CN110530846A - 一种激光拉曼光谱检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光拉曼光谱检测系统及其检测方法，所述激光拉曼光谱检测系统包括控制器、成像系统、光源、拉曼光谱分析仪和光路系统，所述成像系统通过所述光路系统获取待检样品的图像信息，并识别判断所述图像信息的灰度值；所述控制器根据所述成像系统的识别结果控制所述光源和所述拉曼光谱分析仪运行；所述拉曼光谱分析仪通过所述光路系统接收所述光源激发待检样品产生的光谱信号，并进行分析。本发明利用图像处理的方式识别深色物质，针对深色物质进行隔离分析，有效避免引燃引爆的危险发生，同时无需降低采样效率和激光在样品汇聚点的能量密度，大大降低操作者的风险，而且该检测系统结构简单，易于实现和推广使用，可靠性强。

Description

一种激光拉曼光谱检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及拉曼光谱分析技术领域，尤其涉及一种激光拉曼光谱检测系统及其检测方法。

背景技术

目前现有的拉曼光谱分析技术一般都是指激光拉曼光谱分析技术，即激发光源采用的是激光，应用激光具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等特性，但是也正是因为采用了激光做光源，而且激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2～2mm，因此，测量点的功率密度很高，在测量深色高敏感物质时，容易引燃样品，甚至发生爆炸。

为避免深色样品被引燃引爆，目前市面上一般采用降低功率、扩大光斑、让光斑旋转扫描或者让样品高速旋转而降低热积累的方式。其中，降低功率不仅会使拉曼系统采集效率降低，而且还存在较高的引燃深色高敏感物质的风险，其它诸如扩大光斑、让光斑旋转扫描或者让样品高速旋转等方法都会使系统复杂化，大幅提高生产成本，降低系统采样效率，并且依然会引燃公安敏感的黑火药等深色物质。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的激光拉曼光谱检测系统及其检测方法。具体地，本发明提供能够将图像传感器与拉曼光谱分析系统相结合的检测系统及检测方法，确保在检测样品之前将深色物质识别处理，进而隔离开来做进一步分析。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种激光拉曼光谱检测系统，所述激光拉曼光谱检测系统包括控制器、成像系统、光源、拉曼光谱分析仪和光路系统，所述成像系统通过所述光路系统获取待检样品的图像信息，并识别判断所述图像信息的灰度值；所述成像系统、所述光源和所述拉曼光谱分析仪均与所述控制器电连接，所述控制器根据所述成像系统的识别结果控制所述光源和所述拉曼光谱分析仪运行；所述拉曼光谱分析仪通过所述光路系统接收所述光源激发待检样品产生的光谱信号，并进行分析。

其中，所述成像系统包括成像物镜、图像传感器及图像处理模块，所述图像传感器的检测端相对所述成像物镜设置，且所述图像传感器的输出端与所述图像处理模块信号连接，所述图像处理模块的输出端与所述控制器的输入端信号连接；所述成像物镜通过所述光路系统对待检样品进行成像，所述图像传感器获取所述成像物镜的成像信号，并发送至所述图像处理模块。

其中，所述光路系统包括沿所述拉曼光谱分析仪的光线接收方向依次设置的准直透镜、二向色镜、汇聚透镜，所述光源发出的光束通过所述准直透镜照射在待检样品上。

其中，所述激光拉曼光谱检测系统还包括报警模块，所述报警模块的输入端与所述控制器的输出端电连接。

其中，所述成像系统与所述拉曼光谱分析仪共光路设置。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种激光拉曼光谱检测系统的检测方法，所述检测方法包括：

控制器控制成像系统获取待检样品的成像信号并对此成像信号进行灰度识别，然后接收所述成像系统的识别结果，判断待检样品是否为深色物质，若是，则触发报警模块；若否，则控制光源启动，同时控制拉曼光谱分析仪接收光谱信号并分析，然后获取所述拉曼光谱分析仪的分析结果。

