CN108323182A - 一种光谱测量系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及光谱测量技术领域,公开了一种光谱测量系统。本申请中,光谱测量系统包括:光谱检测装置、角度扫描装置和用于承载被测样品的承载机构;角度扫描装置与光谱检测装置连接,用于不断改变光谱检测装置射入的光的入射角,使射出的光在被测样品的表面的不同点聚焦。本光谱测量系统,在进行光谱测量时,通过一次测量能够获取多个点的光谱信息,并且能够有效避免被测样品表面物质分布不均造成的物质识别误差及混合物中物质含量比例测试不准的问题,同时还能够避免热量集中带来的危险和测量的不利影响。
Description
技术领域
本申请涉及光谱测量技术领域,特别涉及一种光谱测量系统。
背景技术
光谱测量系统能够通过获取物质成分及含量的拉曼散射光谱,对应得到物质的分子结构信息。
当前的光谱测量,通常是将激光或其他光源通过透镜聚焦到某一点,测量得到该点的光谱,分析得到的光谱后得到被测样品的物质成分及含量。
但是,发明人发现现有技术中至少存在如下问题:采用现有的光谱测量系统进行光谱测量时,如果需要对被测样品进行面测量,一种方式需要利用精密的二维移动台对被测样品进行空间位移,从而实现对被测样品多个点的测量,由这多个点的信息构建面的信息。另一种方式,对被测样品进行空间位移,每次都需要测试人员手动聚焦到不同的位置,以实现对多个点的测量,构建出面的基本信息。这两种测量方式无疑会带来一系列问题,如:1、单次测量耗时长,无法批量作业;2、测量结果的重复性差;3、难以对整个平面进行覆盖测量;4、二维移动台体积大,性能差;5、不方便测量,只适合实验室操作,不适合野外作业。
并且,由于二维移动平台价格昂贵,无疑会增加测试成本。
发明内容
本申请部分实施例所要解决的一个技术问题在于提供一种光谱测量系统,以解决上述技术问题。
本申请的一个实施例提供了一种光谱测量系统,该光谱测量系统包括:光谱检测装置、角度扫描装置和用于承载被测样品的承载机构;角度扫描装置与光谱检测装置连接,用于不断改变光谱检测装置射入的光的入射角,使射出的光在被测样品的表面的不同点聚焦。
本申请实施例相对于现有技术而言,通过在光谱检测装置上设置一个角度扫描装置,利用该角度扫描装置不断改变光谱检测装置射入的光的入射角,使射出的光在被测样品的表面的不同点聚焦,从而在进行光谱测量操作时,只需通过一次测量便能够获取多个点的光谱信息,并且能够有效避免被测样品表面物质分布不均造成的物质识别误差及混合物中物质含量比例测试不准的问题,同时还能够避免热量集中带来的危险和测量的不利影响。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1是本申请第一实施例的光谱测量系统的结构示意图;
图2是本申请第一实施例的光谱测量系统中的角度扫描装置的结构示意图;
图3是本申请第一实施例的光谱测量系统的结构示意图;
图4是本申请第一实施例的光谱测量系统中角度扫描机构为微机电系统时的利萨茹曲线图;
图5是本申请第一实施例的光谱测量系统中角度扫描机构为微机电系统时的利萨茹曲线图;
图6是本申请第一实施例的光谱测量系统中角度扫描机构为微机电系统时的利萨茹曲线图;
图7是本申请第一实施例的光谱测量系统中角度扫描机构为微机电系统时的利萨茹曲线图;
图8是本申请第二实施例的光谱测量系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请部分实施例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申请,并不用于限定本申请。
本申请的第一实施例涉及一种光谱测量系统,该光谱测量系统主要包括光谱检测装置、角度扫描装置和用于承载被测样品的承载机构。其中,角度扫描装置与光谱检测装置连接,用于不断改变光谱检测装置射入的光的入射角,使射出的光在被测样品的表面的不同点聚焦。
