CN109085673B - 光线传输组件和声致发光检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光线传输组件和声致发光检测系统。光线传输组件包括光线传输元件和光线采集元件；光线采集元件包括采集输入端、采集输出端以及设置光线采集元件内部的多根采集光纤，多根采集光纤的一端位于采集输入端，另一端位于采集输出端，且其设置为能够使得从采集输入端入射至其的入射光在多根采集光纤进行耦合，以在采集输出端输出出射光；光线传输元件包括传输输入端和传输输出端，传输输入端与采集输出端光导通，以接收采集输出端所输出的出射光，并通过传输输出端输出。采集输入端端面面积较大，多根采集光纤可以对入射光进行耦合，吸收入射光的全部或大部分光线，提高耦合到采集输出端获得的出射光的强度，以便检测和分析。
Description
技术领域
本发明涉及声致发光技术领域，具体涉及一种光线传输组件和一种包括该光线传输组件的声致发光检测系统。
背景技术
一般的，超声声致发光是超声的空化产生现象，发光的强度与超声频率、超声电功率、环境压力、超声介质的氧容量等因素有关。在研究超声声致发光现象时，主要是检测超声声致发光的强度、光谱和发光的周期性。传统的超声声致发光检测系统中，采用普通光纤传输超声声致发光的光线并将该光线导入到检测设备中。
但是，传统的超声声致发光所使用的工作介质为水，光经过水和水容器的观测窗口传输时，会产生光的损耗，特别是光线中的紫外光线会部分或全部被损耗。由于超声声致发光光强有相当大部分来自紫外部分，普通光纤无法传输紫外光线或者对紫外光线的吸收比较严重。超声声致发光强度较弱。普通光纤多为单芯光纤，传输芯径小，超声空化所发出的光线很难耦合进入光纤，即使能耦合进入，也会因为收集和传输的光线较弱，使得到达检测设备时的光线很弱，因此在检测端，包括常见的光谱仪，电荷耦合元件(Charge-coupledDevice，CCD)以及光电倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)等光学设备会出现检测到光很弱，光信号与仪器背景噪声混在一起的情况。这会导致实验结果信噪比低，给研究和数据分析带来困难，甚至有时会出现检测不到任何有用发光信号的情况。
因此，如何一种能够有效采集并传输声致发光焦域所发出的光线信息的光纤结构成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种光线传输组件及具有其的声致发光检测系统。
为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种光线传输组件，所述光线传输组件包括光线传输元件和光线采集元件；
所述光线采集元件包括采集输入端、采集输出端以及设置所述光线采集元件内部的多根采集光纤，多根所述采集光纤的一端位于所述采集输入端，多根所述采集光纤的另一端位于所述采集输出端，且多根所述采集光纤设置为能够使得从所述采集输入端入射至多根所述采集光纤的入射光在多根所述采集光纤进行耦合，以在采集输出端获得出射光。
所述光线传输元件包括传输输入端和传输输出端，所述传输输入端与所述采集输出端光导通，以接收所述采集输出端所输出的出射光，并通过所述传输输出端输出。
优选地，所述光线采集元件还包括准直套筒，所述准直套筒套设在多根所述采集光纤外，以使得所述采集光纤填满所述准直套筒的内部空间。
优选地，所述准直套筒为圆筒，其中一根所述采集光纤设置在所述准直套筒的轴线上。
优选地，所述光线采集元件包括7-19根采集光纤，所述采集光纤的直径为125-200um。
优选地，所述光线传输组件还包括光线接收元件，所述光线接收元件包括接收输入端、接收输出端以及设置在所述光线接收元件内的多根接收光纤，多根所述接收光纤的一端位于所述接收输入端，多根所述接收光纤的另一端位于所述接收输出端；所述接收输入端与所述传输输出端光导通，以接收所述传输输出端所输出的出射光。
