CN104749110A - 光谱检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种光谱检测装置，用于检测样品的光谱，所述光谱检测装置包括基座、发射器、探测器及光谱检测模块，所述发射器、探测器及光谱检测模块均安装于所述基座上，所述样品置于所述光谱检测模块内，所述发射器发射电磁波，所述电磁波进入所述光谱检测模块并在所述样品表面反射或透射后从所述光谱检测模块出射，出射后的电磁波被所述探测器接收以检测所述样品的反射光谱或透射光谱。所述光谱检测装置，通过更换所述反射模块和所述透射模块，实现了反射光谱检测和透射光谱检测的灵活切换，方便了实验研究和光谱测量。
Description
技术领域
本发明涉及光谱领域，尤其涉及一种光谱检测装置。
背景技术
太赫兹波作为频率在0.1THz到10THz远红外波段的电磁波，其具有透视性好、安全性高、光谱分辨本领强等独特的性质以及非常重要的学术价值和应用前景。随着太赫兹技术的发展，太赫兹光谱及成像在生物学、医学疾病诊断、材料科学、军事以及化学基础研究等许多领域展现出巨大的应用潜力。太赫兹时域光谱技术是近年发展起来的太赫兹辐射的应用技术之一，其是太赫兹光谱技术的核心研发领域。
太赫兹时域光谱系统通常分为反射式光谱系统和透射式光谱测量系统，相应地，太赫兹时域光谱的测量分为反射式测量和透射式测量两种方式，这两种测量方式各有特点，因而需要按照不同的样品或用途做出选择。然而，现有的太赫兹时域光谱装置，在实际应用中往往需要在透射式测量和反射式测量的切换中耗费较多时间，而且需要重新设置部分光学器件的位置和角度以及重新调节光路，给太赫兹光谱研究和实际应用带来了很多不便。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种光谱检测装置，其实现了太赫兹时域光谱的测量中反射式测量和透射式测量的灵活切换，且便于光谱测量，为太赫兹实验研究和太赫兹光谱测量实用化提供了方便。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光谱检测装置，用于检测样品的光谱，所述光谱检测装置包括基座、发射器、探测器及光谱检测模块，所述发射器、探测器及光谱检测模块均安装于所述基座上，所述样品置于所述光谱检测模块内，所述发射器发射电磁波，所述电磁波进入所述光谱检测模块并在所述样品表面反射或透射后从所述光谱检测模块出射，出射后的电磁波被所述探测器接收以检测所述样品的反射光谱或透射光谱。
其中，所述光谱检测模块包括：
反射模块，用于接收所述发射器发射的电磁波，并将所述样品反射的电磁波传输至所述探测器以检测所述样品的反射光谱；或者
透射模块，用于接收所述发射器发射的电磁波，并将所述样品透射的电磁波传输至所述探测器以检测探测所述样品的透射光谱。
其中，所述反射模块包括第一底板、第一反射调节组件及第一反射件，所述第一反射调节组件包括第一反射调节架及第二反射调节架，所述第一反射调节架安装于所述第一底板上，所述第二反射调节架安装于所述第一反射调节架上，所述第一反射件安装于所述第二反射调节架上并对准所述发射器。
其中，所述反射模块还包括第二反射调节组件及第二反射件，所述第二反射调节组件包括第三反射调节架及第四反射调节架，所述第三反射调节架安装于所述第一底板上，所述第四反射调节架安装于所述第三反射调节架上，所述第二反射件安装于所述第四反射调节架上且对准所述探测器。
其中，所述第一反射调节架、第二反射调节架、第三反射调节架及第四反射调节架上均具有锁紧件，所述锁紧件松开时，所述第一反射调节架及所述第二反射调节架调节所述第一反射件的空间位置及其与所述第一底板之间的角度，所述第三反射调节架及第四反射调节架调节所述第二反射件的空间位置及其与所述第一底板之间的角度；所述锁紧件锁紧时，所述第一反射件及第二反射件被固定而无法移动。
