актуальность развития бесконтактных методов анализа химического состава веществ.All of the above makes it impossible to use methods that require direct contact of the test sample with the tester. Along with this, the relevance of the development of non-contact methods for the analysis of the chemical composition of substances becomes obvious.
Одними из наиболее просто реализуемых методов, позволяющих создать бесконтактные методики, являются оптические, поскольку позволяют вынести область взаимодействия с образцом за пределы установки, сфокусировав лазерный пучок.One of the most easily implemented methods for creating non-contact techniques is optical, since they allow the region of interaction with the sample to be moved outside the setup by focusing the laser beam.
Применительно к анализу веществ, весьма перспективными являются оптические методы, основанные на эффекте рамановского рассеяния, поскольку получаемый в результате спектр, определяется вибрационными степенями, свободы молекулы, формируя таким образом своеобразный «отпечаток пальцев» каждого конкретного вещества. Поскольку интенсивность линий в рамановском спектре зависит от концентрации вещества в смеси, то этот эффект открывает перспективы не только для определения набора компонент в исследуемом образце, но и их мольной доли.With regard to the analysis of substances, optical methods based on the Raman scattering effect are very promising, since the resulting spectrum is determined by the vibrational degrees of freedom of the molecule, thus forming a kind of “fingerprint” of each specific substance. Since the line intensity in the Raman spectrum depends on the concentration of the substance in the mixture, this effect opens up prospects not only for determining the set of components in the sample under study, but also for their mole fraction.
Широко известны оптические системы, основанные на эффекте рамановского рассеяния, для анализа состава веществ.Widely known are optical systems based on the Raman scattering effect for analyzing the composition of substances.
Так, в уровне техники известно устройство для обнаружения взрывчатого материала в образце (RU 2148825 C1, 10.05.2000), содержащее лазер для сканирования объекта, дихроичный фильтр, линзу или систему линз, предназначенных для фокусирования излучения на объект и сбора рассеянного света от объекта, узкополосный фильтр, а также линзы для фокусирования рамановского рассеянного света на детектор, выполненный с возможностью реагирования на присутствие определенных компонентов заявленного объекта. Конструкция данного устройства позволяет в короткий промежуток времени при наличии в образце загрязнений обнаружить наиболее часто применяемые взрывчатые вещества, обладающие некоторыми фиксированными линиями в спектре, которые задаются узкополосным фильтром.So, in the prior art there is known a device for detecting explosive material in a sample (RU 2148825 C1, 05/10/2000), comprising a laser for scanning an object, a dichroic filter, a lens or a system of lenses designed to focus radiation on an object and collect the scattered light from the object, a narrow-band filter, as well as lenses for focusing Raman scattered light on a detector configured to respond to the presence of certain components of the claimed object. The design of this device allows in a short period of time in the presence of contaminants in the sample to detect the most commonly used explosives that have some fixed lines in the spectrum, which are set by a narrow-band filter.
Недостатком данного устройства является ограниченная область применения устройства в связи с тем, что устройство предназначено для идентификации определенной группы веществ с фиксированными спектральными линиями в узком диапазоне, и для обнаружения других веществ необходимо внесение изменений в конструкцию устройства.The disadvantage of this device is the limited scope of the device due to the fact that the device is designed to identify a certain group of substances with fixed spectral lines in a narrow range, and for the detection of other substances it is necessary to make changes to the design of the device.
Также известен неинвазивный рамановский сенсор для измерения по меньшей мере одного параметра образца, такого как, например, наличие или концентрация веществ, входящих в состав смеси (US 6064897 A, 16.05.2000), содержащий монохроматический источник света, предназначенный для облучения смеси, оптическую систему, подводящую оптический сигнал от образца к модулю детектирования, включающую систему дихроических зеркал и линзы, и соответственно, сам модуль детектирования. Устройство не позволяет получить весь спектр отраженного излучения, что ограничивает область использования устройства.A non-invasive Raman sensor is also known for measuring at least one parameter of a sample, such as, for example, the presence or concentration of substances included in a mixture (US 6064897 A, 05.16.2000) containing a monochromatic light source for irradiating the mixture, an optical system leading the optical signal from the sample to the detection module, including a system of dichroic mirrors and lenses, and accordingly, the detection module itself. The device does not allow to obtain the entire spectrum of reflected radiation, which limits the scope of use of the device.