优选地，所述光线接收元件还包括接收套筒，所述接收套筒套设在多根所述接收光纤外，多根所述接收光纤沿所述接收套筒的径向排列成一列，且所述接收光纤的长度方向与所述接收套筒的轴向一致。
优选地，所述光线传输元件包括设置在其内部的至少一根传输光纤以及套设在所述传输光纤外部的保护套筒，所述传输光纤的一端位于所述传输输入端，所述传输光纤的另一端位于所述传输输出端。
本发明的第二方面，提供一种声致发光检测系统，所述声致发光检测系统包括空化声致发光产生设备、光线传输组件以及光线检测设备，所述光线传输组件包括前文所述的光线传输组件，所述空化声致发光产生设备的发光焦域与所述光线采集元件的采集输入端光导通，所述光线传输元件的传输输出端与所述光线检测设备的输入端光导通，以检测所述出射光。
优选地，所述检测所述出射光包括检测所述出射光的光强、光谱和发光变化的周期中的至少一者或其组合。
优选地，所述光线检测设备包括光谱仪，当所述光线传输组件包括光线接收元件时，所述光线接收元件的多根所述接收光纤插置在所述光谱仪的狭缝中。
本发明的光线传输组件，其中的光线采集元件内设置有多根采集光纤，因此，可以使得光线采集元件的采集输入端的端面面积较大，当有入射光射入到该光线采集元件的采集输入端时，多根采集光纤可以对入射光进行耦合，从而可以提高采集输出端获得的出射光的强度，以便对该出射光进行检测和分析，提高检测的准确性。
本发明的声致发光检测系统，具有前文结构的光线传输组件，因此，能够提高进入到光线检测设备内的光线的强度，从而可以提高检测结果的准确性。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明第一实施例中光线传输组件的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中光线采集元件的断面图；
图3为本发明第三实施例中光线接收元件的断面图。
附图标记说明
100：光线传输组件；
110：光线采集元件；
111：采集光纤；
112：准直套筒；
120：光线传输元件；
121：传输光纤；
122：保护套筒；
130：光线接收元件；
131：接收光纤；
132：接收套筒。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
参考图1，本发明的第一方面，涉及一种光线传输组件100，该光线传输组件100可以用于声致发光检测领域，起到传输声致发光焦域所发出的光线的作用，也可以应用于其他需要传输光信号的领域。其中，该光线传输组件100包括光线采集元件110和光线传输元件120。
其中，上述光线采集元件110包括采集输入端(图1中光线采集元件110的左侧)、采集输出端(图1中光线采集元件110的右侧)以及设置光线采集元件110内部的多根采集光纤111，多根采集光纤111的一端位于采集输入端，多根采集光纤111的另一端位于采集输出端，且多根采集光纤111设置为能够使得从采集输入端入射至多根采集光纤的入射光在多根采集光纤111进行耦合，以在采集输出端获得出射光。
其中，上述光线传输元件120包括传输输入端(图1中光线传输元件120的左侧)和传输输出端(图1中光线传输元件120的右侧)，该传输输入端与采集输出端光导通，以接收采集输出端所输出的出射光，并通过该传输输出端输出。
具体地，当声致发光产生设备的声致发光焦域发出初始光线时，也就是声致发光现象，所谓的声致发光现象是指：当高强度的超声波作用于液体介质的时候，液体介质中会产生一种“声空化”现象——在液体介质中产生气泡，气泡随即坍塌到一个非常小的体积，内部的温度可以超过10万摄氏度，过程中会发出瞬间的发光，一个完整超声周期中发光持续时间在ps量级，而这就被称为“声致发光”的一种现象。由于光线采集元件110内部设置有多根采集光纤111，因此，当该初始光线射入到光线采集元件110处形成上述的入射光时，多根采集光纤111使得该入射光在其内部耦合，并在采集输出端输出出射光，该出射光向光线传输元件120传输。可以将光线传输元件120的传输输出端与光线检测设备(图中并未示出)光导通，例如，光谱仪等。经过光谱仪对出射光的光强、光谱或发光变化的周期进行检测分析，可以确定超声声致空化区域发光的发光状态。
