CN109557073A - 一种便携式拉曼光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式拉曼光谱仪，包括激光发生装置、激光传输光纤、滤光片装置、光纤探头装置、信号传输光纤、信号准直装置、信号收集装置、信号共焦装置、分光装置和光谱检测装置，激光发生装置发出的激光经由激光传输光纤传输后到达滤光片装置；经光纤探头装置照射到被测物质上，被测物质被激光激发后产生的拉曼信号和瑞利散射光再被光纤探头装置的透镜收集；由滤光片装置滤除瑞利散射光；再将拉曼信号经信号传输光纤传输至信号准直装置，再经由信号收集装置到达信号共焦装置；再经分光装置后到达光谱检测装置形成拉曼光谱。该光谱仪尺寸小，能有效抑制光学系统中的杂散光、提高仪器信噪比，从而提高拉曼光谱仪的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光谱检测技术领域，尤其涉及一种便携式拉曼光谱仪。
背景技术
激光共焦拉曼光谱是用来分析物质组分﹑结构等的一种有效光谱分析手段，其原理是入射激光会引起分子(或晶格)产生振动而损失(或获得)部分能量，致使散射光频率发生变化，对散射光的分析即拉曼光谱分析，可以探知分子的组分，结构及相对含量等，因此被广泛成为分子探针技术。
目前拉曼光谱已成为现代材料结构分析的基本技术手段，拉曼光谱常常被用来作为现场快速分析的技术手段，在食品安全、防恐防爆、刑侦调查、文物鉴定等方面发挥越来越重要的作用。然而实验室普遍使用的台式拉曼光谱仪不方便携带，不利于现场快速分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式拉曼光谱仪，该光谱仪尺寸小，能有效抑制光学系统中的杂散光、提高仪器信噪比，从而提高拉曼光谱仪的稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种便携式拉曼光谱仪，所述光谱仪包括激光发生装置、激光传输光纤、滤光片装置、光纤探头装置、信号传输光纤、信号准直装置、信号收集装置、信号共焦装置、分光装置和光谱检测装置，其中：
所述激光发生装置发出的激光经由所述激光传输光纤传输后到达所述滤光片装置，再被所述滤光片装置反射后传输至所述光纤探头装置；
激光经由所述光纤探头装置照射到被测物质上，所述被测物质被激光激发后产生的拉曼信号和瑞利散射光再被所述光纤探头装置的透镜收集；
收集后的信号再传输至所述滤光片装置，由所述滤光片装置滤除瑞利散射光后仅留下拉曼信号；
再将该拉曼信号经所述信号传输光纤传输至所述信号准直装置进行准直，准直后的信号再经由所述信号收集装置到达所述信号共焦装置；
经所述信号共焦装置处理后的信号再经所述分光装置后到达所述光谱检测装置形成拉曼光谱。
所述激光发生装置具体包含激光器、长方形一体式底板、一个一型盖板和四个防松动紧固螺栓，通过所述长方形一体式底板、一个一型盖板和四个防松动紧固螺栓使所述激光器在横向、纵向和径向上无法移动。
所述激光传输光纤包含光纤主芯、光纤主芯保护线和光纤套，其中：
所述光纤主芯保护线紧密缠绕所述光纤主芯，且所述光纤套包裹所述光纤主芯保护线。
所述滤光片装置包含激光光纤耦合接口固定件、激光线滤光片固定件、激光反射镜固定件、激光滤光片固定件、边缘滤光片固定件、信号光纤耦合固定件和一体式滤光片固定底座，其中：
所述激光光纤耦合接口固定件用于将激光传输至所述滤光片装置；
所述激光线滤光片固定件用于激光线滤光片在径向的微调；
所述激光反射镜固定件用于反射镜的固定和俯仰角度的微调；
所述激光滤光片固定件用于激光滤光片在径向的转动和俯仰角度的调节；
所述边缘滤光片固定件用于边缘滤光片的俯仰角度调节；
所述信号光纤耦合固定件用于将拉曼信号传输至所述滤光片装置。
所述光纤探头装置包含柱形定焦固定件、收集透镜和一个Ω型的透镜固定件，其中：
所述Ω型的透镜固定件用于固定所述收集透镜；
所述柱形定焦固定件用于使激光聚焦点始终处于样品位置。
所述信号准直装置包括准直透镜、柱型准直透镜固定件和一个Ω型的准直透镜固定件底座，通过所述柱型准直透镜固定件来固定所述准直透镜。
所述信号收集装置包括准直透镜、柱型信号收集透镜固定件和一个Ω型的准直透镜固定件底座，通过所述柱型信号收集透镜固定件来固定所述准直透镜；通过该Ω型的准直透镜固定件底座来实现轴向微调。
所述信号共焦装置包含共焦孔、共焦孔固定件和圆形调节法兰，通过所述共焦孔固定件来固定所述共焦孔；通过所述圆形调节法兰实现对所述共焦孔固定件轴向和径向的微调。
所述分光装置包含分光元件、凹槽型分光元件固定件、L型调节件和紧固件，通过凹槽型分光元件固定件来固定所述分光元件；通过所述L型调节件和紧固件实现对所述分光元件径向和俯仰方向的调节。