其中，所述反射模块还包括第一样品支架，所述第一样品支架固定于所述第一底板上并位于所述第一反射件及第二反射件之间，所述样品水平横置于所述第一样品支架上且所述样品到所述第一底板的距离分别小于所述第一反射件及所述第二反射件到所述第一底板的距离，所述第一反射件及第二反射件的焦点同时位于所述样品上。
其中，所述透射模块包括第二底板、第一透射调节组件及第三反射件，所述第一透射调节组件包括第一透射调节架及第二透射调节架，所述第一透射调节架安装于所述第二底板上，所述第二透射调节架安装于所述第一透射调节架上，所述第三反射件安装于所述第二透射调节架上并对准所述发射器。
其中，所述透射模块还包括第二透射调节组件及第四反射件，所述第二透射调节组件包括第三透射调节架及第四透射调节架，所述第三透射调节架安装于所述第二底板上，所述第四透射调节架安装于所述第三透射调节架上，所述第四反射件安装于所述第四透射调节架上并对准所述探测器。
其中，所述第一透射调节架、第二透射调节架、第三透射调节架及第四透射调节架上均具有锁紧件，所述锁紧件松开时，所述第一透射调节架及所述第二透射调节架调节所述第三反射件的空间位置及其与所述第二底板之间的角度，所述第三透射调节架及第四透射调节架调节所述第四反射件的空间位置及其与所述第二底板之间的角度；所述锁紧件锁紧时，所述第三反射件及第四反射件镜被固定而无法移动。
其中，所述透射模块还包括第二样品支架，所述第二样品支架固定于所述第二底板上并位于所述第三反射件及第四反射件之间，所述样品竖直放置于所述第二样品支架上且所述样品到所述第一底板的距离与所述第三反射件及所述第四反射件到所述第一底板的距离相等，所述第三反射件及第四反射件的焦点同时位于所述样品上。
本发明提供的一种光谱检测装置，其可用于所述样品的反射光谱和透射光谱检测。所述发射器发射电磁波，该电磁波进入所述反射模块或透射模块并在所述样品发生反射或透射，并从所述反射模块透射模块，出射后的电磁波被所述探测器接收以检测所述样品的反射光谱或透射光谱，即通过所述反射模块及透射模块的结构设计配合所述发射器和探测器可使得所述反射模块及所述透射模块进行灵活的切换，从而分别实现反射光谱检测和透射光谱检测。此外，由于更换所述反射模块及所述透射模块时无需重新设置部分光学器件的位置和角度以及再次调整光路，因而极大方便了实验研究和光谱测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的光谱检测装置的一种测试示意图。
图2是本发明实施例提供的光谱检测装置的另一种测试示意图。
图3是图1所示的光谱检测装置的反射模块的光路示意图。
图4是图2所示的光谱检测装置的透射模块的光路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请一并参阅图1及图2，本发明实施例提供一种光谱检测装置100，其包括基座20、发射器30、探测器40、反射模块50及透射模块60，所述发射器30、探测器40均固定于所述基座20上。所述反射模块50及透射模块60构成了所述光谱检测装置100的光谱检测模块，且任一时刻所述反射模块50及所述透射模块60二者中只有一个安装在所述基座20上。所述发射器30发射电磁波，所述电磁波经所述反射模块50或透射模块60后传输至所述探测器40。在本发明的实施例中，所述电磁波为太赫兹波，其频率位于0.1THz～10THz之间，所述太赫兹波具有透视性好、安全性高、光谱分辨本领强等优点。
在本发明的是实施例中，所述基座20用于固定所述发射器30、探测器40、反射模块50及透射模块60，所述基座20开设有固定孔（图未示），所述固定孔用于安装所述反射模块50及透射模块60。所述发射器30用于向该反射模块50和透射模块60发射电磁波，所述探测器40用于接收所述反射模块50和透射模块60反射的电磁波。