其中，所述控制成像系统获取待检样品的成像信号并对此成像信号进行灰度识别包括：

控制图像传感器获取成像物镜的成像信号并发送至图像处理模块，然后控制图像处理模块将此成像信号转变成颜色信号后进行灰度识别。

本发明利用图像处理的方式识别深色物质，针对深色物质进行隔离分析，有效避免引燃引爆的危险发生，同时无需降低采样效率和激光在样品汇聚点的能量密度，大大降低操作者的风险，而且该检测系统结构简单、成本低廉，易于实现和推广使用，可靠性强。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明的激光拉曼光谱检测系统的结构示意图；

图2示例性地示出了本发明的检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明在对待检样品进行激光激发之前，先进行颜色识别：获取待检样品图像信息并识别该图像信息的灰度值，通过该灰度值判断此待检样品是否为深色物质，若是深色物质，则进行隔离后进一步分析处置；若不是深色物质，则开启光源对待检样品进行激光激发，并开启拉曼光谱分析仪接收激发待检样品后产生的拉曼信号，拉曼光谱分析仪通过对该拉曼信号进行分析判断此待检样品是否为危险物质。

下面结合附图，对根据本发明所提供的激光拉曼光谱分析系统进行详细说明。

图1示出了本发明的激光拉曼光谱检测系统的一种实施例的结构示意图，参照图1所示，该激光拉曼光谱检测系统包括控制器1、成像系统2、光源3、拉曼光谱分析仪4和光路系统5，其中，成像系统2通过光路系统5获取待检样品100的图像信息，并识别判断图像信息的灰度值，然后将该识别结果发送至控制器1；成像系统2、光源3和拉曼光谱分析仪4均与控制器1电连接，控制器1根据成像系统2的识别结果控制光源3和拉曼光谱分析仪4运行。控制器1接收成像系统2的识别结果后，根据该识别结果判断当前的待检样品100是否为深色物质，若是，则通知工作人员对该待检样品100进行隔离处置；若不是，则启动光源3和拉曼光谱分析仪4对该待检样品100进行检测分析。拉曼光谱分析仪4通过光路系统5接收光源3激发待检样品100产生的光谱信号，并进行分析。

在图1所示的实施例中，成像系统2包括成像物镜21、图像传感器22及图像处理模块23，其中，图像传感器22的检测端相对成像物镜21设置，且图像传感器22的输出端与图像处理模块23信号连接，图像处理模块23的输出端与控制器1的输入端信号连接。成像物镜21通过光路系统5对待检样品100进行成像，图像传感器22获取成像物镜21的成像信号，并发送至图像处理模块23。图像处理模块23将接收到的成像信号转换为颜色信息，即灰度值信号，然后将该灰度值信号发送至控制器1，由控制器1根据该灰度值信号判断当前的待检样品100是否为深色物质。

具体地，光路系统5包括沿拉曼光谱分析仪4的光线接收方向依次设置的准直透镜51、二向色镜52、汇聚透镜53。待检样品100的漫反射光束经过准直透镜51准直、再经二向色镜52反射、最后由成像物镜21汇聚成像。光源3发出的光束通过准直透镜51准直后将激光光斑汇聚照射在待检样品100表面，待检样品100倍激发产生散射拉曼信号，该散射拉曼信号经过准直透镜51准直、再经二向色镜52透射、最后经汇聚透镜53汇聚至拉曼光谱分析仪4。拉曼光谱分析仪4接收拉曼信号后进行光谱分析，判断待检样品100是否为危险物。

另外，本发明的激光拉曼光谱检测系统还包括报警模块6，报警模块6的输入端与控制器1的输出端电连接。当控制器1接收成像系统2发出的灰度值信号后，判断当前待检样品100为深色物质，则触发报警模块6，警示工作人员对当前待检样品100进行隔离，进一步检测。

在图1所示的实施例中，成像系统2与拉曼光谱分析仪4为共光路设置，即成像系统2的成像物镜21对待检样品100的成像光路与拉曼光谱分析仪4的接收光路采用同一光路系统。在另外的实施例中，成像系统2与拉曼光谱分析仪4也可以分别采用不同的光路系统。