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является устройство для определение молекулярного состава жидкости, основанное на рамановской спектроскопии (US 4781458 A, 01.11.1988). В устройстве используется конфокальная оптическая система: объектив одновременно собирает параллельный пучок света от источника монохроматического излучения в своем фокусе, где распложен образец, и собирает свет, излученный образцом, в параллельный пучок, который проходит через фильтр и систему линз и попадает в систему детектирования со средствами распознавания и обработки спектра. Для разделения светового пучка от источника монохроматического излучения и пучка, отраженного от образца, в устройстве используется дихроичное зеркало. Для подвода излучения к образцу и приема отраженного света в устройстве используется световод, который является неотъемлемой частью конструкции, что приводит к потере оптического сигнала. Спектральный анализ отраженного сигнала происходит либо в фильтре, либо в монохроматоре, которые вырезают из спектра узкую полосу. Таким образом, устройство может лишь измерить интенсивность излучения, попадающего в один узкий диапазон, либо сумму таких интенсивностей по нескольким диапазонам, что существенно ограничивает область его применения. Также измерение одной величины (интенсивности) накладывает жесткие требования к идентичности условий измерения. Кроме того, для корректной работы устройства набор веществ, которые могут присутствовать в растворе, ограничен. Поскольку, например, присутствие в растворе люминесцирующего вещества с широким спектром люминесценции, захватывающим изучаемую устройством линию, приведет к ложным показаниям устройства - наличию некоторой концентрации вещества с требуемой линией спектра, в то время как такого вещества может и не быть.The closest analogue of the claimed utility model is a device for determining the molecular composition of a liquid based on Raman spectroscopy (US 4781458 A, 01/01/1988). The device uses a confocal optical system: the lens simultaneously collects a parallel beam of light from a source of monochromatic radiation at its focus, where the sample is located, and collects the light emitted by the sample into a parallel beam that passes through the filter and lens system and enters the detection system with means spectrum recognition and processing. A dichroic mirror is used in the device to separate the light beam from the source of monochromatic radiation and the beam reflected from the sample. To supply radiation to the sample and receive reflected light, the device uses a light guide, which is an integral part of the design, which leads to the loss of the optical signal. Spectral analysis of the reflected signal occurs either in the filter or in the monochromator, which cut a narrow band from the spectrum. Thus, the device can only measure the intensity of radiation falling in one narrow range, or the sum of such intensities over several ranges, which significantly limits the scope of its application. Also, the measurement of a single quantity (intensity) imposes stringent requirements on the identity of the measurement conditions. In addition, for the correct operation of the device, the set of substances that may be present in the solution is limited. Since, for example, the presence in a solution of a luminescent substance with a wide luminescence spectrum that captures the line studied by the device will lead to false readings of the device - the presence of a certain concentration of a substance with the required spectral line, while such a substance may not exist.
Раскрытие полезной модели.Disclosure of a utility model.
Задача полезной модели - устранение перечисленных выше недостатков.The objective of the utility model is to eliminate the above disadvantages.
Технический результат - расширение арсенала технических средств, позволяющих производить бесконтактную идентификацию веществ и/или определять концентрации веществ, входящих в состав многокомпонентной смеси, повышение чувствительности к малым концентрациям, которая и определяет безошибочность распознавания веществ, повышение скорости работы.The technical result is the expansion of the arsenal of technical tools that allow for the non-contact identification of substances and / or determine the concentration of substances that make up the multicomponent mixture, increasing sensitivity to low concentrations, which determines the accuracy of recognition of substances, increasing the speed of work.