请一并参阅图3，所述反射模块50包括第一底板51、第一样品支架52、第一反射调节组件53、第一反射件54、第二反射调节组件55及第二反射件56。所述第一底板51上开设若干安装孔512，所述安装孔512与所述基座20上的固定孔一一对应，所述反射模块50与所述基座20可通过销钉、螺栓、螺钉等固定件安装固定，即通过插入所述固定件将所述反射模块50安装于所述基座20上。其中，所述基座20上的固定孔与所述固定件之间的配合为过盈配合，所述第一底板51上的安装孔512与所述固定件之间的配合为小公差的过渡配合，从而保证所述反射模块50可以简单快捷地安装至所述基座20或从该基座20上拆卸，且同时保证所述反射模块50具有较佳的安装精度。
在本发明的实施例中，所述第一样品支架52、第一反射调节组件53及第二反射调节组件55均可拆卸地安装于所述第一底板51上，其中，所述第一样品支架52位于所述第一反射调节组件53与第二反射调节组件55之间。
在本发明的实施例中，所述第一反射调节组件53包括第一反射调节架531及第二反射调节架532，所述第一反射件54可为抛物面镜。所述第一反射调节架531可为XYZ三轴调节架，其安装于所述第一底板51上，用以调节所述第一反射件54的空间位置。所述第二反射调节架532可为角度调节架，其安装于所述第一反射调节架531上，用以调节所述第一反射件54相对于所述第一底板51的角度。可以理解的是，在本发明的其他实施例中，所述第一反射调节架531及所述第二反射调节架532的安装位置可以互换，即所述第二反射调节架532固定于所述第一底板51上，所述第一反射调节架531安装于所述第二反射调节架532上，所述第一反射件54安装于所述第一反射调节架531上。
优选地，在本发明的其他实施例中，所述第一反射件54为离轴抛物面镜，其安装于所述第二反射调节架532上，该第一反射件54反射并汇聚入射于其表面的电磁波。由于所述第一反射件54可将入射的光束聚焦成一个小光斑，且相比于普通的透镜，其聚焦的光斑更小，聚焦效率更高，因而其利于小尺寸样品的测量。另外，在利用太赫兹光谱成像时，通常使用小光斑逐点扫描成像的方式，所以所述第一反射件54的结构功能使太赫兹光谱系统用于成像成为可能。
在本发明的实施例中，所述第一反射调节架531及所述第二反射调节架532均具有锁紧件（图未示），当所述锁紧件松开时，所述第一反射调节架531及所述第二反射调节架532可调节所述第一反射件54的空间位置及其相对于所述第一底板51的角度；当所述锁紧件锁紧时，所述第一反射件54被固定而无法移动，即该第一反射件54的光路已确定。
在本发明的实施例中，所述第二反射调节组件55包括第三反射调节架551、第四反射调节架552。所述第二反射调节组件55的各个元件的形状和结构均与所述第一反射调节组件53的元件的形状和结构基本相同，例如，所述第三调节架551对应于所述第一反射调节架531，所述第四调节架552对应于所述第二调节架532，在此不再赘述。
在本发明的实施例中，所述第一样品支架52用于放置样品200，且所述样品200水平横置于所述样品支架52上。调节所述第一反射调节架531、第二反射调节架532、第三反射调节架551及第四反射调节架552，使得所述样品200与所述第一底板51之间的距离分别小于所述第一反射件54及所述第二反射件56到所述第一底板51的距离，且当所述样品200水平横置于该第一样品支架52上时，所述第一反射件54及所述第二反射件56的焦点正好位于所述样品200上。