需要说明的是，对于多根采集光纤111的具体制作材料以及在光线采集元件110内的排布方式并没有作出限定，其只要能够满足能够将声致发光焦域所发出的初始光线耦合到光线采集元件110内即可，以便对声致发光焦域所发出的光线进行检测与分析。
进一步需要说明的是，对于光线采集元件110的采集输出端与光线传输元件120的传输输入端之间，是如何实现光导通的具体结构并没有作出限定，例如，在光线传输元件120的内部，也可以设置有类似的光纤结构，该光纤结构与光线采集元件110内部的多根采集光纤111进行光导通。当然，也可以是其他能够实现光导通的具体结构。
本实施例结构的光线传输组件100，其中的光线采集元件110内设置有多根采集光纤111，因此，可以使得光线采集元件110的采集输入端的端面面积较大，多根采集光纤111容易耦合上述初始光线，使得初始光线大部分或全部耦合到光线采集元件110内，减少初始光线的损耗，从而可以在采集输出端获得光强较大的出射光，以便对该出射光进行检测和分析，提高检测的准确性。
优选地，上述光线采集元件110还包括准直套筒112。其中，该准直套筒112可以套设在多根采集光纤111外，以使得采集光纤111填满准直套筒112的内部空间。
应当理解的是，本实施例结构的所谓采集光纤111填满准直套筒112内部的空间，并非一点空隙都没有，而是能够实现的填满，可能会存在一定的间隙，具体地取决于所设计的采集光纤111以及准直套筒112的内部空间。因此，可以根据实际需要，确定采集光纤111在准直套筒112的内部空间的填充状态。
需要说明的是，对于准直套筒112的具体制作材料及具体结构并没有作出限定，其只要能够满足能够将多根采集光纤111收纳于其内部空间内即可。优选地，该准直套筒112可以是金属材料制作所形成的准直套筒112，可以使得光线采集元件110整体具有刚性。
本实施例结构的光线传输组件100，准直套筒112将多根采集光纤111收容于内部空间内，因此，可以使得多根采集光纤111呈准直状态。其次，准直套筒112将多根采集光纤111堆叠在其内部空间内，能够有效保证收光面积，同时，还可以使得光线采集元件110的结构更加紧凑，减小外围尺寸，从而能够减弱采集输入端对声场的干扰，破坏超声声场的完整性，影响超声空化域的发光。根据实际需求，可在前端加装聚焦透镜，以加强采光效果。刚性准直套筒可为装卸聚焦透镜提供方便。
优选地，为了进一步使得光线采集元件110的结构更加紧凑，上述准直套筒112为圆筒，其中一根采集光纤111设置在准直套筒112的轴线上。
也就是说，有一根采集光纤111位于该准直套筒112的中心处，其余的采集光纤111可以围绕位于中心处的该根采集光纤111进行堆叠排列。
优选地，为了提高光线传输组件100，上述光线采集元件110包括7-19根采集光纤111。其中，每根采集光纤111的直径可以为125-200um。
更优选地，如图2所示，本实施例结构采用19根采集光纤111堆叠排列形成，从图2可以看出，准直套筒112的中心位置设置有一根采集光纤111，围绕该根采集光纤111的周侧排布有7根采集光纤111，且该7根采集光纤111的中心连线构成正六边形，围绕该7根采集光纤111的周侧排布有9根采集光纤111，同时，该9根采集光纤111的中心连线也构成正六边形。这种形式堆叠排列的采集光纤111，可以进一步地使得光线采集元件110的外围尺寸缩小，从而能够进一步地减少采集元件对声场的干扰，降低对空化域声致发光的影响。