Технический результат достигается тем, что заявляемое устройство содержит источник возбуждающего излучения, состоящего, по меньшей мере, из одного монохроматического источника; систему узкополосных фильтров; светоделительный узел для разделения возбуждающего излучения и света, собранного объективом от исследуемого образца; высокоапертурный объектив, в фокусе которого располагается исследуемое вещество или многокомпонентная смесь; систему оптических фильтров; оптическую систему, подводящую оптический сигнал от образца к спектральному устройству; спектрального устройства для спектрального разложения сигнала; фоточувствительный детектор для регистрации спектра; схему считывания, усиления, обработки электрического сигнала с фоточувствительного детектора; схему аналогово-цифрового преобразования для получения цифрового представления сигнала со схемы считывания, усиления, обработки электрического сигнала; систему цифровой обработки, сравнения и распознавания спектров. При этом источник возбуждающего излучения по оптическому пути связан с системой узкополосных фильтров, светоделительным узлом, высокоапертурным объективом, веществом или многокомпонентной смесью, светоделительным узлом, системой оптических фильтров, оптической системой, подводящей оптический сигнал от образца к спектральному устройству, спектральным устройством и фоточувствительным детектором, соединенным со схемой считывания, усиления, обработки электрического сигнала с фоточувствительного детектора, который оцифровывается схемой аналогово-цифрового преобразования и обрабатывается системой цифровой обработки, сравнения и распознавания спектров, причем вещество или многокомпонентная смесь являются источником сигнала комбинационного рассеяния света и флюоресценции, светоделительный узел и система оптических фильтров выполнены с возможностью фильтрации оптического сигнала от релеевского рассеяния с длиной волны, совпадающей с длиной волны источника излучения, а система цифровой обработки, сравнения и распознавания спектров выполнена с возможностью сравнения исследуемого спектра вещества с по меньшей мере одним эталонным спектром.The technical result is achieved by the fact that the inventive device contains a source of exciting radiation, consisting of at least one monochromatic source; narrowband filter system; a beam splitting unit for separating the exciting radiation and the light collected by the lens from the test sample; high-aperture lens, in the focus of which is the investigated substance or multicomponent mixture; optical filter system; an optical system supplying an optical signal from a sample to a spectral device; a spectral device for spectral decomposition of a signal; photosensitive detector for spectrum recording; a scheme for reading, amplifying, processing an electrical signal from a photosensitive detector; an analog-to-digital conversion circuit for obtaining a digital representation of a signal from a reading, amplification, processing circuit of an electrical signal; system of digital processing, comparison and recognition of spectra. In this case, the source of exciting radiation through the optical path is connected with a system of narrow-band filters, a beam splitter, a high-aperture lens, a substance or a multicomponent mixture, a beam splitter, a system of optical filters, an optical system supplying an optical signal from a sample to a spectral device, a spectral device, and a photosensitive detector, connected to a circuit for reading, amplifying, processing an electrical signal from a photosensitive detector, which is digitized by my analog-to-digital conversion is processed by a system of digital processing, comparison and recognition of spectra, whereby a substance or a multicomponent mixture is a signal source of Raman scattering and fluorescence, the beam splitting unit and the optical filter system are capable of filtering the optical signal from Rayleigh scattering with a wavelength matching with the wavelength of the radiation source, and the system of digital processing, comparison and recognition of the spectra is configured to compare eniya investigated spectrum substance with at least one reference spectrum.
В предпочтительном варианте источник возбуждающего излучения дополнительно содержит, по меньшей мере, один монохроматический источник с другой длиной волны. Монохроматический источник может быть выполнен с возможностью изменения интенсивности и/или длины волны излучения. В качестве источника монохроматического излучения может быть выбран полупроводниковый лазер.In a preferred embodiment, the exciting radiation source further comprises at least one monochromatic source with a different wavelength. The monochromatic source may be configured to vary the intensity and / or wavelength of the radiation. A semiconductor laser can be selected as a source of monochromatic radiation.
