CN103439257A - 样品信息采集装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种样品信息采集装置和方法，属于信息收集领域。本发明的目的是提供一种通过透镜原理对样品信息进行采集的样品信息采集装置和方法。本发明的外壳罩在架构主体上，组成密闭空间，在架构主体的一侧侧壁上有光源接口和光信息汇聚接口，另一侧侧壁上有样品光信息采集接口，对应光源接口处安装有光源汇聚模块，对应光信息汇聚接口安装有样品光信息汇聚模块，对应样品光信息采集接口安装有样品信息采样模块，在样品信息采样模块和样品光信息汇聚模块之间安装有半反半透明模块，在光源汇聚模块前面安装有光源反射模块。本发明设计合理，使用方便，能够有效并且准确的采集样品的相关信息，将数据信息快捷的输送到检测光谱仪中对获得信息进行分析，便于携带，可以单人现场对样品及时准确的获得样品信息。

Description

样品信息采集装置和方法

技术领域

本发明属于信息收集领域。

背景技术

在当今社会中，有一个健康的身体是人们所企盼的。但在现实生活中，由于很多客观原因，危害身体健康的因素还很多。如：食品安全也是涉及人体健康的重大课题。因此，食品安全检测仪器就显得非常重要。目前，市场上食品安全方面的现场快速检测仪器以光谱类分析仪器居多。在一般情况下，光谱分析仪器在使用时都涉及样品信息采集过程。光学系统作为样品信息采集部分应用于光谱分析仪器中时，光路系统中一般都采用光栅分光，可以使测量结果准确。然而，采用光栅的光路系统结构比较复杂，对使用环境要求比较严格。因此，不适合现场检测使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过透镜原理对样品信息进行采集的样品信息采集装置和方法。

本发明的外壳罩在架构主体上，组成密闭空间，在架构主体的一侧侧壁上有光源接口和光信息汇聚接口，另一侧侧壁上有样品光信息采集接口，对应光源接口处安装有光源汇聚模块，对应光信息汇聚接口安装有样品光信息汇聚模块，对应样品光信息采集接口安装有样品信息采样模块，在样品信息采样模块和样品光信息汇聚模块之间安装有半反半透明模块，在光源汇聚模块前面安装有光源反射模块；

其中光源汇聚模块、光源反射模块、样品信息采样模块、半反半透明模块和样品光信息汇聚模块的结构是：

光源汇聚模块：在光源汇聚模块主体内部有圆环台阶，圆环台阶左侧安装有光源汇聚双凸透镜并通过后旋紧光源汇聚透镜定位环定位，圆环台阶右侧安装有带通滤光片并通过滤光片定位环定位；

光源反射模块：在光源反射模块主体内部通过光源反射镜定位环安装有光源反射镜；

样品信息采样模块：在样品信息采集模块主体内部通过样品信息采集双凸透镜定位环安装有样品信息采集双凸透镜；

半反半透明模块：在半反半透光模块主体内部通过半反半透光片定位环安装有半反半透光片；

样品光信息汇聚模块：在样品光信息汇聚模块主体内部有圆环台，圆环台左侧安装有样品光信息汇聚双凸透镜并通过样品光信息汇聚双凸透镜定位环定位，圆环台右侧安装有样品光信息截止滤光片并通过样品光信息截止滤光片定位环定位。

本发明的光源通过光源接口将高能量单色光照射到光源汇聚双凸透镜后形成平行光，平行光照射到光源发射模块，光源发射模块将光源汇聚模块射出的平行光全部反射到半反半透光模块中，半反半透光模块将发射光全部反射到样品信息采集模块，样品信息采集模块既能够将半反半透光模块反射的平行光聚焦于样品上，又能够将聚焦于样品上产生的带有样品信息的反射光形成平行光照射到半反半透光片上并且通过后照射到样品光信息汇聚模块上，样品光信息汇聚模块将平行光聚焦于一点于光信息接口处，最后通过光纤将样品信息传入便携式现场检测光谱分析仪器中。

本发明带通滤光片只允许光源波长±0.1nm光谱全部通过。

本发明半反半透光片将光源全部反射并且只允许大于光源波长的光透过。

本发明设计合理，使用方便，能够有效并且准确的采集样品的相关信息，将数据信息快捷的输送到检测光谱仪中对获得信息进行分析，便于携带，可以单人现场对样品及时准确的获得样品信息。