在本发明的实施例中，所述发射器30固定于所述基座20上且对准所述第一反射件54，所述探测器40固定于所述基座20上且对准所述第二反射件56。合理设计所述第一反射件54及第二反射件56的焦距及其反射面的抛物面方程并调节所述第一反射件54及第二反射件56的空间位置及它们相对于所述第一底板51的角度，所述发射器30发射的电磁波经所述第一反射件54反射后沿着靠近所述第一底板51的方向发射，即经过所述第一反射件54反射后的电磁波射向该第一底板51，并与所述第一底板51呈一定夹角，随后所述电磁波汇聚于所述样品200的表面并发生反射，在所述样品200表面反射后的电磁波入射至所述第二反射件56，经所述第二反射件56反射并汇聚至所述探测器40后被所述探测器40接收。
可以理解的是，在本发明的实施例中，所述第一反射件54和第二反射件56的焦距和反射面的抛物面方程并不一定需要相同，只要所述第一反射件54和第二反射件56的焦点同时位于所述第一样品支架52上且具备上述的电磁波传播特征的设计参数都在本发明的保护之内，在此不再赘述。
优选地，所述第一反射件54与所述第二反射件56相同，二者具有相同的焦距，则所述第一样品支架52位于所述第一反射调节组件53与第二反射调节组件55中间，即该第一样品支架52与所述第一反射调节组件53和所述第二反射调节组件55的距离相等。
请一并参阅图4，在本发明的实施例中，所述透射模块60包括第二底板61、第二样品支架62、第一透射调节组件63、第三反射件64、第二透射调节组件65及第四反射件66。所述透射模块60的各个元件的形状和结构与所述反射模块50的元件的形状和结构基本相同。例如，所述第二底板61对应于所述第一底板51，所述第二样品支架62对应于所述第一样品支架52，所述第一透射调节组件63对应于所述第一反射调节组件53，所述第二透射调节组件65对应于所述第二反射调节组件55，且图4中各元件之间的连接及安装方式与图3中对应的各元件之间的连接及安装方式也基本相同。所述第一透射调节组件63包括第一透射调节架631、第二透射调节架632。所述第一透射调节架631可为XYZ三轴调节架，所述第二透射调节架632可为角度调节架；所述第二透射调节组件65包括第三透射调节架651及第四透射调节架652，所述第三透射调节架651可为XYZ三轴调节架，所述第四透射调节架652可为角度调节架。
所不同的是，在所述透射模块60中，所述样品200竖直放置于所述第二样品支架62上，所述第三反射件64及第四反射件66可为离轴抛物面镜，其具有与所述第一反射件54及第二反射件56不同的焦距，且其反射面的抛物面方程等设计参数也不同。
调节所述第一透射调节架631、第二透射调节架632、第三透射调节架651及第四透射调节架652，使得所述第三反射件64及所述第四反射件66离所述第二底板61的高度与所述样品200离所述第二底板61的高度大致相等，且所述第三反射件64及所述第四反射件66的焦点同时位于所述样品200上。所述发射器30对准所述第三反射件64，所述探测器40对准所述第四反射件66，所述发射器30发射的电磁波经所述第三反射件64反射后，将沿平行于所述第二底板61的方向传播并汇聚于所述样品200上，随后所述电磁波透射该样品200后到达所述第四反射件66，经所述第四反射件66反射并汇聚后传输至所述探测器40被接收。
需要注意的是，由于所述第三反射件64及第四反射件66的设计参数（如焦距、反射面的方程等）与所述第一反射件54及第二反射件56差别较大，因而无法仅通过调节反射模块50的第一反射件54及第二反射件56的空间位置和角度来实
现所述第三反射件64及第四反射件66在所述透射模块60中的功能，即不能仅通过调节所述第一反射件54及第二反射件56的空间位置和角度，使所述电磁波分别实现在所述样品200表面反射及透射所述样品200的功能。同样，也无法仅通过调节第三反射件64及第四反射件66的空间位置和角度实现所述第一反射件54及第二反射件56在所述反射模块50中的功能。