优选地，上述光线传输组件100还包括光线接收元件130。其中，光线接收元件130包括接收输入端(图1中光线接收元件130的左侧)、接收输出端(图1中光线接收元件130的右侧)以及设置在光线接收元件130内的多根接收光纤131，多根接收光纤131的一端位于接收输入端，多根接收光纤131的另一端位于接收输出端，该光线接收元件130的接收输入端与光线传输元件120的传输输出端光导通，以接收光线传输元件120的传输输出端所输出的出射光。
具体地，以该光线传输组件100应用于检测声致发光焦域的发光状态为例进行说明，声致发光焦域所发出的初始光线可以在光线采集元件110内部的多根采集光纤111内进行耦合，在采集输出端获得出射光，该出射光经由光线传输元件120传输至光线接收元件130，需要对空化域声致发光的发光性质进行研究时，可以将光线接收元件130的接收输出端与光线检测设备光导通，例如，光谱仪。该光线接收元件130可以直接插置在光谱仪的狭缝中，便于拆卸。
优选地，上述光线接收元件130还包括接收套筒132。其中，该接收套筒132套设在多根接收光纤131外，且多根接收光纤131沿接收套筒132的径向排列成一列，且接收光纤131的长度方向与接收套筒132的轴向一致。
具体地，如图3所示，其示意了19根接收光纤131沿接收套筒132的径向排列成一列，也就是说，多根接收光纤131在接收套筒132内堆叠排列成多行一列。当然，本实施例结构的接收光纤131的数量并不限制于图3所示的19根，还可以是其他数量，具体地可以根据实际需要进行确定所需要的接收光纤131的数量。
需要说明的是，对于接收光纤131的具体材料以及尺寸并没有作出限定，优选地，接收光纤131可以由石英材料制成，以增加紫外光线的通过率，其优化直径可以为200um。当然，接收光纤131也可以由其他材料所制成，其直径也可以为其他尺寸等。
本实施结构的光线传输组件100，通过设置的光线接收元件130，以及沿接收套筒132的轴线排列成一列的多根接收光纤131，再与光线检测设备连接时，能够提高进入到光线检测设备的光线强度，使得检测结果更加准确。
优选地，作为一种具体地实现与光线采集元件110和光线接收元件130实现光导通的结构，上述光线传输元件120包括设置在其内部的至少一根传输光纤121以及套设在传输光纤121外部的保护套筒122，传输光纤121的一端位于所述传输输入端，传输光纤121的另一端位于传输输出端。
需要说明的是，对于传输光纤121的具体材料以及数量和尺寸并没有作出限定，优选地，传输光纤121可以由石英材料制成，其直径也可以为200um。当然，传输光纤121也可以由其他材料所制成，其直径也可以为其他尺寸等，对于传输光纤121的具体数量，可以根据实际需要进行确定，只要能够满足与光线采集元件110和光线接收元件130实现光导通即可。
进一步需要说明的是，对于保护套筒122的具体结构并没有作出限定，例如，其可以由塑料材料所制成。
本发明的第二方面，提供了一种声致发光检测系统(图中并未示出)。其中，该声致发光检测系统包括空化声致发光产生设备(图中并未示出)、光线传输组件100以及光线检测设备(图中并未示出)，光线传输组件100包括前文记载的光线传输组件100，该空化声致发光产生设备的声致发光焦域与光线采集元件110的采集输入端光导通，光线传输元件120的传输输出端与光线检测设备的输入端光导通，以检测出射光。
具体地，在进行检测试验时，可以将光线采集元件110尽可能地靠近空化域声致发光的焦点，通过调节光线采集元件110与发光焦点的角度，以使得声致发光焦域所发出的初始光线尽可能多的耦合到光线采集元件110内。当上述光线传输组件100还包括光线接收元件130时，还可以在较暗环境中(利用操作者的肉眼或其他方式)判断发光焦点所发出地初始光线是否耦合进入到了该光线传输组件100内，当进入到了光线传输组件100内时，可以将光线接收元件130与光线检测设备连接，以进行后续的检测，能够提高检测效率，同时，还能够使得检测结果更加准确。