附图说明

图1是本发明结构示意简图；

图中1为架构主体，2为架构主体底板，3为光源汇聚模块，4为光源反射模块，5为样品信息采样模块，6为半反半透明模块，7为样品光信息汇聚模块，8为外壳；

图2是本发明架构主体结构示意图； 

图中21、22为半反半透明模块定位孔，23、24为样品光信息汇聚模块定位孔，25为光信息汇聚接口，26为光源接口，27、28为光源汇聚模块定位孔，29、211为光源反射模块定位孔，212为样品光信息采集接口；

图3是本发明光源汇聚模块结构示意图；

图中31为光源汇聚透镜定位环，32为光源汇聚双凸透镜，33为光源汇聚模块主体，34为带通滤光片，35为滤光片定位环；

图4是本发明光源汇聚模块分解结构示意图；

图中31为光源汇聚透镜定位环，32为光源汇聚双凸透镜，33为光源汇聚模块主体，34为带通滤光片，35为滤光片定位环，36为圆环台阶；

图5是本发明光源反射模块结构示意图；

图中41为光源反射模块主体，42为光源反射镜，43为光源反射镜定位环；

图6是本发明光源反射模块分解结构示意图；

图中41为光源反射模块主体，42为光源反射镜，43为光源反射镜定位环；

图7是本发明样品信息采集模块结构示意图；

图中51为样品信息采集模块主体，52为样品信息采集双凸透镜，53样品信息采集双凸透镜定位环；

图8是本发明样品信息采集模块分解结构示意图；

图中51为样品信息采集模块主体，52为样品信息采集双凸透镜，53样品信息采集双凸透镜定位环；

图9是本发明半反半透光模块结构示意图；

图中61为半反半透光模块主体，62为半反半透光片，63为半反半透光片定位环；

图10是本发明半反半透光模块分解结构示意图；

图中61为半反半透光模块主体，62为半反半透光片，63为半反半透光片定位环；

图11是本发明样品光信息汇聚模块结构示意图；

图中71为样品光信息汇聚双凸透镜定位环，72为样品光信息汇聚双凸透镜，73为样品光信息汇聚模块主体，74为样品光信息截止滤光片，75为样品光信息截止滤光片定位环；

图12是本发明样品光信息汇聚模块分解结构示意图；

图13是本发明外壳结构示意图；图中71为样品光信息汇聚双凸透镜定位环，72为样品光信息汇聚双凸透镜，73为样品光信息汇聚模块主体，74为样品光信息截止滤光片，75为样品光信息截止滤光片定位环；76为圆环台；

图14是采用bwtek拉曼光谱仪形成的谱图；

图15是采用本发明形成的谱图。

具体实施方式

本发明的外壳8罩在架构主体1上，组成密闭空间，在架构主体1的一侧侧壁上有光源接口26和光信息汇聚接口25，另一侧侧壁上有样品光信息采集接口212，对应光源接口26处安装有光源汇聚模块3，对应光信息汇聚接口25安装有样品光信息汇聚模块7，对应样品光信息采集接口212安装有样品信息采样模块5，在样品信息采样模块5和样品光信息汇聚模块7之间安装有半反半透明模块6，在光源汇聚模块3前面安装有光源反射模块4；

其中光源汇聚模块3、光源反射模块4、样品信息采样模块5、半反半透明模块6和样品光信息汇聚模块7的结构是：

光源汇聚模块3：在光源汇聚模块主体33内部有圆环台阶36，圆环台阶36左侧安装有光源汇聚双凸透镜32并通过后旋紧光源汇聚透镜定位环31定位，圆环台阶36右侧安装有带通滤光片34并通过滤光片定位环35定位；

光源反射模块4：在光源反射模块主体41内部通过光源反射镜定位环43安装有光源反射镜42；

样品信息采样模块5：在样品信息采集模块主体51内部通过样品信息采集双凸透镜定位环53安装有样品信息采集双凸透镜52；

半反半透明模块6：在半反半透光模块主体61内部通过半反半透光片定位环63安装有半反半透光片62；

样品光信息汇聚模块7：在样品光信息汇聚模块主体73内部有圆环台76，圆环台76左侧安装有样品光信息汇聚双凸透镜72并通过样品光信息汇聚双凸透镜定位环71定位，圆环台76右侧安装有样品光信息截止滤光片74并通过样品光信息截止滤光片定位环75定位。