请一并参阅图1至图4，组装时，将所述发射器30、探测器40及反射模块50安装于所述基座20上，并调节三者的相对位置，使得所述发射器30对准所述第一反射件54，所述探测器40对准所述第二反射件56，从而光路连通。将所述样品200水平横置于所述第一样品支架52上，松开所述第一反射调节架531、所述第二反射调节架532、第三反射调节架551及第四反射调节架552的锁紧件，调节所述第一反射件54及第二反射件56的空间位置以及其与所述第一底板51之间的角度，使得所述第一反射件54及第二反射件56的焦点同时位于所述样品200上。同时，所述发射器30发射的电磁波经所述第一反射件54反射后汇聚于所述样品200的表面并发生反射，在所述样品200表面反射后的电磁波入射至所述第二反射件56，经所述第二反射件56反射并汇聚至所述探测器40后被所述探测器40接收。旋紧所述锁紧件，以固定所述第一反射件54及第二反射件56。
拆下所述反射模块50并将所述透射模块60安装于所述基座20上，调节所述发射器30、探测器40及透射模块60之间的相对位置，使得所述发射器30对准所述第三反射件64，所述探测器40对准所述第四反射件66。将所述样品200竖直放置于所述第二样品支架62上，松开所述第一透射调节架631、第二透射调节架632、第三透射调节架651及第四透射调节架652的锁紧件，调节所述第三反射件64及第四反射件66的空间位置以及二者与所述第二底板61之间的角度，使得所述第三反射件64及第四反射件66的焦点同时位于所述样品200上，同时，所述发射器30发射的电磁波经所述第三反射件64反射后，汇聚于所述样品200上，随后所述电磁波透射所述样品200后到达所述第四反射件66，经所述第四反射件66反射并汇聚至所述探测器40后被接收。旋紧所述锁紧件以固定所述第三反射件64及第四反射件66。
检测时，当需要检测所述样品200的反射光谱时，将所述反射模块50安装于所述基座20上，并将所述样品200水平横置于所述第一样品支架52上，启动所述发射器30，所述发射器30发出电磁波，该电磁波经所述第一反射件54反射并汇聚于所述样品200上，所述电磁波在所述样品200表面发射后传播至所述第二反射件56并被该第二反射件56反射并汇聚至所述探测器40，所述探测器40接收所述电磁波，从而获得所述样品200的反射光谱。当需要检测所述样品200的透射光谱时，卸下所述反射模块50并安装所述透射模块60，将所述样品200竖直放置于所述第二样品支架62上，启动所述发射器30，所述发射器30发出电磁波，该电磁波经所述第三反射件64反射并汇聚于所述样品200上，所述电磁波透射所述样品200后传播至所述第四反射件66并被该第四反射件66反射并汇聚至所述探测器40，所述探测器40接收所述电磁波，从而获得所述样品200的透射光谱。
综上所述，本发明实施例提供的一种光谱检测装置100，其可用于所述样品200的反射光谱和透射光谱检测。所述发射器30发射电磁波，该电磁波进入所述反射模块50或透射模块60并在所述样品发生反射或透射，并从所述反射模块50或透射模块60，出射后的电磁波被所述探测器40接收以检测所述样品的反射光谱或透射光谱，即通过所述反射模块50及透射模块60的结构设计配合所述发射器30和探测器40可使得所述反射模块50及所述透射模块60进行灵活的切换，从而分别实现反射光谱检测和透射光谱检测。此外，由于更换所述反射模块50及所述透射模块60时无需重新设置部分光学器件的位置和角度以及再次调整光路，因而极大方便了实验研究和光谱测量。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光谱检测装置，用于检测样品的光谱，其特征在于，所述光谱检测装置包括基座、发射器、探测器及光谱检测模块，所述发射器、探测器及光谱检测模块均安装于所述基座上，所述样品置于所述光谱检测模块内，所述发射器发射电磁波，所述电磁波进入所述光谱检测模块并在所述样品表面反射或透射后从所述光谱检测模块出射，出射后的电磁波被所述探测器接收以检测所述样品的反射光谱或透射光谱。