为了便于理解,以下结合图1至3所示的光谱测量系统中的各个部件,进行具体说明。
其中,图1所示的光谱测量系统中,100为光谱检测装置,具体采用的为手持式空间扫描拉曼检测光谱仪,200为角度扫描装置,300为用于承载被测样品的承载机构,具体可以是拉曼增强芯片或普通的载玻片。
具体的说,本实施例中提供的角度扫描装置200内部至少包括一个角度扫描机构,角度扫描机构包括控制单元和光反射单元。
需要说明的是,角度扫描机构中的控制单元主要用于控制光反射单元按照预设速度朝预设方向旋转,持续改变光谱检测装置射入到光反射单元的光的入射角,使射出的光在被测样品的表面的不同点聚焦。
为了便于理解,本实施例给出了一种角度扫描装置200的内部具体结构,具体如图2所示。
图2给出的角度扫描装置200内具体设置了两组角度扫描机构,分别为角度扫描机构201和角度扫描机构202,弯折的箭头表示角度扫描机构的旋转方向。
其中,2011为角度扫描机构201内的控制单元,2012为角度扫描机构201内的光反射单元。2021为角度扫描机构202内的控制单元,2022为角度扫描机构202内的光反射单元。
需要说明的是,图2给出的仅为一种具体结构的示意图,并不对本申请的保护范围案构成限定,在实际应用中,本领域的技术人员可以根需要合理设置,此处不做限制。
图3所示的为另一种结构的光谱测量系统,该光谱系统中光谱检测装置具体采用的为显微拉曼检测光谱仪。图3中所示的100具体是该显微拉曼检测光谱仪的显微镜头,具体是用于观测被测样品的目镜,200为角度扫描装置(其内部结构如图2所示),300为用于承载被测样品的承载机构,具体可以是拉曼增强芯片或普通的载玻片。
另外,需要说明的是,为了便于实现,方便控制,本实施例中的角度扫描机构具体可以选用电机转镜或微机电系统(MEMS),并且为了在测量过程中能够根据测试需要实时调整角度扫描机构的旋转角度及方向,角度扫描装置200可以采用金属触点、金属弹片、金属针脚等方式实现与光谱检测装置100的电连接,进而保证通信和供电的正常进行。
需要说明的是,在本实施例中的角度扫描机构为电机转镜或MEMS时,进行光谱测量中,可以按照常规线扫描、玫瑰线扫描等多种平面扫描方式对被测样品进行扫描,从而能够获取被测样品表面物质成分及含量的散射光谱,进而通过分析该光谱得到该被测样品中各物质的分子结构信息。
另外,值得一提的是,在角度扫描机构为MEMS时,进行光谱测量中,还可以采用利萨如图形法实现对被测样品的全空间扫描。
在采用利萨如图形法实现全空间扫描时,具体可根据如下公式进行调节,从而改变扫描密度及大小:
x=A cos(mθ);
y=B sin(nθ);
其中,x、y为参变量,m、n为大于0的整数,A、B为振幅,θ为因变量,其取值在0°~360°之间。
为了更加清楚的了解采用利萨如图形法实现全空间扫描的过程,以下结合图4至图7进行具体说明。
其中,图4至图7中的横纵坐标分别代表振幅A和B,并且振幅A和B的取值范围均在[-1,1]之间。
图4中,m=10,n=11;图5中,m=50,n=51;图6中,m=100,n=101;图7中,m=200,n=201。
通过图4至图7可以发现,在进行光谱测量时,通过控制m和n的取值可以实现整个空间不同密度的扫描,通过控制A和B的取值可以改变扫描面的大小。因此,在实际应用中,本领域的技术人员可以根据选取的被测样品合理改变m、n、A、B的取值,从而实现符合测量要求的扫描。
需要说明的是,以上仅为举例说明,并不对本实施例的保护范围构成限定。