本发明样品信息采集装置的采集方法是：光源通过光源接口26将高能量单色光照射到光源汇聚双凸透镜32后形成平行光，平行光照射到光源发射模块4，光源发射模块4将光源汇聚模块3射出的平行光全部反射到半反半透光模块6中，半反半透光模块6将发射光全部反射到样品信息采集模块5，样品信息采集模块5既能够将半反半透光模块6反射的平行光聚焦于样品上，又能够将聚焦于样品上产生的带有样品信息的反射光形成平行光照射到半反半透光片上并且通过后照射到样品光信息汇聚模块7上，样品光信息汇聚模块7将平行光聚焦于一点于光信息接口25处，最后通过光纤将样品信息传入便携式现场检测光谱分析仪器中。

本发明带通滤光片只允许光源波长±0.1nm光谱全部通过。

本发明半反半透光片将光源全部反射并且只允许大于光源波长的光透过。

以下结合附图对本发明进一步描述：

本发明包括架构主体模块、光源汇聚模块、光源反射模块、样品信息采集模块、半反半透光模块、样品光信息汇聚模块。

架构主体模块含有光源接口、样品信息采集接口、光信息接口。

光源汇聚模块含有带通滤光片。

半反半透光模块含有半反半透光片。

样品光信息汇聚模块含有样品光信息截止滤光片。

本发明采集方法包括以下过程：

激光光源插入本发明光源接口过程，样品信息采集过程，外接光纤连接光信息汇聚接口过程。

本发明样品信息采集过程包括：

所述带通滤光片只允许光源波长±0.1nm光谱全部通过。

本发明样品信息采集过程包括：

半反半透光片将光源全部反射并且只允许大于光源波长的光透过。

本发明样品信息采集过程包括：样品光信息截止滤光片只允许大于光源波长的光通过。其余完全截止。

参见图1、图2所示，本发明一种样品信息采集装置包括架构主体模块、光源汇聚模块、光源反射模块、样品信息采集模块、半反半透光模块、样品光信息汇聚模块、外壳。所述架构主体模块为铝合金材质，表面发黑处理，有利于光路纯正。并且侧壁含有光源接口、样品光信息采集接口、光信息汇聚接口，上述接口中心轴线与模块中主光轴为同一直线，以此确保光路准确。架构主体模块底部含有多个模块定位孔。整体密闭于外壳中保证光路无外部光干扰。

参见图3和图4，为本发明光源汇聚模块结构示意简图。其中，光源汇聚透镜定位环为环状外螺纹结构，采用黑色塑料材料或铝合金材料发黑处理。外接光源通过光源接口将高能量单色光照射到光源汇聚双凸透镜后形成平行光，光源汇聚模块主体为铝合金材料发黑处理，内中部有一圆环台阶，两侧含有内螺纹。一侧台阶尺寸与光源汇聚双凸透镜相配合，对应侧螺纹与光源汇聚透镜定位环相配合。光源汇聚双凸透镜置于光源汇聚模块主体一侧后旋紧光源汇聚透镜定位环。一带通滤光片尺寸与光源汇聚模块主体另一侧台阶尺寸相配合。它只允许指定的光谱通过。滤光片定位环为外螺纹结构，带通滤光片置于光源汇聚模块主体另一侧后旋紧滤光片定位环。其中，光源汇聚模块主体底部含有两螺纹孔与定位孔27、28以螺栓连接。

参见图5图6，为光源反射模块结构示意简图。光源反射模块主体为铝合金材料发黑处理。内部一端有一台阶，尺寸与光源反射镜相配合，保证其嵌入其中。另一端有一内螺纹，与光源反射镜定位环配合。底部含有两螺纹孔与29、211定位孔以螺栓连接。光源反射镜为凹面球反射镜，可以将光源汇聚模块射出的平行光全部反射到半反半透光模块中。光源反射镜定位环是环状外螺纹结构，采用黑色塑料材料或铝合金材料发黑处理。将光源反射镜置于光源反射模块主体中，旋紧光源反射镜定位环以保证光源反射镜稳固。