В предпочтительном варианте выполнения устройства возбуждающее излучение может состоять из последовательности импульсов. При этом либо монохроматический источник является импульсным, либо между монохроматическим источником и светоделительным узлом находится, по меньшей мере, один оптический затвор.In a preferred embodiment of the device, the exciting radiation may consist of a train of pulses. In this case, either the monochromatic source is pulsed, or at least one optical shutter is located between the monochromatic source and the beam splitting unit.
В варианте выполнения, когда в качестве монохроматического источника используют полупроводниковый лазер, устройство может дополнительно содержать систему температурной стабилизации, позволяющую контролировать и изменять температуру лазера. Для изменения длины волны генерации лазера используют систему температурной стабилизации и систему питания лазера.In an embodiment, when a semiconductor laser is used as a monochromatic source, the device may further comprise a temperature stabilization system that allows monitoring and changing the temperature of the laser. To change the wavelength of the laser generation, a temperature stabilization system and a laser power system are used.
В предпочтительном варианте выполнения устройства система узкополосных фильтров и системы оптических фильтров содержат градиентные интерференционные фильтры для перестройки устройства на разные длины волн.In a preferred embodiment of the device, the narrow-band filter system and the optical filter system comprise gradient interference filters for tuning the device to different wavelengths.
В предпочтительном варианте выполнения устройства светоделительный узел представляет собой дихроичное зеркало. В других вариантах светоделительный узел может использовать пространственную разделенность пучка источника и пучка света, рассеянного от вещества или многокомпонентной смеси, или различие в поляризации для разделения пучка источника монохроматического излучения и пучка света, рассеянного от вещества или многокомпонентной смеси. Светоделительный узел может представлять собой зеркало, выполненное таким образом, что его размеры больше характерного размера пучка от источника, но меньше размеров пучка света, излученного веществом или многокомпонентной смесью, или зеркало, выполненное с участком без зеркального покрытия в центре таким образом, что размеры этого участка больше характерного размера пучка от источника, но меньше размеров пучка света, излученного веществом или многокомпонентной смесью.In a preferred embodiment, the beam splitting unit is a dichroic mirror. In other embodiments, the beam splitter may use the spatial separation of the source beam and the light beam scattered from the substance or multicomponent mixture, or the polarization difference to separate the beam of the monochromatic radiation source and the light beam scattered from the substance or multicomponent mixture. The beam splitting unit may be a mirror made in such a way that its dimensions are larger than the characteristic size of the beam from the source, but smaller than the size of the light beam emitted by the substance or multicomponent mixture, or a mirror made with a section without a mirror coating in the center so that the dimensions of this the area is larger than the characteristic size of the beam from the source, but smaller than the size of the light beam emitted by the substance or multicomponent mixture.
В предпочтительном варианте выполнения фоточувствительным детектором является линейка полупроводниковых фотодиодов. Совместно с фоточувствительным детектором может использоваться система охлаждения. Устройство может содержать дополнительные рельефные покрытия на фоточувствительном детекторе для увеличения его чувствительности.In a preferred embodiment, the photosensitive detector is a line of semiconductor photodiodes. A cooling system can be used in conjunction with a photosensitive detector. The device may contain additional relief coatings on a photosensitive detector to increase its sensitivity.
В предпочтительном варианте выполнения оптическая система подводящая оптический сигнал от образца к спектральному устройству представляет собой систему линз, в фокусе которой находится входная щель или диафрагма спектрального устройства.In a preferred embodiment, the optical system supplying the optical signal from the sample to the spectral device is a lens system, the focus of which is the entrance slit or aperture of the spectral device.
В предпочтительном варианте выполнения оптическая система, подводящая оптический сигнал от образца к спектральному устройству, включает систему оптических линз и световодов. Световоды являются многожильными. Световоды могут преобразовывать апертуру пучка.In a preferred embodiment, the optical system supplying the optical signal from the sample to the spectral device includes a system of optical lenses and optical fibers. Light guides are multi-core. Optical fibers can convert the beam aperture.
