CN112255205A - 一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统及方法，系统包括：激发光激光器、指示光激光器、同轴光学系统、光谱采集光纤、XYZ三维电控平移台、电控系统和控制计算机；激发光激光器、指示光激光器、XYZ三维电控平移台和控制计算机与电控系统电连接；指示光激光器产生的指示光束经同轴光学系统后，照射到XYZ三维电控平移台承载的待测样本上；激发光激光器产生的激发激光束经同轴光学系统后，照射到XYZ三维电控平移台承载的待测样本上，激发后的激光等离子体，聚焦到光谱采集光纤的端头，耦合后的激光等离子体谱，经光谱采集光纤传到电控系统，经控制计算机解析，生成光谱数据。本发明可对文案及文物真伪进行鉴定和识别，且鉴别准确率高。
Description
技术领域
本发明属于文件鉴伪技术领域，更具体的说是涉及一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统及方法。
背景技术
合同、票据等鉴伪检验是文检中的一项重要内容，随着犯罪手段日渐高科技化、智能化，文件造假手段屡见不鲜。纸张、字迹和印章等的一致性或与其它同期文件的一致性，已成为文件鉴伪的关键。
对于文件的鉴伪，目前比较常见的方法主要有常规法和光谱法。常规法主要包括文件的常规检验、形成时间的检验、形成方式的检验以及痕迹检验等。光谱法主要包括拉曼光谱法、紫外荧光法、红外热像法和光谱法成像法等。由于文件造假者针对现有的鉴伪方法，实行了多类应对措施，因此，现有的鉴伪手段，在一定程度上已经不再适合文件造假的鉴别，急需发展新式鉴伪文检技术。
因此，如何提供一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统及方法，可对文案及文物真伪进行鉴定和识别，且鉴别准确率高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，包括：激发光激光器、指示光激光器、同轴光学系统、光谱采集光纤、电控系统、XYZ三维电控平移台和控制计算机；其中，所述激发光激光器、所述指示光激光器、所述XYZ三维电控平移台和所述控制计算机均与所述电控系统电性连接；所述指示光激光器产生的指示光束经所述同轴光学系统后，照射到所述XYZ三维电控平移台承载的待测样本上，实现待测目标区域的选择；所述激发光激光器产生的激发光束经所述同轴光学系统后，照射到所述XYZ三维电控平移台承载的待测样本上，实现待测区域激光等离子体的激发，激发后的激光等离子体，聚焦到光谱采集光纤的端头，实现激光诱导等离子体谱的耦合，耦合后的激光等离子体谱，经所述光谱采集光纤传到所述电控系统，实现光谱的采集，经所述控制计算机解析，生成光谱数据。
优选的，所述激发光激光器包括激光器一、整形扩束系统一和激光电源一，所述激光电源一为所述激光器一供电，所述激光器一产生的激发激光经所述整形扩束系统变成适当直径的平行的激发光束。
优选的，所述指示光激光器包括激光器二、整形扩束系统二和激光电源二，所述激光电源二为所述激光器二供电，所述激光器二产生的指示激光经所述整形扩束系统变成适当直径的平行的指示光束。
优选的，所述同轴光学系统包括聚焦搜光镜、小孔光阑、聚焦准直镜、同轴耦合镜、聚焦镜和合束镜，从所述XYZ三维电控平移台上的待测样本到所述光谱采集光纤的光路轴线之间依次设置有所述聚焦搜光镜、所述小孔光阑、所述聚焦准直镜、所述同轴耦合镜和聚焦镜；从所述合束镜到所述XYZ三维电控平移台上的待测样本的光路依次设置有所述同轴耦合镜、所述聚焦准直镜、所述小孔光阑和所述聚焦搜光镜。