参见图9图10，为本发明半反半透光模块结构示意简图。其中，半反半透光模块主体为铝合金材料发黑处理。内部一端有一台阶，尺寸与半反半透光片相配合，保证其嵌入其中。另一端有一内螺纹，与反半透光片定位环配合。底部含有两螺纹孔与21、22定位孔以螺栓连接。半反半透光片可以将光源反射镜的光全部反射到样品信息采集模块，又可以让样品信息采集模块的出射光全部透过。可以使一定光谱带宽的光反射，同时又可以使另一光谱带宽的光透过，这种性能的实现，使许多复杂的光路结构得以简化，为光路系统的应用带来方便。半反半透光片定位环为环状外螺纹结构，采用黑色塑料材料或铝合金材料发黑处理。将半反半透光片置于半反半透光模块主体中，旋紧半反半透光片定位环以保证半反半透光片稳固。

参见图7图8，为样品信息采集模块结构示意简图。样品信息采集模块主体为铝合金材料发黑处理。内部一端有一台阶，样品信息采集双凸透镜相配合，保证其嵌入其中。另一端有一内螺纹，与样品信息采集双凸透镜定位环配合。样品信息采集模块主体一端与样品光信息采集接口紧密配合。样品信息采集双凸透镜可以将半反半透光片反射的平行光聚焦于样品上，又可以将聚焦于样品上产生的带有样品信息的反射光形成平行光照射到半反半透光片上并且通过。样品信息采集双凸透镜定位环为环状外螺纹结构，采用黑色塑料材料或铝合金材料发黑处理。将样品信息采集双凸透镜置于样品信息采集模块主体中，旋紧样品信息采集双凸透镜定位环以保证样品信息采集双凸透镜稳固。

参见图11图12为样品光信息汇聚模块结构示意简图。样品光信息汇聚双凸透镜定位环为环状外螺纹结构，采用黑色塑料材料或铝合金材料发黑处理。样品光信息汇聚双凸透镜将半反半透光模块出射的平行光聚焦于一点于光信息接口处。外接光纤连接于此。然后通过光纤将样品信息传入便携式现场检测光谱分析仪器中。样品光信息汇聚模块主体为铝合金材料发黑处理。内中部有一圆环台阶，两侧含有内螺纹。一侧台阶尺寸与样品光信息汇聚双凸透镜相配合，对应侧螺纹与样品光信息汇聚双凸透镜定位环相配合。样品光信息汇聚双凸透镜置于样品光信息汇聚模块主体一侧后旋紧样品光信息汇聚双凸透镜定位环。样品光信息截止滤光片尺寸与样品光信息汇聚模块主体另一侧台阶尺寸相配合。它只允许指定的光谱通过。其它光谱截止，它的使用可以使光路系统更加简单。样品光信息截止滤光片定位环为外螺纹结构，样品光信息截止滤光片置于样品光信息汇聚模块主体另一侧后旋紧样品光信息截止滤光片定位环。其中，样品光信息汇聚模块主体底部含有两螺纹孔与23、24定位孔以螺栓连接。

参见图13为本发明外壳结构示意简图。在使用时，将外壳紧密安于架构主体模块上使整体闭光。

在本发明的一个实施方式中，采用785nm激光为光源，通过本发明光路系统照射样品使其产生拉曼谱线，以检测样品中待检测物质的含量。光学参数依据费马原理及高斯公式。

其中，所述光源汇聚双凸透镜32参数采用Ф=12.5、f=6.25。带通滤光片34参数采用只允许785±0.1nm 的光谱通过。因此，从带通滤光片34射出的是纯正的785±0.1nm平行激光束。光源反射镜42参数采用Ф=12.5、f=6.25。可以将光全部反射到半反半透光片62上。半反半透光片62参数采用785±0.1nm光全部反射，大于785±0.1nm光全部透射。样品信息采集双凸透镜52 参数采用Ф=12.5、f=12.5。可以将半反半透光片62反射的平行光汇聚于焦点f=12.5处。依据费马原理中光的可逆性原理，此焦点处物质被激发产生的光又作为光源照射样品信息采集双凸透镜52后形成平行光并且透过半反半透光片62到达样品光信息截止滤光片74。按照量子理论，激光照射到样品物质时，光子与物质分子发生弹性碰撞和非弹性碰撞，在发生非弹性碰撞时，部分光子得到了能量，部分光子失去了能量，失去能量的光子的频率小于入射光频率，即它产生的波长大于入射光波长，它可以反映物质的信息，这就是拉曼现象，通过检测此信息光的波长就可以检测出物质的含量。因此，样品光信息截止滤光片74的参数采用785±0.1nm光全部截止，大于785±0.1nm光全部通过以反映物质信息。样品光信息汇聚双凸透镜72参数采用Ф=12.5、f=6.25。将样品光信息汇聚于f=6.25焦点处。外接光纤连接于此。然后通过光纤将样品信息传入便携式现场检测的光谱分析仪器中。 

