CN107290308B - 一种组合式光谱探头及光谱分析系统 - Google Patents

一种组合式光谱探头及光谱分析系统 Download PDF

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Abstract

本发明适用于光学分析领域，提供了一种组合式光谱探头及光谱分析系统，该组合式光谱探头包括光谱探头、摄像头以及宽带照明光源，光谱探头用于发射激发光以及接收激发光与被检测物相互作用而产生的光；摄像头用于拍摄记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和设备仪器的图像；宽带照明光源用于提供摄像头进行拍摄所需的照明。采用本发明设计的光谱探头具有光谱分析和录像的特点，可广泛用于物质的拉曼等光谱分析，方便实用。

Description

一种组合式光谱探头及光谱分析系统
技术领域
本发明涉及光学分析仪器，更具体的说是涉及一种组合式光谱探头及光谱分析系统，该组合式光谱探头除具有发射激发光以及接收激发光与所述被检测物相互作用而产生的光的功能，并且具有录像功能，可广泛用于物质的光谱探测与分析。
背景技术
目前市场上拉曼光谱探头只能单纯地具有发射激光与接收受激发射拉曼光的功能，如图1所示，是目前市场上由美国BWTEK公司生产的一种拉曼光谱探头:BAC101拉曼光谱探头。其中101是包括发射和接收光学的拉曼光谱探头,102是发射光纤和接收光纤。然而现有的拉曼光谱探头不具备录像功能，所以不能拍摄记录被分析物质、分析或实验过程、使用者和分析或实验所用的设备仪器等,以便归档、分析实验和举证之用。如执法部门工作人员现场检查测试毒品或假药时,可以测试其拉曼光谱以辨别其真伪，同时也可以实时记录测试过程包括涉案人员、执法人员、测试地点和测量设备等作为举证之用。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种组合式光谱探头，其除具有发射激发光以及接收激发光与所述被检测物相互作用而产生的光的功能，并且具有录像功能，可广泛用于物质的光谱探测与分析。
本发明所述组合式光谱探头包括光谱探头、摄像头以及宽带照明光源，其中，
所述光谱探头用于发射所述激发光以及接收所述激发光与所述被检测物相互作用而产生的光，其中光谱探头由发射光学系统和接收光学系统组成，且所述光谱探头内有用于过滤返回的激发光的二向性滤光片以滤掉返回的激发光；
所述摄像头用于拍摄记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和设备仪器的图像；
所述宽带照明光源用于提供所述摄像头进行拍摄所需的照明。
从而使得光谱探头具有发射激发光以及接收激发光与所述被检测物相互作用而产生的光的功能，又具有录像功能。在进行光谱分析过程的同时，记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和分析或实验所用的设备仪器等。以便以便归档记录、分析实验和举证之用。如执法部门工作人员现场检查测试毒品或假药时,可以测试其拉曼光谱以辨别其真伪，同时也可以实时记录测试过程包括涉案人员、执法人员、测试地点和测量设备等作为举证之用。
根据本发明的组合式光谱探头，所述光谱探头还与激发光源以及光谱分析器连接，所述摄像头以及宽带照明光源分别与控制显示装置连接，
所述激发光源、用于输出激发被检测物的激发光；
所述光谱分析器，用于对组合式光谱探头接收的所述激发光与所述被检测物相互作用而产生的光并进行光谱分析；
所述控制显示装置，用于控制光谱分析器、摄像头和宽带照明光源并显示光谱分析结果和摄像头获取的图像，并将此图像与光谱分析结果关联为一个文件进行操作，如保存记录、编辑和打印等。
根据本发明的组合式光谱探头，所述组合式光谱探头还包括发射光纤和接收光纤；
所述发射光纤用于接收来自激发光源的激发光并传输所述激发光至所述光谱探头，再经发射光学系统射向被检测物；