相适应于上述激光拉曼光谱检测系统，本发明还提供了一种激光拉曼光谱检测系统的检测方法，图2示出了该检测方法的一种流程图，参照图2所示，该检测方法包括：

控制器1控制成像系统2获取待检样品100的成像信号并对此成像信号进行灰度识别，然后接收成像系统2的识别结果，并根据此识别结果判断待检样品100是否为深色物质；

若判断该待检样品100是深色物质，控制器1则发出信号触发报警模块6；

若判断该待检样品100不是深色物质(即为常规样品)，控制器1则控制光源3启动，同时控制拉曼光谱分析仪4接收光谱信号并分析，然后获取拉曼光谱分析仪4的分析结果。

其中，控制成像系统2获取待检样品100的成像信号并对此成像信号进行灰度识别包括：

控制器1控制图像传感器22获取成像物镜21的成像信号并将该成像信号发送至图像处理模块23，然后控制图像处理模块23将此成像信号转变成颜色信号后进行灰度识别。

控制1通过接收图像处理模块23识别出的待检样品100的图像灰度值，判断此待检样品100是否为深色物质，进而进行报警隔离或开启光源和拉曼光谱分析仪进行常规分析。

本发明的激光拉曼光谱检测系统及其检测方法通过成像系统2对待检样品100成像并分析其灰度值，以精确判断当前待检样品100是否为深色物质，将深色物质进行有效识别和隔离，以进一步分析，从而大大降低引燃深色物质的风险，提高操作者的安全保障。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种激光拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述激光拉曼光谱检测系统包括控制器(1)、成像系统(2)、光源(3)、拉曼光谱分析仪(4)和光路系统(5)，所述成像系统(2)通过所述光路系统(5)获取待检样品(100)的图像信息，并识别判断所述图像信息的灰度值；所述成像系统(2)、所述光源(3)和所述拉曼光谱分析仪(4)均与所述控制器(1)电连接，所述控制器(1)根据所述成像系统(2)的识别结果控制所述光源(3)和所述拉曼光谱分析仪(4)运行；所述拉曼光谱分析仪(4)通过所述光路系统(5)接收所述光源(3)激发待检样品(100)产生的光谱信号，并进行分析。

2.如权利要求1所述的激光拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述成像系统(2)包括成像物镜(21)、图像传感器(22)及图像处理模块(23)，所述图像传感器(22)的检测端相对所述成像物镜(21)设置，且所述图像传感器(22)的输出端与所述图像处理模块(23)信号连接，所述图像处理模块(23)的输出端与所述控制器(1)的输入端信号连接；所述成像物镜(21)通过所述光路系统(5)对待检样品(100)进行成像，所述图像传感器(22)获取所述成像物镜(21)的成像信号，并发送至所述图像处理模块(23)。

3.如权利要求1所述的激光拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述光路系统(5)包括沿所述拉曼光谱分析仪(4)的光线接收方向依次设置的准直透镜(51)、二向色镜(52)、汇聚透镜(53)，所述光源(3)发出的光束通过所述准直透镜(51)照射在待检样品(100)上。

4.如权利要求1所述的激光拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述激光拉曼光谱检测系统还包括报警模块(6)，所述报警模块(6)的输入端与所述控制器(1)的输出端电连接。

5.如权利要求1所述的激光拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述成像系统(2)与所述拉曼光谱分析仪(4)共光路设置。

6.一种激光拉曼光谱检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

控制器(1)控制成像系统(2)获取待检样品(100)的成像信号并对此成像信号进行灰度识别，然后接收所述成像系统(2)的识别结果，判断待检样品(100)是否为深色物质，若是，则触发报警模块(6)；若否，则控制光源(3)启动，同时控制拉曼光谱分析仪(4)接收光谱信号并分析，然后获取所述拉曼光谱分析仪(4)的分析结果。

7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述控制成像系统(2)获取待检样品(100)的成像信号并对此成像信号进行灰度识别包括：

控制图像传感器(22)获取成像物镜(21)的成像信号并发送至图像处理模块(23)，然后控制图像处理模块(23)将此成像信号转变成颜色信号后进行灰度识别。