另外,为了保证角度扫描机构不受外界影响,并且方便光谱测量系统能够在野外作业,保证测量过程中,承载被测样品的承载机构300不会发生移动,影响测量结果的准确性。本实施例中提供的光谱测量系统,还在角度扫描机构外包覆了一个壳体(可以参考图3所示的角度扫描机构中的203),同时在该壳体203上开设了一个定位槽2031。该定位槽2031主要用于供承载机构300插入并固定,并能在固定承载机构300时暴露出被测样品。
在进行光谱测量时,将角度扫描装置200固定于图1所示的手持式空间扫描拉曼检测光谱仪100或图3所示的显微拉曼检测光谱仪的显微镜头上,将被测样品,如液体或粉末涂覆于承载机构300上,然后将承载机构300插入到定位槽2031中,从而实现固定承载机构300。
另外,为了在光谱测量结束后,能够方便的将定位槽2031内的承载机构300弹出,便于更换,用于下次测量,本实施例中提供的角度扫描装置200的壳体203上还可以设置一个弹出按键2032,该弹出按键2032通常可以设置在定位槽2031的槽口周边,从而在光谱测量结束后,测试人员可以通过按压弹出按键2032将承载机构300从定位槽2031中弹出。
需要说明的是,在实际应用中,用于将承载机构300从定位槽2031中弹出的弹出按键2032的具体形状、结构以及设置位置,均不做限制,本领域的技术人员可以根据需要合理设置,定位槽2031开设的大小以及位置,此处也不做限制。
另外,值得一提的是,本实施例对角度扫描装置200与光谱检测装置的连接方式不做限制,本领域的技术人员可以根据实际需要设置角度扫描装置200与光谱检测装为可拆卸的连接,也可以是不可拆卸的连接,此处不做限制。
另外,本实施例中使用的光谱仪主要为拉曼检测光谱仪,从而可以实现拉曼光谱测量,在实际应用中,本领域的技术人员可以根据实际要测试的光谱,选择合适的光谱仪,此处不做限制。
通过上述描述不难发现,本实施例中提供的光谱测量系统,通过在光谱检测装置上设置一个角度扫描装置,利用该角度扫描装置不断改变光谱检测装置射入的光的入射角,使射出的光在被测样品的表面的不同点聚焦,从而在进行光谱测量操作时,只需通过一次测量便能够获取多个点的光谱信息,并且能够有效避免被测样品表面物质分布不均造成的物质识别误差及混合物中物质含量比例测试不准的问题,同时还能够避免热量集中带来的危险和测量的不利影响。
本申请的第二实施例涉及一种光谱测量系统。本实施例与第一实施例大致相同,主要区别之处为:在第一实施例中,拉曼检测光谱仪直接作为光谱检测装置,角度扫描装置直接与拉曼检测光谱仪连接;而在第二实施例中,拉曼检测光谱仪和拉曼探头组合作为光谱检测装置,拉曼检测光谱仪直接与拉曼探头连接,角度扫描装置是位于拉曼探头中的。
为了便于理解,以下结合图8所示的光谱测量系统进行具体说明。
图8中,100为拉曼检测光谱仪,200为角度扫描装置,300为用于承载被测样品的承载机构,可以为拉曼增强芯片或普通的载玻片,400为拉曼探头,500为激光器。
本实施例中的角度扫描装置200与第一实施例中的角度扫描装置200结构大致相同,其具体结构可以参照图1至图3中所示的角度扫描机构,此处不再赘述,拉曼检测光谱仪100和激光器500均为目前常用的装置,此处不再赘述。以下主要结合图8说明拉曼探头400在光谱测量系统中所起的作用。
具体的说,拉曼探头400是用来耦合激光器500和拉曼检测光谱仪100的外部光路部分。
在本实施例中,角度扫描装置200主要位于拉曼探头400内部的准直镜(靠近拉曼探头中的窗口的准直镜,即图8中的第二准直镜403)和二向色片402之间。
图8中,激光器500具体可以是光纤激光器,由其发出的激光信号,经过第一准直镜401变为平行激光。
二向色片402以45度角倾斜设置,使平行激光照射到二向色片402后,以45度角反射进入角度扫描装置200中,经角度扫描装置200改变后的光束入射到第二准直镜403上,并通过窗口404聚焦到承载机构300上的被测样品上,开始光谱测量。
被测样品产生的拉曼信号伴随着激光反射光,经过第二准直镜403,滤除99.9%的干扰,经过角度扫描装置200后,反射到二向色片402,并穿过二向色片402。