所述接收光纤用于接收来自所述光谱探头的所述激发光与所述被检测物相互作用而产生的光，并传输至所述光谱分析器，既所述激发光与所述被检测物相互作用而产生的光经光谱探头内的接收光学系统接收后导入接收光纤并传输至光谱分析器进行光谱分析。
根据本发明的组合式光谱探头，所述组合式光谱探头还包括连接于所述摄像头、宽带照明光源以及控制显示装置之间的连接导线，所述连接导线用于传输所述控制显示装置发出的控制信号,并将所述摄像头所获得图像传回控制显示装置。根据本发明的组合式光谱探头，所述摄像头和宽带照明光源同向设置，且所述摄像头与所述光谱探头同向设置或具有一夹角。
根据本发明的组合式光谱探头，所述组合式光谱探头的宽带照明光源照射方向前端还设置有第一滤光器，所述第一滤光器为单一滤光片、滤光片组合或滤光片与中性衰减滤光片的组合以获得不同光谱不同强度的照明。
根据本发明的组合式光谱探头，所述组合式光谱探头的宽带照明光源为单色光源或多个单色光源的组合，以使用不同的单色光获得不同光谱的照明。
根据本发明的组合式光谱探头，所述组合式光谱探头的摄像头前端还设置有第二滤光器，所述第二滤光器为单一滤光片、滤光片组合或滤光片与中性衰减滤光片的组合以获得不同光谱不同强度的图像。
根据本发明的组合式光谱探头，所述激发光为激光时，根据所用不同的二向性分光片，当所述激光与所述被检测物相互作用而产生的光为拉曼光时，则组合式光谱探头可用做为拉曼光谱探头；或当所述激光与所述被检测物相互作用而产生的光为荧光时，则组合式光谱探头可用做为荧光光谱探头。
根据本发明的组合式光谱探头，所述激发光为非激光(如紫外灯光等)时，根据所用不同的二向性分光片，当所述非激光与所述被检测物相互作用而产生的光为荧光时，则组合式光谱探头也可用做为荧光光谱探头。
本发明提供一种光谱分析系统，所述光谱分析系统包括组合式光谱探头以及与所述组合式光谱探头分别连接的激发光源、光谱分析器和控制显示装置，所述组合式光谱探头包括光谱探头、摄像头以及宽带照明光源，
激发光源，用于输出激发被检测物的激发光；
光谱探头，用于发射所述激发光以及接收所述激发光与所述被检测物相互作用而产生的光；
光谱分析器，用于对由组合式光谱探头接收的激发光与被检测物质相互作用而产生的光进行光谱分析；
摄像头，用于拍摄记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和设备仪器的图像；
宽带照明光源，用于提供所述摄像头进行拍摄所需的照明；
控制显示装置，用于控制所述光谱分析器、摄像头和宽带照明光源并显示光谱分析结果和摄像头获取的图像，并将此图像与光谱分析结果关联为一个文件进行操作，如保存记录、编辑和打印等。
附图说明
图1是现有技术中拉曼光谱探头的示意图；
图2是本发明组合式光谱探头一种实施例的示意图；
图3是本发明组合式光谱探头另一实施例的示意图；
图4是本发明组合式光谱探头又一实施例的示意图；
图5是本发明组合式光谱探头再一实施例的示意图；
图6是本发明一种光谱分析系统的原理框图；
图7是本发明光谱分析系统一种实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本发明一种组合式光谱探头10,包括光谱探头11、摄像头12、宽带照明光源13、发射光纤14、接收光纤15以及连接电缆16(即连接导线)组合在一起形成组合式光谱探头。在图2中，17是激发光、18是激发光17与被检测物质相互作用而产生的光、19是宽带照明光、20是摄像头12接收的光。其中光谱探头11由发射光学系统和接收光学系统组成，且有相应的二向性滤光片以滤掉返回的激发光，以减少其对激发光17与被检测物质相互作用而产生的光18探测的干扰，光谱探头11用于发射激发光17以及接收激发光与被检测物相互作用而产生的光18；摄像头12用于拍摄记录被检测物质、分析或实验过程、使用者和设备仪器的图像；宽带照明光源13用于提供摄像头12进行拍摄所需的照明。从而使得组合式光谱探头10具有发射激发光17以及接收激发光与所述被检测物相互作用而产生光18的功能，又具有录像功能。所以能在进行光谱分析过程的同时，记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和分析或实验所用的设备仪器等。