В предпочтительном варианте выполнения узкополосный фильтр, светоделительный узел, высокоапертурный объектив, система оптических фильтров выполнены в выносной головке, а источник возбуждающего излучения, спектральное устройство, фоточувствительный детектор, схема считывания, усиления, обработки электрического сигнала с фоточувствительного детектора, схема аналогово-цифрового преобразования, система цифровой обработки, сравнения и распознавания спектров выполнены в стационарной части устройства. При этом источник излучения связан с оптической схемой посредством световода: излучение источника, выходящее из световода, коллимируется дополнительной системой линз и падает на узкополосный фильтр. Сигнал от образца к спектральному устройству подводится через систему оптических линз и световодов.In a preferred embodiment, a narrow-band filter, a beam splitter, aperture lens, a system of optical filters are made in a remote head, and the exciting radiation source, a spectral device, a photosensitive detector, a reading, amplification, processing of an electrical signal from a photosensitive detector, an analog-to-digital conversion circuit, a system of digital processing, comparison and recognition of spectra is made in the stationary part of the device. In this case, the radiation source is connected to the optical circuit by means of a fiber: the source radiation coming out of the fiber is collimated by an additional lens system and falls onto a narrow-band filter. The signal from the sample to the spectral device is fed through a system of optical lenses and optical fibers.
В предпочтительном варианте выполнения в качестве спектрального устройства используют призменный монохроматор. В состав спектрального устройства также могут входить вогнутые дифракционные решетки.In a preferred embodiment, a prism monochromator is used as a spectral device. The composition of the spectral device may also include concave diffraction gratings.
В предпочтительном варианте выполнения в случае импульсного возбуждающего излучения перед спектральным устройством стоит дополнительный оптический затвор. При этом момент срабатывания оптического затвора перед спектральным прибором привязан к импульсу возбуждающего излучения для регистрации спектров с временным разрешением.In a preferred embodiment, in the case of pulsed exciting radiation, an additional optical shutter is placed in front of the spectral device. In this case, the response time of the optical shutter in front of the spectral device is tied to a pulse of exciting radiation for recording spectra with a time resolution.
В предпочтительном варианте выполнения устройство выполнено с возможностью изменения интенсивности возбуждающего излучения. Для этого оно либо содержит дополнительные оптические элементы, позволяющие изменять интенсивность возбуждающего излучения, либо интенсивность излучения по крайней мере одного источника монохроматического излучения можно менять. Интенсивность возбуждающего излучения изменяется периодически, а схема считывания, усиления, обработки электрического сигнала с фоточувствительного детектора осуществляет синхронное детектирование сигнала.In a preferred embodiment, the device is configured to vary the intensity of the exciting radiation. For this, it either contains additional optical elements that allow changing the intensity of the exciting radiation, or the radiation intensity of at least one source of monochromatic radiation can be changed. The intensity of the exciting radiation changes periodically, and the reading, amplification, processing of the electrical signal from the photosensitive detector performs synchronous signal detection.
В предпочтительном варианте выполнения устройство между источником возбуждающего излучения и светоделительным узлом содержит систему поляризаторов и оптических элементов, изменяющих поляризацию возбуждающего света. При этом поляризация излучения изменяется периодически.In a preferred embodiment, the device between the exciting radiation source and the beam splitting unit comprises a system of polarizers and optical elements that change the polarization of the exciting light. In this case, the polarization of the radiation changes periodically.
В предпочтительном варианте выполнения устройство содержит перед спектральным прибором дополнительные оптические элементы для анализа поляризации и/или изменения поляризации света. Система, измененяющая поляризацию возбуждающего излучения, синхронизирована с системой анализа поляризации расположенной перед спектральным прибором. Перед спектральным прибором расположены дополнительные оптические элементы для анализа поляризации, а схема считывания, усиления, обработки электрического сигнала с фоточувствительного детектора осуществляет синхронное детектирование сигнала.In a preferred embodiment, the device contains additional optical elements in front of the spectral instrument for analyzing polarization and / or changing polarization of light. The system that changes the polarization of the exciting radiation is synchronized with the polarization analysis system located in front of the spectral device. Additional optical elements are located in front of the spectral device for polarization analysis, and the reading, amplification, and processing of the electric signal from the photosensitive detector carry out synchronous signal detection.