2.根据权利要求1所述的光谱检测装置，其特征在于，所述光谱检测模块包括：
反射模块，用于接收所述发射器发射的电磁波，并将所述样品反射的电磁波传输至所述探测器以检测所述样品的反射光谱；或者
透射模块，用于接收所述发射器发射的电磁波，并将所述样品透射的电磁波传输至所述探测器以检测探测所述样品的透射光谱。
3.根据权利要求2所述的光谱检测装置，其特征在于，所述反射模块包括第一底板、第一反射调节组件及第一反射件，所述第一反射调节组件包括第一反射调节架及第二反射调节架，所述第一反射调节架安装于所述第一底板上，所述第二反射调节架安装于所述第一反射调节架上，所述第一反射件安装于所述第二反射调节架上并对准所述发射器。
4.根据权利要求3所述的光谱检测装置，其特征在于，所述反射模块还包括第二反射调节组件及第二反射件，所述第二反射调节组件包括第三反射调节架及第四反射调节架，所述第三反射调节架安装于所述第一底板上，所述第四反射调节架安装于所述第三反射调节架上，所述第二反射件安装于所述第四反射调节架上且对准所述探测器。
5.根据权利要求4所述的光谱检测装置，其特征在于，所述第一反射调节架、第二反射调节架、第三反射调节架及第四反射调节架上均具有锁紧件，所述锁紧件松开时，所述第一反射调节架及所述第二反射调节架调节所述第一反射件的空间位置及其与所述第一底板之间的角度，所述第三反射调节架及第四反射调节架调节所述第二反射件的空间位置及其与所述第一底板之间的角度；所述锁紧件锁紧时，所述第一反射件及第二反射件被固定而无法移动。
6.根据权利要求5所述的光谱检测装置，其特征在于，所述反射模块还包括第一样品支架，所述第一样品支架固定于所述第一底板上并位于所述第一反射件及第二反射件之间，所述样品水平横置于所述第一样品支架上且所述样品到所述第一底板的距离分别小于所述第一反射件及所述第二反射件到所述第一底板的距离，所述第一反射件及第二反射件的焦点同时位于所述样品上。
7.根据权利要求1所述的光谱检测装置，其特征在于，所述透射模块包括第二底板、第一透射调节组件及第三反射件，所述第一透射调节组件包括第一透射调节架及第二透射调节架，所述第一透射调节架安装于所述第二底板上，所述第二透射调节架安装于所述第一透射调节架上，所述第三反射件安装于所述第二透射调节架上并对准所述发射器。
8.根据权利要求7所述的光谱检测装置，其特征在于，所述透射模块还包括第二透射调节组件及第四反射件，所述第二透射调节组件包括第三透射调节架及第四透射调节架，所述第三透射调节架安装于所述第二底板上，所述第四透射调节架安装于所述第三透射调节架上，所述第四反射件安装于所述第四透射调节架上并对准所述探测器。
9.根据权利要求8所述的光谱检测装置，其特征在于，所述第一透射调节架、第二透射调节架、第三透射调节架及第四透射调节架上均具有锁紧件，所述锁紧件松开时，所述第一透射调节架及所述第二透射调节架调节所述第三反射件的空间位置及其与所述第二底板之间的角度，所述第三透射调节架及第四透射调节架调节所述第四反射件的空间位置及其与所述第二底板之间的角度；所述锁紧件锁紧时，所述第三反射件及第四反射件镜被固定而无法移动。
10.根据权利要求9所述的光谱检测装置，其特征在于，所述透射模块还包括第二样品支架，所述第二样品支架固定于所述第二底板上并位于所述第三反射件及第四反射件之间，所述样品竖直放置于所述第二样品支架上且所述样品到所述第一底板的距离与所述第三反射件及所述第四反射件到所述第一底板的距离相等，所述第三反射件及第四反射件的焦点同时位于所述样品上。
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