CN111044500A - 一种可调节环形检测区域的拉曼探头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可调节环形检测区域的拉曼探头，包括：激光器光路反射装置、光束转换装置、聚集采集装置、耦合滤光装置、光谱仪；激光器用于输出准直平行的激光光束；光路反射装置用于对激光光束进行反射；光束转换装置用于将光路反射装置反射后的光束转换成不同光环尺寸的对称的环形激光束；聚集采集装置用于聚集光束转换装置整形后的环形激光束；耦合滤光装置用于将采集到的光束进行光耦合后输入至光谱仪。本发明的技术方案，可在基底上形成不同尺寸的环形检测区域，从而匹配样品的“咖啡环”的尺寸，以提高采集效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光激发光谱检测技术领域，尤其涉及一种可调节环形检测区域的拉曼探头。
背景技术
目前，在使用混合过滤装置分离黑火药及其类似物混合样品中的固体及溶液后，将样品液滴加至测试片上，浓缩去溶剂的过程中，由于液滴表面张力，受液渍颗粒外形的影响以及流动方向的影响，样品液中析出固体样品会呈现环状分布，在液滴蒸发过程中颗粒随着补偿流不断的向液滴边缘移动,析出颗粒会聚集在接触线处形成环，这种由液体蒸发驱动的颗粒自组装现象被称为“咖啡环效应”。环的大小与液滴的尺寸有关，使用拉曼光谱仪进行检测时，需要将激光检测点精确的对准环形区域的析出固体，需要借助显微镜等装置利用单点检测方进行精确定位检测，而单点检测方法覆盖范围小，只能覆盖极小一部分的析出固体样品，对于混合样品单次检测只能采集到单点单成分；对于采用手持式或便携式拉曼光谱仪直接检测，除了上述问题以外，还更容易检测到空白区域造成漏检。
发明内容
针对上述问题，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可调节环形检测区域的拉曼探头。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可调节环形检测区域的拉曼探头，包括：激光器、光路反射装置、光束转换装置、聚集采集装置、耦合滤光装置、光谱仪；
所述激光器用于输出准直平行的激光光束，所述激光光束为平行光束；
所述光路反射装置设置于所述激光器输出激光光束的输出光路上，用于对所述激光光束进行反射；
所述光束转换装置以垂直于所述光路反射装置反射的激光光束的方式设置于所述光路反射装置与聚集采集装置之间，用于将所述光路反射装置反射后的光束转换成不同光环尺寸的对称的环形激光束；
所述聚集采集装置以垂直于所述光束转换装置整形后的环形激光束的方式设置于所述光束转换装置的一侧，用于聚集所述光束转换装置整形后的环形激光束；
所述耦合滤光装置以垂直于所述光路反射装置透射的激光光束的方式设置于所述光路反射装置的另一侧，用于将采集到的光束进行光耦合后输入至所述光谱仪。
上述的可调节环形检测区域的拉曼探头还可以具有以下特征：
所述光束转换装置包括若干子孔、多孔转轮、转轴和若干角锥透镜，所述转轴可旋转的安装在所述多孔转轮的中心，若干所述子孔的孔径中心轴均匀分布于以所述转轴为轴心的多孔转轮的周边上，任一所述角锥透镜固定于任一子孔上，所述转轴安装于所述拉曼探头的外壳上，所述角锥透镜的锥顶角的角度范围为120°～170°。
上述的可调节环形检测区域的拉曼探头还可以具有以下特征：
所述拉曼探头还包括设置于所述光束转换装置和所述聚集采集装置的之间的光路上的可调激光扩束装置。
上述的可调节环形检测区域的拉曼探头还可以具有以下特征：
所述聚集采集装置包括可变焦透镜镜头组。
上述的可调节环形检测区域的拉曼探头还可以具有以下特征：
所述拉曼探头还包括：以垂直于激光器输出的激光光束的方式设置于激光器和光路反射装置之间的净化滤光片。
上述的可调节环形检测区域的拉曼探头还可以具有以下特征：
所述拉曼探头还包括：设置于光路反射装置和耦合滤光装置之间的陷波滤光片。
上述的可调节环形检测区域的拉曼探头还可以具有以下特征：
所述可调激光扩束装置的扩束比调节范围为1.5～5倍。
上述的可调节环形检测区域的拉曼探头还可以具有以下特征：