В предпочтительном варианте выполнения изменение длины волны возбуждающего излучения осуществляется периодически, а схема считывания, усиления, обработки электрического сигнала с фоточувствительного детектора является многоканальной и осуществляет синхронное детектирование сигнала. Оптическая система, подводящая оптический сигнал от образца к спектральному устройству, преобразует форму пучка света. Устройство может включать в в себя подложку с нанорельефом и/или металлическими наноструктурами, на которую помещается исследуемый образец.In a preferred embodiment, the wavelength of the exciting radiation is changed periodically, and the reading, amplification, processing of the electrical signal from the photosensitive detector is multichannel and performs synchronous signal detection. An optical system supplying an optical signal from a sample to a spectral device converts the shape of a light beam. The device may include a substrate with nanorelief and / or metal nanostructures on which the test sample is placed.
В предпочтительном варианте выполнения исследуемое вещество или смесь веществ добавляется в специально приготовленный порошок наночастиц. При этом порошок приготовлен в форме коллоидного раствора.In a preferred embodiment, the test substance or mixture of substances is added to a specially prepared nanoparticle powder. In this case, the powder is prepared in the form of a colloidal solution.
В предпочтительном варианте выполнения устройство включает в себя систему охлаждения исследуемого вещества.In a preferred embodiment, the device includes a cooling system for the test substance.
В предпочтительном варианте выполнения устройство содержит модуль уведомляющий пользователя о результатах обработки, сравнения и распознавания спектров, связанный с системой цифровой обработки, сравнения и распознавания спектров. Также оно может включать модуль для передачи измеренного спектра на удаленную систему, которая представляет собой систему цифровой обработки, сравнения и распознавания спектров. При этом обработанные данные поступают на модуль для приема, уведомляющий пользователя об этих результатах. Связь с удаленной системой может быть проводной или беспроводной.In a preferred embodiment, the device comprises a module notifying the user of the results of processing, comparison and recognition of spectra, associated with a digital processing system, comparison and recognition of spectra. It may also include a module for transmitting the measured spectrum to a remote system, which is a system for digital processing, comparison and recognition of spectra. In this case, the processed data arrives at the module for receiving, notifying the user of these results. Communication with a remote system can be wired or wireless.
В предпочтительном варианте выполнения устройство входит в состав портативного диагностического аппарата. Оно также может дополнительно содержать держатель исследуемого вещества, выполненный с возможностью перемещения исследуемого вещества по трем координатам, в том числе и для настройки фокуса.In a preferred embodiment, the device is part of a portable diagnostic device. It may also additionally contain a holder of the analyte, made with the possibility of moving the analyte in three coordinates, including for adjusting the focus.
Существо настоящей полезной модели иллюстрируется фиг.1, на которой изображен принцип действия заявленного устройства.The essence of this utility model is illustrated in figure 1, which depicts the principle of operation of the claimed device.
Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.
Излучение монохроматического источника (1), в качестве которого может быть использован, например, полупроводниковый лазер, проходит через систему узкополосных фильтров (2) и падает на светоделительный узел (3). В качестве светоделительного узла (3) может быть использовано, например, дихроичное зеркало. Граничная длина волны дихроичного зеркала подобрана таким образом, чтобы зеркало практически полностью отражало излучение лазера, а излучение с большей длиной волны проходило через зеркало без отражения. Таким образом, лазерный луч, отразившись от дихроичного зеркала, падает на высокоапертурный объектив (4).The radiation from a monochromatic source (1), for which, for example, a semiconductor laser can be used, passes through a system of narrow-band filters (2) and falls on a beam splitting unit (3). As a beam splitting unit (3), for example, a dichroic mirror can be used. The boundary wavelength of the dichroic mirror is selected so that the mirror almost completely reflects the laser radiation, and radiation with a longer wavelength passes through the mirror without reflection. Thus, the laser beam, reflected from the dichroic mirror, falls on a high-aperture lens (4).