优选的，激发光束和指示光束经所述合束镜合束后同轴传播，经所述同轴耦合镜反射后，依次经过所述聚焦准直镜、所述小孔光阑、所述聚焦搜光镜，聚焦到置于所述XYZ三维电控平移台的待测样本上，实现待测区域的指示和激光等离子体的激发，激发后的激光等离子体，经所述聚焦搜光镜搜集，依次经过所述小孔光阑、所述聚焦准直镜、所述同轴耦合镜和所述聚焦镜，聚焦到所述光谱采集光纤的端头。
优选的，所述电控系统包括触发控制器、光谱采集器、步进电机驱动器和主控板，所述触发控制器、所述光谱采集器和所述步进电机驱动器均与所述主控板电性连接，所述主控板与所述控制计算机电性连接，所述光谱采集器与所述光谱采集光纤通过标准光纤连接器连接，所述步进电机驱动器与所述XYZ三维电控平移台电性连接。
优选的，所述XYZ三维电控平移台包括X方向移动控制模块、Y方向移动控制模块、Z方向移动控制模块和待测样本载物台，所述X方向移动控制模块和所述Y方向移动控制模块控制所述待测样本载物台，以调整待测样本的的测试区域，所述Z方向移动控制模块控制所述待测样本载物台沿所述同轴光学系统光轴方向移动，以调整激发光束对待测样本测试区域的聚焦情况；所述待测样本载物台置于所述X方向移动控制模块、所述Y方向移动控制模块和所述Z方向移动控制模块上，用于承载待测样本。
优选的，所述合束镜，在在激发光和指示光的传播方向上均呈45°设置，对激发光束透射，对指示光束反射。
优选的，所述同轴耦合镜，在激发光和指示光的传播方向上呈45°设置，对激发光束和指示光束反射，对其它波段的紫外和可见光透射。
一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检方法，包括如下步骤：
第一步：将已知样本放置在所述XYZ三维电控平移台的载物台上，通过所述控制计算机，开启所述激光器电源二，产生指示激光，经所述合束镜和所述同轴耦合镜反射，所述聚焦准直镜和所述聚焦搜光镜聚焦；
第二步：通过所述控制计算机，给所述电控系统中的所述步进电机驱动器发送驱动指令，控制所述XYZ三维电控平移台的所述X方向移动控制模块和所述Y方向移动控制模块移动，使指示光照射到待测区域，控制所述Z方向移动控制模块，使指示光的光斑最小，实现待测目标区域的选择和激发激光的聚焦；
第三步：通过所述控制计算机，设置标准样本名称、文件名称、文件存储位置，所述光谱采集器的采集触发方式，激发时间，激发光激光器工作的触发延时时间等参数；
第四步：通过所述控制计算机，发出采集指令，通过所述主控板控制所述光谱采集器开始采集数据，经过触发延时时间后，通过所述主控板和所述触发控制器控制所述激光电源，使所述激光器一产生激光脉冲，经所述整形扩束系统一变成适当直径的平行光，透过所述合束镜，经所述同轴耦合镜反射，所述聚焦准直镜和所述聚焦搜光镜聚焦，作用到所述XYZ三维电控平移台载物台上的待测样品上，激发产生等离子体谱。产生的等离子体谱，经所述聚焦搜光镜耦合和所述聚焦准直镜准直，透过所述同轴耦合镜，经聚焦镜)，聚焦耦合到所述光谱采集光纤，传输到所述光谱采集器，完成光电转换后，存储到所述控制计算机。
第五步：将已知样本换成待测样本，重复第三步和第四步工作。
第六步：通过所述控制计算机软件，读取已知样本和待测样本的光谱数据，将二者进行比较，给出待测样本的相似度，进行待测样本的鉴伪。
本发明的有益效果在于：
本发明设置激发光激光器、指示光激光器、同轴光学系统、光谱采集光纤、XYZ三维电控平移台、电控系统和控制计算机，能够激发待测样本产生离子体谱，将该谱与已知样本光谱对比分析，给出带测样本与已知样本的相似度，进行待测样本的鉴伪；通过元素等离子体谱，可对造假的合同、发票、收据等文案系统进行鉴定和识别，也可对假字画、瓷器、铜器等文物进行识别，提高了鉴伪文检的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的结构示意图。
图2附图为本发明的方法流程图。