以下为本发明使用方法。

以异丙醇为标准样品，采用bwtek拉曼光谱仪与本发明进行比对。首先用bwtek拉曼光谱仪对异丙醇标准样品进行检测形成谱图，然后用bwtek拉曼光谱仪的激光光源插入本发明光源接口26，以及bwtek拉曼光谱仪光纤插入本发明光信息汇聚接口25，然后开机检测形成谱图。其中，谱图中横坐标为波数（波长的倒数），纵坐标为光强度。图14为采用bwtek拉曼光谱仪形成的谱图，图15为采用本发明形成的谱图。由两谱图比对结果证明了本发明的可行性。

Claims (4)

1.一种样品信息采集装置，其特征在于：外壳（8）罩在架构主体（1）上，组成密闭空间，在架构主体（1）的一侧侧壁上有光源接口（26）和光信息汇聚接口（25），另一侧侧壁上有样品光信息采集接口（212），对应光源接口（26）处安装有光源汇聚模块（3），对应光信息汇聚接口（25）安装有样品光信息汇聚模块（7），对应样品光信息采集接口（212）安装有样品信息采样模块（5），在样品信息采样模块（5）和样品光信息汇聚模块（7）之间安装有半反半透明模块（6），在光源汇聚模块（3）前面安装有光源反射模块（4）；

其中光源汇聚模块（3）、光源反射模块（4）、样品信息采样模块（5）、半反半透明模块（6）和样品光信息汇聚模块（7）的结构是：

光源汇聚模块（3）：在光源汇聚模块主体（33）内部有圆环台阶（36），圆环台阶（36）左侧安装有光源汇聚双凸透镜（32）并通过后旋紧光源汇聚透镜定位环（31）定位，圆环台阶（36）右侧安装有带通滤光片（34）并通过滤光片定位环（35）定位；

光源反射模块（4）：在光源反射模块主体（41）内部通过光源反射镜定位环（43）安装有光源反射镜（42）；

样品信息采样模块（5）：在样品信息采集模块主体（51）内部通过样品信息采集双凸透镜定位环（53）安装有样品信息采集双凸透镜（52）；

半反半透明模块（6）：在半反半透光模块主体（61）内部通过半反半透光片定位环（63）安装有半反半透光片（62）；

样品光信息汇聚模块（7）：在样品光信息汇聚模块主体（73）内部有圆环台（76），圆环台（76）左侧安装有样品光信息汇聚双凸透镜（72）并通过样品光信息汇聚双凸透镜定位环（71）定位，圆环台（76）右侧安装有样品光信息截止滤光片（74）并通过样品光信息截止滤光片定位环（75）定位。

2.权利要求1所述样品信息采集装置的采集方法，其特征在于：光源通过光源接口（26）将高能量单色光照射到光源汇聚双凸透镜（32）后形成平行光，平行光照射到光源发射模块（4），光源发射模块（4）将光源汇聚模块（3）射出的平行光全部反射到半反半透光模块（6）中，半反半透光模块（6）将发射光全部反射到样品信息采集模块（5），样品信息采集模块（5）既能够将半反半透光模块（6）反射的平行光聚焦于样品上，又能够将聚焦于样品上产生的带有样品信息的反射光形成平行光照射到半反半透光片上并且通过后照射到样品光信息汇聚模块（7）上，样品光信息汇聚模块（7）将平行光聚焦于一点于光信息接口（25）处，最后通过光纤将样品信息传入便携式现场检测光谱分析仪器中。

3.根据权利要求1所述的样品信息采集装置，其特征在于：带通滤光片只允许光源波长±0.1nm光谱全部通过。

4.根据权利要求1所述的样品信息采集装置，其特征在于：半反半透光片将光源全部反射并且只允许大于光源波长的光透过。

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