В фокальной плоскости объектива помещен исследуемый объект. В объективе использована асферическая оптика, позволяющая собрать излучение лазера в пятно минимально возможного размера, который определяется уже дифракционным пределом и составляет менее 1 мкм. Точка, в которую собирается возбуждающее излучение, является источником сигнала комбинационного рассеяния света и флюоресценции. Таким образом, источник сигнала автоматически оказывается в фокусе объектива.The studied object is placed in the focal plane of the lens. Aspherical optics are used in the lens, which makes it possible to collect laser radiation into a spot of the smallest possible size, which is already determined by the diffraction limit and is less than 1 μm. The point at which the exciting radiation is collected is the signal source of Raman scattering and fluorescence. Thus, the signal source is automatically in the focus of the lens.
Большая апертура объектива позволяет собрать сигнал с большего телесного угла и тем самым увеличить чувствительность анализатора. Сколлимированный объективом (4) оптический сигнал падает на дихроичное зеркало. Поскольку длины волн стоксовых линий комбинационного рассеяния больше длины волны накачивающего лазера и граничной длины волны дихроичного зеркала, то интересующий нас сигнал проходит через зеркало практически без отражения.A large aperture of the lens allows you to collect the signal from a larger solid angle and thereby increase the sensitivity of the analyzer. The optical signal collimated by the lens (4) is incident on a dichroic mirror. Since the wavelengths of the Stokes Raman lines are greater than the wavelength of the pumping laser and the boundary wavelength of the dichroic mirror, the signal of interest to us passes through the mirror with almost no reflection.
При измерении спектра комбинационного рассеяния необходимо очистить исследуемый оптический сигнал от доминирующего релеевского рассеяния с длиной волны совпадающей с длиной волны возбуждающего лазера.When measuring the Raman spectrum, it is necessary to clear the studied optical signal from the dominant Rayleigh scattering with a wavelength coinciding with the wavelength of the exciting laser.
Сигнал фильтруется дважды: светоделительным узлом (3) и системой оптических фильтров (5). Причем чем уже ширина переходного участка коэффициента пропускания фильтра, тем ближе при измерениях можно приблизиться к линии лазера, а значит, более полно измерить спектр комбинационного рассеяния в области малых рамановских сдвигов.The signal is filtered twice: by a beam splitting unit (3) and an optical filter system (5). Moreover, the narrower the width of the transition section of the filter transmittance, the closer you can get closer to the laser line during measurements, which means that the Raman spectrum in the region of small Raman shifts can be more fully measured.
Очищенный сигнал через подводящую оптическую систему (6), предназначенную для пространственной фильтрации и увеличения пространственного разрешения устройства, поступает на входную щель или диафрагму спектрального устройства (7) для разложения сигнала, в качестве которого может быть использован, например, монохроматор. После попадания сигнала на фоточувствительный детектор (8), например, на линейку полупроводниковых фотодиодов, полученные спектры вещества обрабатываются схемой считывания, усиления и обработки (9), сравниваются с эталонными спектрами, затем преобразуются в цифровую форму посредством АЦП (10) и передаются в компьютер (11), где они обрабатываются для получения данных о составе образца.The purified signal through the input optical system (6), designed for spatial filtering and increasing the spatial resolution of the device, is fed to the input slit or aperture of the spectral device (7) for signal decomposition, for which, for example, a monochromator can be used. After the signal hits the photosensitive detector (8), for example, a line of semiconductor photodiodes, the obtained spectra of the substance are processed by a readout, amplification, and processing circuit (9), compared with the reference spectra, then converted to digital form by means of an ADC (10) and transferred to a computer (11) where they are processed to obtain data on the composition of the sample.
Конечно, устройство, изображенное на фиг.1, может быть модифицировано для различных условий применения.Of course, the device depicted in FIG. 1 can be modified for various application conditions.