穿过二向色片402后的光信号中的拉曼信号光无阻碍的依次通过滤光片组405中的第一滤光片4051和第二滤光片4052,从而将激光信号进一步滤除掉。
过滤后的拉曼信号光经过聚焦镜406聚焦到拉曼检测光谱仪100的狭缝中,用于下一步分光测量。
另外,需要说明的是,本实施例中拉曼探头400中的滤光片选取的具体是采用磁控溅射或等离子溅射镀膜工艺制备的高通截止滤光片,在实际应用中,本领域的技术人员可以根据需要进行合理选取,此处不做限制。
需要说明的是,图8中示出的仅为经角度扫描装置200改变角度后射出的光聚焦在被测样品表面某一点的示意图,在实际应用中,一次光谱测量过程中,角度扫描装置200会不断改变射入的光的入射角以及发出射出的光的出射角,使射出的光在被测样品的表面的不同点聚焦,从而获取被测样品多个点的光谱信息。
另外,值得一提的是,由于本实施例中,角度扫描装置200是设置于拉曼探头400内部的,因此为了保证角度扫描装置200内角度扫描机构旋转的角度及方向符合测试需求,角度扫描装置200可以采用电缆实现与光谱检测装置的电连接,进而保证通信和供电的正常进行。
另外,本实施例中使用的光谱仪主要为拉曼检测光谱仪,从而可以实现拉曼光谱测量,在实际应用中,本领域的技术人员可以根据实际要测试的光谱,选择合适的光谱仪,此处不做限制。
通过上述描述不难发现,本实施例中提供的光谱测量系统,通过利用拉曼探头将定位机构与拉曼检测光谱仪固定连接,从而可以达到提高光学耦合效率,以及拉曼检测光谱仪使用的便携性。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施例是实现本申请的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本申请的精神和范围。
Claims (10)
1.一种光谱测量系统,其中,包括:光谱检测装置、角度扫描装置和用于承载被测样品的承载机构;
所述角度扫描装置与所述光谱检测装置连接,用于不断改变所述光谱检测装置射入的光的入射角,使射出的光在所述被测样品的表面的不同点聚焦。
2.如权利要求1所述的光谱测量系统,其中,所述角度扫描装置包括至少一个角度扫描机构;
所述角度扫描机构包括控制单元和光反射单元;
其中,所述控制单元用于控制所述光反射单元按照预设速度朝预设方向旋转,持续改变所述光谱检测装置射入到所述光反射单元的光的入射角,以及改变所述光反射单元射出的光的出射角。
3.如权利要求2所述的光谱测量系统,其中,所述角度扫描机构为电机转镜或微机电系统。
4.如权利要求2或3所述的光谱测量系统,其中,所述角度扫描装置还包括壳体,所述壳体上开设有定位槽;
所述定位槽用于供所述承载机构插入并固定,并能在固定所述承载机构时暴露出所述被测样品。
5.如权利要求4所述的光谱测量系统,其中,所述壳体上还设有弹出按键;
所述弹出按键用于将所述承载机构从所述定位槽中弹出。
6.如权利要求1至5任意一项所述的光谱测量系统,其中,所述角度扫描装置与所述光谱检测装置可拆卸的连接。
7.如权利要求1至6任意一项所述的光谱测量系统,其中,所述角度扫描装置采用金属触点或电缆与所述光谱检测装置电连接。
8.如权利要求1至7任意一项所述的光谱测量系统,其中,所述承载机构为拉曼增强芯片或载玻片。
9.如权利要求1至8任意一项所述的光谱测量系统,其中,所述光谱检测装置包括拉曼检测光谱仪;
其中,所述拉曼检测光谱仪为手持式空间扫描拉曼检测光谱仪或显微拉曼检测光谱仪。
10.如权利要求9所述的光谱测量系统,其中,所述光谱检测装置还包括拉曼探头;
所述拉曼探头包括二向色片和准直镜,所述角度扫描装置位于所述二向色片和所述准直镜之间。
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