所述可变焦透镜镜头组的焦距调节范围为5～60mm。
本发明的可调节环形检测区域的拉曼探头，可在基底上形成不同尺寸的环形检测区域，从而匹配样品的“咖啡环”的尺寸，以提高采集效率。
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示例性地示出了实施例一中的可调节环形检测区域的拉曼探头的结构示意图；
图2示例性地示出了光束转换装置的结构示意图；
图3示例性地示出了实施例二中的可调节环形检测区域的拉曼探头的结构示意图；
图4示例性地示出了实施例三中的可调节环形检测区域的拉曼探头的结构示意图
图5示例性地示出了实施例四中的可调节环形检测区域的拉曼探头的结构示意图；
图6示例性地示出了实施例五中的可调节环形检测区域的拉曼探头的结构示意图。
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。
下面结合附图，对根据本发明所提供的可调节环形检测区域的拉曼探头进行详细描述。
实施例一
图1示出了实施例一的可调节环形检测区域的拉曼探头的结构示意图，可调节环形检测区域的拉曼探头包括：激光器1、光路反射装置2、光束转换装置3、聚集采集装置4、耦合滤光装置5、光谱仪6；
激光器1用于输出准直平行的激光光束，激光光束为平行光束；
光路反射装置2设置于激光器1输出激光光束的输出光路上，用于对激光光束进行反射；
光束转换装置3以垂直于光路反射装置2反射的激光光束的方式设置于光路反射装置2与聚集采集装置4之间，用于将光路反射装置2反射后的光束转换成不同光环尺寸的对称的环形激光束；
聚集采集装置4以垂直于光束转换装置3整形后的环形激光束的方式设置于光束转换装置3的一侧，用于聚集光束转换装置3整形后的环形激光束；
耦合滤光装置5以垂直于光路反射装置2透射的激光光束的方式设置于光路反射装置2的另一侧，用于将采集到的光束进行光耦合后输入至光谱仪6。
该实施例中，为了能够调节在基底上形成的环形汇聚光斑检测区域的大小，以满足对液滴析出的“咖啡环”样品快速高效检测的需求，提出一种可调节环形检测区域的拉曼探头，通过在拉曼探头的聚集采集装置前添加光束转换装置，使得光束转换装置于激发光路与拉曼信号采集光路共光路的平行光路上，即激发光路、拉曼信号采集光路共用该光束转换装置的角锥透镜，平行的激光束经过该光束转换装置再经过聚集采集装置后在基底上形成环形汇聚光斑检测区域，对环形区域的样品激发产生的拉曼光谱信号经过聚集采集装置准直后再经过光束转换装置的角锥透镜合束后经过拉曼探头中的耦合滤光装置至光谱仪内进行光谱分析，该光束转换装置可切换不同的角锥透镜，以在基底上形成不同尺寸的环形检测区域，从而匹配样品的“咖啡环”的尺寸，以提高采集效率。
图2示出了光束转换装置3的具体实施例的结构图。
如图2所示，光束转换装置3包括若干子孔31、多孔转轮32、转轴33和若干角锥透镜34，转轴33可旋转的安装在多孔转轮32的中心，若干子孔31的孔径中心轴均匀分布于以转轴33为轴心的多孔转轮32的周边上，任一角锥透镜34固定于任一子孔31上，转轴33可安装于拉曼探头的外壳上，角锥透镜34的锥顶角的角度范围为120°～170°。可以理解的是，将不同锥角的角锥透镜分别安装于多孔转轮32的子孔31上，通过转轴旋转多孔转轮以切换不同的角锥透镜，实现环状光束角度的调节和基底9处的汇聚环形光斑检测区域的调节。
实施例二
图3是实施例二中可调节环形检测区域的拉曼探头的结构图。实施例二与实施例一的不同之处是，可调节环形检测区域的拉曼探头还包括以垂直于激光器1输出的激光光束的方式设置于激光器1和光路反射装置2之间的净化滤光片7，净化滤光片7可以净化激光波长成分，滤除杂光干扰。
实施例三
图4是实施例三中可调节环形检测区域的拉曼探头的结构图。实施例三与实施例二的不同之处是，可调节环形检测区域的拉曼探头还包括设置于光路反射装置3和耦合滤光装置5之间的陷波滤光片8，此陷波滤光片8用于阻隔采集回来的瑞丽散射散射光，用于消除干扰波段的杂散光信号。
实施例四