发射光纤14和接收光纤15；发射光纤14用于接收来自激发光源20的激发光17并传输激发光至光谱探头11后再经发射光学系统射向被检测物200；当激发光17与被检测物质相互作用而产生的光18后，经光谱探头11内的接收光学系统接收后导入接收光纤15并传输至光谱分析器30(见图6)进行光谱分析。连接电缆16用于传输控制显示装置40(见图6)发出的控制信号,并将摄像头12所获得图像传回控制显示装置40。同样的，控制显示装置40还与激发光源17以及光谱分析器30通过电缆连接，以控制激发光源17以及光谱分析器30。
优选的是，根据本发明的组合式光谱探头，所述激发光源20(见图6)为激光器时，根据所用不同的二向性分光片，当所述激光与所述被检测物质200相互作用而产生的光18为拉曼光时，则组合式光谱探头10可用做为拉曼光谱探头；当所述激光与所述被检测物质200相互作用而产生的光18为荧光时，则组合式光谱探头10可用做为荧光光谱探头。
或根据本发明的组合式光谱探头10，所述激发光为非激光(如紫外灯光等)时，根据所用不同的二向性分光片，当所述非激光与所述被检测物相互作用而产生的光为荧光时，则组合式光谱探头10也可用做为荧光光谱探头。
图3是本发明组合式光谱探头10另一实施例的示意图。与图2中不同的是，在图2中，摄像头12和宽带照明光源13同向设置，且摄像头12与光谱探头11同向设置。然而在图3中，摄像头12和宽带照明光源13同向设置，且摄像头12与光谱探头11具有一任意夹角a以更方便对被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和分析或实验所用的设备仪器等的进行照明和摄像记录。
图4是本发明组合式光谱探头10又一实施例的示意图。与图2和图3中不同的是，在本实施例中，宽带照明光源13的照射方向前端还设置有第一滤光器414，第一滤光器414为单一滤光片、滤光片组合或滤光片与中性衰减滤光片的组合以获得不同光谱不同强度的照明。也即该第一滤光器414可以是单个的滤光片，该单个的滤光片可以根据需求进行选择以获得不同的光谱照明，同时该第一滤光器414可以是多个滤光片的组合以获得不同的光谱照明，另外第一滤光器414也可以是滤光片与中性衰减滤光片的组合以获得不同光谱不同强度的照明，中性衰减滤光片是为了降低宽带照明光源13所发出光的光强。
图5是本发明组合式光谱探头10再一实施例的示意图。与图2至图4中不同的是，在本实施例中，摄像头12的拍摄镜头前端还设置有第二滤光器515，第二滤光器515为单一滤光片、滤光片组合或滤光片与中性衰减滤光片的组合以获得不同光谱不同强度的图像。也即该第二滤光器515可以是单个的滤光片，该单个的滤光片可以根据需求进行选择以使摄像头12获得不同的光谱的图像，同时该第二滤光器515可以是多个滤光片的组合以使摄像头12获得不同的光谱图像，另外第二滤光器515也可以是滤光片与中性衰减滤光片的组合以获得不同光谱不同强度的图像，中性衰减滤光片的是为了降低摄像头12所接收到的光的光强，以避免因光太强导致摄像头12饱和而影响正常工作。
显而易见，在其他实施例中，也可同时在宽带照明光源13的照射方向前端、摄像头12的拍摄镜头前端均设置滤光器，以获得不同光谱不同强度的照明或图像。
综上所述，本发明通过将光谱探头、摄像头以及宽带照明光源组合在一起形成组合式光谱探头，其中光谱探头用于发射所述激发光以及接收激发光与被检测物相互作用而产生的光；摄像头用于拍摄记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和设备仪器的图像；宽带照明光源用于提供摄像头进行拍摄所需的照明。从而使得光谱探头具有发射激发光以及接收激发光与所述被检测物相互作用而产生的光的功能，又具有录像功能。在进行光谱分析过程的同时，记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和分析或实验所用的设备仪器等。