其中，图中，
101-激光器一；102-整形扩束系统一；103-激光电源一；201-激光器二；202-整形扩束系统二；203-激光电源二；301-聚焦搜光镜；302-小孔光阑；303-聚焦准直镜；304-同轴耦合镜；305-聚焦镜；306-合束镜；501-触发控制器；502-光谱采集器；503-步进电机驱动器；504-主控板；300-同轴光学系统；400-光谱采集光纤；500-电控系统；600-XYZ三维电控平移台；700-控制计算机。
具体实施方式
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。
请参阅附图1，本发明提供了一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，包括：激发光激光器、指示光激光器、同轴光学系统300、光谱采集光纤400、XYZ三维电控平移台600、电控系统400和控制计算机700；其中，激发光激光器、指示光激光器、XYZ三维电控平移台600和控制计算机700均与电控系统400电性连接；指示光激光器产生的指示光束经同轴光学系统300后，照射到XYZ三维电控平移台600承载的待测样本上，实现待测目标区域的选择；激发光激光器产生的激发激光束经同轴光学系统300后，照射到XYZ三维电控平移台600承载的待测样本上，实现待测区域激光等离子体的激发，激发后的激光等离子体，聚焦到光谱采集光纤400的端头，实现激光诱导等离子体谱的耦合，耦合后的激光等离子体谱，经光谱采集光纤400传到电控系统400，实现光谱的分光和采集，经控制计算机700解析，生成光谱数据。
激发光激光器包括激光器一101、整形扩束系统一102和激光电源一103，激光电源一103为激光器一101供电，激发光激光器产生的激发激光经整形扩束系统变成适当直径的平行的激发激光束。
指示光激光器包括激光器二201、整形扩束系统二202和激光电源二203，激光电源二203为激光器二201供电，指示光激光器产生的指示激光经整形扩束系统变成适当直径的平行的指示光束。
同轴光学系统300包括聚焦搜光镜301、小孔光阑302、聚焦准直镜303、同轴耦合镜304、聚焦镜305和合束镜306，从XYZ三维电控平移台600上的待测样本到光谱采集光纤400的光路轴线之间依次设置有聚焦搜光镜301、小孔光阑302、聚焦准直镜303、同轴耦合镜304和聚焦镜305；从合束镜306到XYZ三维电控平移台600上的待测样本的光路依次设置有同轴耦合镜304、聚焦准直镜303、小孔光阑302和聚焦搜光镜301。激发激光束和指示光束经合束镜306合束后同轴传播，经同轴耦合镜304反射后，依次经过聚焦准直镜303、小孔光阑302、聚焦搜光镜301，聚焦到置于XYZ三维电控平移台600的待测样本上，实现待测区域的指示和激光等离子体的激发，激发后的激光等离子体，经聚焦搜光镜301搜集，依次经过小孔光阑302、聚焦准直镜303、同轴耦合镜304和聚焦镜305，聚焦到光谱仪专用光纤的端头，实现激光诱导等离子体谱的耦合，耦合后的激光等离子体谱，经光谱仪纤传到光谱采集器502，实现光谱的分光和采集，经控制计算机700的软件解析，生成光谱数据。
电控系统400包括触发控制器501、光谱采集器502、步进电机驱动器503和主控板504，触发控制器501、光谱采集器502和步进电机驱动器503均与主控板504电性连接，主控板504与控制计算机700电性连接，光谱采集器502与光谱采集光纤400通过标准光纤连接器连接，步进电机驱动器503与XYZ三维电控平移台600电性连接。