图5是实施例四中可调节环形检测区域的拉曼探头的结构图。实施例四与实施例三的不同之处是，可调节环形检测区域的拉曼探头还包括设置于光束转换装置3和聚集采集装置4的之间的光路上的可调激光扩束装置10，具体地，可通过在聚集采集装置前加入扩束比可调的激光扩束镜作为可调激光扩束装置10，以调节激光扩束比，从而调节环形激光束的光环尺寸，实现在基底9处的汇聚不同尺寸的环形检测区域，可选用扩束比调节范围为1.5～5倍的可调激光扩束装置10。
实施例五
图6是实施例五中可调节环形检测区域的拉曼探头的结构图。实施例五与实施例三的不同之处是，聚集采集装置包括可变焦透镜镜头组41，可通过可变焦透镜镜头组41调节焦距，对于固定发散角的环状光束，可通过调节焦距来调节基底9处的汇聚环形光斑区域的尺寸，从而匹配样品“咖啡环”的尺寸。
其中，可变焦透镜镜头组的焦距调节范围为5～60mm
本发明的技术方案，可在基底上形成不同尺寸的环形检测区域，从而匹配样品的“咖啡环”的尺寸，以提高采集效率。
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，从而使得包括一系列要素的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……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种可调节环形检测区域的拉曼探头，其特征在于，包括：激光器(1)、光路反射装置(2)、光束转换装置(3)、聚集采集装置(4)、耦合滤光装置(5)、光谱仪(6)；
所述激光器(1)用于输出准直平行的激光光束，所述激光光束为平行光束；
所述光路反射装置(2)设置于所述激光器(1)输出激光光束的输出光路上，用于对所述激光光束进行反射；
所述光束转换装置(3)以垂直于所述光路反射装置(2)反射的激光光束的方式设置于所述光路反射装置(2)与聚集采集装置(4)之间，用于将所述光路反射装置(2)反射后的光束转换成不同光环尺寸的对称的环形激光束；
所述聚集采集装置(4)以垂直于所述光束转换装置(3)整形后的环形激光束的方式设置于所述光束转换装置(3)的一侧，用于聚集所述光束转换装置(3)整形后的环形激光束；
所述耦合滤光装置(5)以垂直于所述光路反射装置(2)透射的激光光束的方式设置于所述光路反射装置(2)的另一侧，用于将采集到的光束进行光耦合后输入至所述光谱仪(6)。
2.如权利要求1所述的可调节环形检测区域的拉曼探头，其特征在于，所述光束转换装置(3)包括若干子孔(31)、多孔转轮(32)、转轴(33)和若干角锥透镜(34)，所述转轴(33)可旋转的安装在所述多孔转轮(32)的中心，若干所述子孔(31)的孔径中心轴均匀分布于以所述转轴(33)为轴心的多孔转轮(32)的周边上，任一所述角锥透镜(34)固定于任一子孔(31)上，所述转轴(33)安装于所述拉曼探头的外壳上，所述角锥透镜(34)的锥顶角的角度范围为120°～170°。
3.如权利要求1所述的可调节环形检测区域的拉曼探头，其特征在于，所述拉曼探头还包括设置于所述光束转换装置(3)和所述聚集采集装置(4)的之间的光路上的可调激光扩束装置(10)。
4.如权利要求1所述的可调节环形检测区域的拉曼探头，其特征在于，所述聚集采集装置包括可变焦透镜镜头组。
5.如权利要求1所述的可调节环形检测区域的拉曼探头，其特征在于，所述拉曼探头还包括：以垂直于激光器(1)输出的激光光束的方式设置于激光器(1)和光路反射装置(3)之间的净化滤光片(8)。
6.如权利要求1所述的可调节环形检测区域的拉曼探头，其特征在于，所述拉曼探头还包括：设置于光路反射装置(3)和耦合滤光装置(5)之间的陷波滤光片(9)。
7.如权利要求3所述的可调节环形检测区域的拉曼探头，其特征在于，所述可调激光扩束装置(10)的扩束比调节范围为1.5～5倍。
8.如权利要求4所述的可调节环形检测区域的拉曼探头，其特征在于，所述可变焦透镜镜头组的焦距调节范围为5～60mm。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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