图6是本发明光谱分析系统原理框图，一种光谱分析系统100，包括组合式光谱探头10以及与组合式光谱探头10分别连接的激发光源20、光谱分析器30和控制显示装置40。
激发光源20，用于输出激发被检测物质的激发光17。
光谱探头11，用于发射激发光17以及接收激发光17与被检测物质200相互作用而产生的光18。
光谱分析器30，用于对由组合式光谱探头10接收的激发光17与被检测物质200相互作用而产生的光18进行光谱分析。
摄像头12，用于拍摄记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和设备仪器的图像。
宽带照明光源13，用于提供摄像头12进行拍摄所需的照明。
控制显示装置40，用于控制光谱分析器30、摄像头12和宽带照明光源13并显示摄像头12获取的图像，并将此图像与光谱分析结果关联为一个文件进行操作，如保存记录、编辑和打印等。该控制显示装置40优选为带显示屏的计算机或嵌入式计算机。同时控制显示装置40还与激发光源20以及光谱分析器30连接，以控制激发光源20以及光谱分析器30,并显示光谱分析结果和摄像头获取的图像。
图7是本发明光谱分析系统一种实施例的示意图。光谱分析系统100，包括组合式光谱探头10以及与组合式光谱探头10分别连接的激发光源20、光谱分析器30和控制显示装置40，组合式光谱探头10包括光谱探头11、摄像头12以及宽带照明光源13。宽带照明光源13可为由单色光源代替，以使用不同的单色光获得不同光谱的照明，也即宽带照明光源13可以是根据需求选择的单色光源，不同的单色光源可以获得不同光谱照明；另外宽带照明光源13也可以多个单色光源的组合。
光谱分析系统100还包括发射光纤14和接收光纤15；发射光纤14用于接收来自激发光源20的激发光并传输激发光至光谱探头11；接收光纤15用于接收来自光谱探头11的激发光与被检测物200相互作用而产生的光，并传输至光谱分析器30。光谱分析系统100还包括连接于摄像头12、宽带照明光源13以及控制显示装置40之间的连接电缆16，连接电缆用于传输控制显示装置40发出的控制信号,并将摄像头所获得图像传回控制显示装置40。同样的，控制系显示装置40还与激发光源20以及光谱分析器30通过电缆连接，以控制激发光源20以及光谱分析器30,并显示光谱分析结果和摄像头获取的图像。
在进行光谱分析时，激发光源20产生激发光17由发射光纤14导入光谱探头11后再经发射光学系统射向被检测物200，激发光17与被检测物质200相互作用而产生的光18经由光谱探头11内的接收光学系统接收后，再经由接收光纤15导入光谱分析器30进行光谱分析。宽带照明光源13提供摄像头12进行拍摄所需的照明，摄像头12拍摄被检测物质200、分析或实验过程、使用者和设备仪器的图像，并通过连接电缆传回控制显示装置40与光18的光谱分析结果做为一个文件操作，如保存记录、编辑和打印等。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种组合式光谱探头，其特征在于，所述组合式光谱探头包括光谱探头、摄像头以及宽带照明光源，其中，
所述光谱探头用于发射激发光以及接收所述激发光与被检测物相互作用而产生的光，所述光谱探头由发射光学系统和接收光学系统组成，且所述光谱探头内有用于过滤返回的激发光的二向性滤光片以滤掉返回的激发光；
所述摄像头用于拍摄记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者、设备仪器和实验环境的图像；
所述宽带照明光源用于提供所述摄像头进行拍摄所需的照明；