所述光谱检测装置包含T型散热片、圆形散热风扇、条形检测器、方形中空检测器固定件和检测器位置调节件，通过所述检测器位置调节件实现对所述条形检测器的位置调节。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述光谱仪尺寸小，能有效抑制光学系统中的杂散光、提高仪器信噪比，从而提高拉曼光谱仪的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例提供便携式拉曼光谱仪的整体结构示意图；
图2为本发明实施例所提供激光发生装置的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供激光传输光纤的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供滤光片装置的结构示意图；
图5为本发明实施例所提供信号收集装置的结构示意图；
图6为本发明实施例所提供信号共焦装置的结构示意图；
图7为本发明实施例所提供分光装置的结构示意图；
图8为本发明实施例所提供光谱检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供便携式拉曼光谱仪的整体结构示意图，所述光谱仪主要包括激光发生装置1、激光传输光纤2、滤光片装置3、光纤探头装置4、信号传输光纤6、信号准直装置7、信号收集装置8、信号共焦装置9、分光装置10和光谱检测装置11，其中各部分的光路关系具体为：
所述激光发生装置1发出的激光经由所述激光传输光纤2传输后到达所述滤光片装置3，再被所述滤光片装置3反射后传输至所述光纤探头装置4；
激光经由所述光纤探头装置4照射到被测物质5上，所述被测物质5被激光激发后产生的拉曼信号和瑞利散射光再被所述光纤探头装置4的透镜收集；
收集后的信号再传输至所述滤光片装置3，由所述滤光片装置3滤除瑞利散射光后仅留下拉曼信号；
再将该拉曼信号经所述信号传输光纤6传输至所述信号准直装置7进行准直，准直后的信号再经由所述信号收集装置8到达所述信号共焦装置9；
经所述信号共焦装置9处理后信号再经所述分光装置10后到达所述光谱检测装置11形成拉曼光谱。
具体实现中，如图2所示为本发明实施例所提供激光发生装置的结构示意图，该激光发生装置具体包含激光器、长方形一体式底板、一个一型盖板和四个防松动紧固螺栓，通过所述长方形一体式底板、一个一型盖板和四个防松动紧固螺栓使所述激光器在横向、纵向和径向上无法移动。上述设计节省了原有激光器散热底板装置的空间，实现了在减小激光发生装置厚度的同时增大了激光器散热面积，从而提高了激光器的稳定性。
如图3所示为本发明实施例所提供激光传输光纤的结构示意图，该激光传输光纤包含光纤主芯、光纤主芯保护线和光纤套，其中：所述光纤主芯保护线紧密缠绕所述光纤主芯，且所述光纤套包裹所述光纤主芯保护线。上述设计可以使所述光纤主芯在很小的曲率半径下不受损坏，从而使仪器有更大的工作范围，信号传输光纤6与该激光传输光纤2有类似结构。
如图4所示为本发明实施例所提供滤光片装置的结构示意图，所述滤光片装置包含激光光纤耦合接口固定件、激光线滤光片固定件、激光反射镜固定件、激光滤光片固定件、边缘滤光片固定件、信号光纤耦合固定件和一体式滤光片固定底座，其中：
所述激光光纤耦合接口固定件用于将激光传输至所述滤光片装置；
所述激光线滤光片固定件用于激光线滤光片在径向的微调；
所述激光反射镜固定件用于反射镜的固定和俯仰角度的微调；
所述激光滤光片固定件用于激光滤光片在径向的转动和俯仰角度的调节；
所述边缘滤光片固定件用于边缘滤光片的俯仰角度调节；
所述信号光纤耦合固定件用于将拉曼信号传输至所述滤光片装置。
另外，所述光纤探头装置进一步包含柱形定焦固定件、收集透镜和一个Ω型的透镜固定件，其中：所述Ω型的透镜固定件用于固定所述收集透镜；所述柱形定焦固定件用于使激光聚焦点始终处于样品位置。
所述信号准直装置包括准直透镜、柱型准直透镜固定件和一个Ω型的准直透镜固定件底座，通过所述柱型准直透镜固定件来固定所述准直透镜。
如图5所示为本发明实施例所提供信号收集装置的结构示意图，所述信号收集装置包括准直透镜、柱型信号收集透镜固定件和一个Ω型的准直透镜固定件底座，通过所述柱型信号收集透镜固定件来固定所述准直透镜；通过该Ω型的准直透镜固定件底座来实现轴向微调。
如图6所示信号共焦装置包含共焦孔、共焦孔固定件和圆形调节法兰，通过所述共焦孔固定件来固定所述共焦孔；通过所述圆形调节法兰实现对所述共焦孔固定件轴向和径向的微调。