本实施例结构的声致发光检测系统，具有前文结构的光线传输组件100，因此，能够提高进入到光线检测设备内的光线的强度，从而可以提高检测结果的准确性。
对于检测出射光的相关参数并没有限定，优选地，上述检测出射光包括检测出射光的光强、光谱和发光变化的周期中的至少一者或其组合。当然，根据实际需要，也可以检测该出射光的其他光学参数等。
优选地，上述光线检测设备包括光谱仪(图中并未示出)。其中，当光线传输组件100包括光线接收元件130时，光线接收元件130的多根接收光纤131插置在光谱仪的狭缝中。
本实施例结构的声致发光检测系统，多根接收光纤131与光谱仪的狭缝相匹配，因此，可以直接插置在该狭缝中，能够便于组装和拆卸。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种声致发光检测系统，所述声致发光检测系统包括空化声致发光产生设备、光线传输组件以及光线检测设备，其特征在于，所述光线传输组件包括光线传输元件和光线采集元件；
所述光线采集元件包括采集输入端、采集输出端以及设置所述光线采集元件内部的多根采集光纤，多根所述采集光纤的一端位于所述采集输入端，多根所述采集光纤的另一端位于所述采集输出端，且多根所述采集光纤设置为能够使得从所述采集输入端入射至多根所述采集光纤的入射光在多根所述采集光纤进行耦合，以在采集输出端获得出射光；
所述光线传输元件包括传输输入端和传输输出端，所述传输输入端与所述采集输出端光导通，以接收所述采集输出端所输出的出射光，并通过所述传输输出端输出；
所述空化声致发光产生设备的声致发光焦域与所述光线采集元件的采集输入端光导通，所述光线传输元件的传输输出端与所述光线检测设备的输入端光导通，以检测所述出射光；
所述光线采集元件还包括准直套筒，所述准直套筒套设在多根所述采集光纤外，以使得所述采集光纤填满所述准直套筒的内部空间，并使得所述光线采集元件整体具有刚性。
2.根据权利要求1所述的声致发光检测系统，其特征在于，所述准直套筒为圆筒，其中一根所述采集光纤设置在所述准直套筒的轴线上。
3.根据权利要求1所述的声致发光检测系统，其特征在于，所述光线采集元件包括7-19根采集光纤，所述采集光纤的直径为125-200um。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的声致发光检测系统，其特征在于，所述检测所述出射光包括检测所述出射光的光强、光谱和发光变化的周期中的至少一者或其组合。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的声致发光检测系统，其特征在于，所述光线检测设备包括光谱仪，当所述光线传输组件包括光线接收元件时，所述光线接收元件的多根所述接收光纤插置在所述光谱仪的狭缝中。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的声致发光检测系统，其特征在于，所述光线传输组件还包括光线接收元件，所述光线接收元件包括接收输入端、接收输出端以及设置在所述光线接收元件内的多根接收光纤，多根所述接收光纤的一端位于所述接收输入端，多根所述接收光纤的另一端位于所述接收输出端；所述接收输入端与所述传输输出端光导通，以接收所述传输输出端所输出的出射光。
7.根据权利要求6所述的声致发光检测系统，其特征在于，所述光线接收元件还包括接收套筒，所述接收套筒套设在多根所述接收光纤外，多根所述接收光纤沿所述接收套筒的径向排列成一列，且所述接收光纤的长度方向与所述接收套筒的轴向一致。
8.根据权利要求1至3任意一项所述的声致发光检测系统，其特征在于，所述光线传输元件包括设置在其内部的至少一根传输光纤以及套设在所述传输光纤外部的保护套筒，所述传输光纤的一端位于所述传输输入端，所述传输光纤的另一端位于所述传输输出端。
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