组合式光谱探头，所述激发光源为激光器时，根据所用不同的二向性分光片，当所述激光与所述被检测物质相互作用而产生的光为拉曼光时，则组合式光谱探头可用做为拉曼光谱探头；当所述激光与所述被检测物质相互作用而产生的光为荧光时，则组合式光谱探头可用做为荧光光谱探头；
或根据组合式光谱探头，所述激发光为非激光时，根据所用不同的二向性分光片，当所述非激光与所述被检测物相互作用而产生的光为荧光时，则组合式光谱探头也可用做为荧光光谱探头；
所述组合式光谱探头还包括光谱分析器，所述光谱探头与所述光谱分析器连接，所述光谱分析器用于对所述光谱探头接收的所述激发光与所述被检测物相互作用而产生的光进行光谱分析。
2.根据权利要求1所述的组合式光谱探头，其特征在于，所述光谱探头还与激发光源连接，所述摄像头以及宽带照明光源分别与控制显示装置连接，
所述激发光源、用于输出激发被检测物的激发光；
所述控制显示装置，用于控制所述光谱分析器、摄像头和宽带照明光源并显示光谱分析结果和摄像头获取的图像，并将此图像与光谱分析结果关联为一个文件进行操作。
3.根据权利要求2所述的组合式光谱探头，其特征在于，所述组合式光谱探头还包括发射光纤和接收光纤；
所述发射光纤用于接收来自激发光源的激发光并传输所述激发光至所述光谱探头，再经发射光学系统射向被检测物；
所述接收光纤用于接收来自所述光谱探头的所述激发光与所述被检测物相互作用而产生的光，并传输至所述光谱分析器，既所述激发光与所述被检测物相互作用而产生的光经光谱探头内的接收光学系统接收后导入接收光纤并传输至光谱分析器进行光谱分析。
4.根据权利要求2所述的组合式光谱探头，其特征在于，所述组合式光谱探头还包括连接于所述摄像头、宽带照明光源以及控制显示装置之间的连接导线，所述连接导线用于传输所述控制显示装置发出的控制信号,并将所述摄像头所获得图像传回所述控制显示装置。
5.根据权利要求1所述的组合式光谱探头，其特征在于，所述摄像头和宽带照明光源同向设置，且所述摄像头与所述光谱探头同向设置或具有一夹角。
6.根据权利要求1所述的组合式光谱探头，其特征在于，所述组合式光谱探头的宽带照明光源照射方向前端还设置有第一滤光器，所述第一滤光器为单一滤光片、滤光片组合或滤光片与中性衰减滤光片的组合以获得不同光谱不同强度的照明。
7.根据权利要求1所述的组合式光谱探头，其特征在于，所述组合式光谱探头的宽带照明光源为单色光源或多个单色光源的组合，以使用不同的单色光获得不同光谱的照明。
8.根据权利要求1所述的组合式光谱探头，其特征在于，所述组合式光谱探头的摄像头前端还设置有第二滤光器，所述第二滤光器为单一滤光片、滤光片组合或滤光片与中性衰减滤光片的组合以获得不同光谱不同强度的图像。
9.一种光谱分析系统，其特征在于，所述光谱分析系统包括组合式光谱探头以及与所述组合式光谱探头分别连接的激发光源、光谱分析器和控制显示装置，所述组合式光谱探头包括光谱探头、摄像头以及宽带照明光源，
激发光源，用于输出激发被检测物的激发光；
光谱探头，用于发射激发光以及接收激发光与所述被检测物相互作用而产生的光；
光谱分析器，用于对由组合式光谱探头接收的激发光与被检测物质相互作用而产生的光进行光谱分析；
摄像头，用于拍摄记录被鉴别物质、分析或实验过程、使用者和设备仪器的图像；
宽带照明光源，用于提供所述摄像头进行拍摄所需的照明；
控制显示装置，用于控制光谱分析器、摄像头和宽带照明光源并显示光谱分析结果和摄像头获取的图像，并将此图像与光谱分析结果关联为一个文件进行操作；
组合式光谱探头，所述激发光源为激光器时，根据所用不同的二向性分光片，当所述激光与所述被检测物质相互作用而产生的光为拉曼光时，则组合式光谱探头可用做为拉曼光谱探头；当所述激光与所述被检测物质相互作用而产生的光为荧光时，则组合式光谱探头可用做为荧光光谱探头；
或根据组合式光谱探头，所述激发光为非激光时，根据所用不同的二向性分光片，当所述非激光与所述被检测物相互作用而产生的光为荧光时，则组合式光谱探头也可用做为荧光光谱探头。
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