Claims (46)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011141358/28U RU115486U1 (en) | 2011-10-13 | 2011-10-13 | DEVICE FOR CONTACTLESS IDENTIFICATION OF SUBSTANCES AND / OR DETERMINATION OF CONCENTRATIONS OF SUBSTANCES IN THE COMPOSITION OF MULTICOMPONENT MIXTURE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011141358/28U RU115486U1 (en) | 2011-10-13 | 2011-10-13 | DEVICE FOR CONTACTLESS IDENTIFICATION OF SUBSTANCES AND / OR DETERMINATION OF CONCENTRATIONS OF SUBSTANCES IN THE COMPOSITION OF MULTICOMPONENT MIXTURE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU115486U1 true RU115486U1 (en) | 2012-04-27 |
Family
ID=46298053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011141358/28U RU115486U1 (en) | 2011-10-13 | 2011-10-13 | DEVICE FOR CONTACTLESS IDENTIFICATION OF SUBSTANCES AND / OR DETERMINATION OF CONCENTRATIONS OF SUBSTANCES IN THE COMPOSITION OF MULTICOMPONENT MIXTURE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU115486U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2649048C1 (en) * | 2016-11-25 | 2018-03-29 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Compact spectrometer system intended for non-invasive measurement of spectra of absorption and transmission of specimens of biological material |
-
2011
- 2011-10-13 RU RU2011141358/28U patent/RU115486U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2649048C1 (en) * | 2016-11-25 | 2018-03-29 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Compact spectrometer system intended for non-invasive measurement of spectra of absorption and transmission of specimens of biological material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102967604B (en) | Reflectance spectrum measuring and sampling system and method used for jewel detection | |
| US6449042B1 (en) | Method and apparatus for particle assessment using multiple scanning beam reflectance | |
| CN101514964B (en) | A material detector based on Raman spectroscopy | |
| US10794764B2 (en) | Double-channel miniaturized Raman spectrometer | |
| US9869585B2 (en) | Dual spectrometer | |
| EP3397928A1 (en) | Compact spectrometer | |
| US8735851B2 (en) | Device and method for quantifying a surface's cleanliness | |
| JP2012042471A (en) | Standoff explosive detector using deep-uv raman spectroscopy | |
| CN111175282A (en) | Raman spectrometer based on objective signal acquisition | |
| CN104777150A (en) | Portable light filter type Raman spectrometer for measuring protein adulteration in milk or milk powder | |
| CN103712949A (en) | Photo-thermal absorption spectrum technology-based cooking oil detection method and photo-thermal absorption spectrum technology-based cooling oil detection device | |
| KR20170052256A (en) | Apparatus and method for measuring concentration of material | |
| US20170307530A1 (en) | Optical analysis device and biomolecular analysis device | |
| Eliasson et al. | Deep subsurface Raman spectroscopy of turbid media by a defocused collection system | |
| CN103308453A (en) | Hyperspectral imager used for mineral scanning and analyzing | |
| CN109001182A (en) | The Raman spectrum non-destructive determination method of alcohol content in closed container | |
| RU115486U1 (en) | DEVICE FOR CONTACTLESS IDENTIFICATION OF SUBSTANCES AND / OR DETERMINATION OF CONCENTRATIONS OF SUBSTANCES IN THE COMPOSITION OF MULTICOMPONENT MIXTURE | |
| CN204028004U (en) | A kind of substance detecting apparatus based on Raman filtering | |
| US7446867B2 (en) | Method and apparatus for detection and analysis of biological materials through laser induced fluorescence | |
| US7532325B2 (en) | Method and apparatus for the separation of fluoroscence and elastic scattering produced by broadband illumination using polarization discrimination techniques | |
| CN209992377U (en) | Optical-mechanical module of handheld Raman spectrometer | |
| CN111562249A (en) | Two-in-one probe capable of simultaneously detecting Raman spectrum and near infrared spectrum | |
| Peng et al. | Development of laser fluorometer system for CDOM measurements | |
| CN112098371A (en) | Strength type SPRi sensing system and method based on dual-wavelength difference | |
| RU108608U1 (en) | MICROSCOPE WITH A COMPACT RAMAN-LUMINESCENT ANALYZER |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20121014 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20150627 |
|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20181014 |