如图7所示分光装置包含分光元件、凹槽型分光元件固定件、L型调节件和紧固件，通过凹槽型分光元件固定件来固定所述分光元件；通过所述L型调节件和紧固件实现对所述分光元件径向和俯仰方向的调节。
如图8所示光谱检测装置包含T型散热片、圆形散热风扇、条形检测器、方形中空检测器固定件和检测器位置调节件，通过所述检测器位置调节件实现对所述条形检测器的位置调节。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
综上所述，本发明实施例的方案通过对光纤探头装置、滤光片装置、光谱检测装置、信号共焦装置的小型化设计，减小了便携式拉曼光谱仪的整体尺寸；通过独特光路设计抑制光学系统的杂散光；通过一体化的光学底座设计和激光/信号传输光纤独特的缠绕设计提高了便携式拉曼光谱仪的稳定性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种便携式拉曼光谱仪，其特征在于，所述光谱仪包括激光发生装置、激光传输光纤、滤光片装置、光纤探头装置、信号传输光纤、信号准直装置、信号收集装置、信号共焦装置、分光装置和光谱检测装置，其中：
所述激光发生装置发出的激光经由所述激光传输光纤传输后到达所述滤光片装置，再被所述滤光片装置反射后传输至所述光纤探头装置；
激光经由所述光纤探头装置照射到被测物质上，所述被测物质被激光激发后产生的拉曼信号和瑞利散射光再被所述光纤探头装置的透镜收集；
收集后的信号再传输至所述滤光片装置，由所述滤光片装置滤除瑞利散射光后仅留下拉曼信号；
再将该拉曼信号经所述信号传输光纤传输至所述信号准直装置进行准直，准直后的信号再经由所述信号收集装置到达所述信号共焦装置；
经所述信号共焦装置处理后的信号再经所述分光装置后到达所述光谱检测装置形成拉曼光谱。
2.根据权利要求1所述便携式拉曼光谱仪的光路处理方法，其特征在于，所述激光发生装置具体包含激光器、长方形一体式底板、一个一型盖板和四个防松动紧固螺栓，通过所述长方形一体式底板、一个一型盖板和四个防松动紧固螺栓使所述激光器在横向、纵向和径向上无法移动。
3.根据权利要求1所述便携式拉曼光谱仪的光路处理方法，其特征在于，所述激光传输光纤包含光纤主芯、光纤主芯保护线和光纤套，其中：
所述光纤主芯保护线紧密缠绕所述光纤主芯，且所述光纤套包裹所述光纤主芯保护线。
4.根据权利要求1所述便携式拉曼光谱仪的光路处理方法，其特征在于，所述滤光片装置包含激光光纤耦合接口固定件、激光线滤光片固定件、激光反射镜固定件、激光滤光片固定件、边缘滤光片固定件、信号光纤耦合固定件和一体式滤光片固定底座，其中：
所述激光光纤耦合接口固定件用于将激光传输至所述滤光片装置；
所述激光线滤光片固定件用于激光线滤光片在径向的微调；
所述激光反射镜固定件用于反射镜的固定和俯仰角度的微调；
所述激光滤光片固定件用于激光滤光片在径向的转动和俯仰角度的调节；
所述边缘滤光片固定件用于边缘滤光片的俯仰角度调节；
所述信号光纤耦合固定件用于将拉曼信号传输至所述滤光片装置。
5.根据权利要求1所述便携式拉曼光谱仪的光路处理方法，其特征在于，所述光纤探头装置包含柱形定焦固定件、收集透镜和一个Ω型的透镜固定件，其中：
所述Ω型的透镜固定件用于固定所述收集透镜；
所述柱形定焦固定件用于使激光聚焦点始终处于样品位置。
6.根据权利要求1所述便携式拉曼光谱仪的光路处理方法，其特征在于，所述信号准直装置包括准直透镜、柱型准直透镜固定件和一个Ω型的准直透镜固定件底座，通过所述柱型准直透镜固定件来固定所述准直透镜。
7.根据权利要求1所述便携式拉曼光谱仪的光路处理方法，其特征在于，所述信号收集装置包括准直透镜、柱型信号收集透镜固定件和一个Ω型的准直透镜固定件底座，通过所述柱型信号收集透镜固定件来固定所述准直透镜；通过该Ω型的准直透镜固定件底座来实现轴向微调。
8.根据权利要求1所述便携式拉曼光谱仪的光路处理方法，其特征在于，所述信号共焦装置包含共焦孔、共焦孔固定件和圆形调节法兰，通过所述共焦孔固定件来固定所述共焦孔；通过所述圆形调节法兰实现对所述共焦孔固定件轴向和径向的微调。
9.根据权利要求1所述便携式拉曼光谱仪的光路处理方法，其特征在于，所述分光装置包含分光元件、凹槽型分光元件固定件、L型调节件和紧固件，通过凹槽型分光元件固定件来固定所述分光元件；通过所述L型调节件和紧固件实现对所述分光元件径向和俯仰方向的调节。
10.根据权利要求1所述便携式拉曼光谱仪的光路处理方法，其特征在于，所述光谱检测装置包含T型散热片、圆形散热风扇、条形检测器、方形中空检测器固定件和检测器位置调节件，通过所述检测器位置调节件实现对所述条形检测器的位置调节。
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