XYZ三维电控平移台600包括X方向移动控制模块、Y方向移动控制模块、Z方向移动控制模块和待测样本载物台，X方向移动控制模块和Y方向移动控制模块控制待测样本载物台，以调整待测样本的的测试区域，Z方向移动控制模块控制待测样本载物台沿同轴光学系统300光轴方向移动，以调整激发光束对待测样本测试区域的聚焦情况；待测样本载物台置于X方向移动控制模块、Y方向移动控制模块和Z方向移动控制模块上，用于承载待测样本。三维电控平移台上的X方向移动控制模块、Y方向移动控制模块、Z方向移动控制模块的运动均是控制计算机700通过步进电机驱动器503，控制步进电机带动丝杠运动来实现。
在另一种实施例中，合束镜306，在激发光和指示光的传播方向上均呈45°设置，对激发激光束透射，对指示光束反射。
在另一种实施例中，同轴耦合镜304，在激发光和指示光的传播方向上均呈45°设置，对激发激光束和指示光束反射，对其它波段的紫外和可见光透射。
在另一种实施例中，激光器一101为调Q的ns级窄脉宽激光器。
在另一种实施例中，激光器二201为波长大于600nm的可见光半导体激光器。
在另一种实施例中，光谱采集器502工作的紫外和可见光波段。
参阅附图2，本发明还提供了一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检方法，包括如下步骤：
第一步：将已知样本放置在XYZ三维电控平移台600的载物台上，通过控制计算机700，开启激光器电源二203，产生指示激光，经合束镜306和同轴耦合镜304反射，聚焦准直镜303和聚焦搜光镜301聚焦；
第二步：通过控制计算机700，给电控系统500中的步进电机驱动器503发送驱动指令，控制XYZ三维电控平移台600的X方向移动控制模块和Y方向移动控制模块移动，使指示光照射到待测区域，控制所述Z方向移动控制模块，使指示光的光斑最小，实现待测目标区域的选择和激发激光的聚焦；
第三步：通过控制计算机700，设置标准样本名称、文件名称、文件存储位置，光谱采集器502的采集触发方式，激发时间，激发光激光器100工作的触发延时时间等参数；
第四步：通过控制计算机700，发出采集指令，通过主控板504控制光谱采集器502开始采集数据，经过触发延时时间后，通过主控板504和触发控制器501控制激光电源103，使激光器一101产生激光脉冲，经整形扩束系统一102变成适当直径的平行光，透过合束镜306，经同轴耦合镜304反射，聚焦准直镜303和聚焦搜光镜301聚焦，作用到XYZ三维电控平移台600载物台上的待测样品上，激发产生等离子体谱。产生的等离子体谱，经聚焦搜光镜301耦合和聚焦准直镜303准直，透过同轴耦合镜304，经聚焦镜305，聚焦耦合到光谱采集光纤400，传输到光谱采集器502，完成光电转换后，存储到控制计算机700。
第五步：将已知样本换成待测样本，重复第三步和第四步工作。
第六步：通过所述控制计算机700软件，读取已知样本和待测样本的光谱数据，将二者进行比较，给出待测样本的相似度，进行待测样本的鉴伪。
本发明设置激发光激光器、指示光激光器、同轴光学系统、光谱采集光纤、XYZ三维电控平移台、电控系统和控制计算机，能够激发待测样本产生离子体谱，将该谱与已知样本光谱对比分析，给出带测样本与已知样本的相似度，进行待测样本的鉴伪；通过元素等离子体谱，可对造假的合同、发票、收据等文案系统进行鉴定和识别，也可对假字画、瓷器、铜器等文物进行识别，提高了鉴伪文检的准确性，能够应用于在司法鉴定和文物鉴别领域，令假货无处藏身，可弥补鉴伪文检领域技术空白，实现造假文件的准确鉴别，打击犯罪，维护受害人的合法权益。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，其特征在于，包括：激发光激光器(100)、指示光激光器(200)、同轴光学系统(300)、光谱采集光纤(400)、电控系统(500)、XYZ三维电控平移台(600)和控制计算机(700)；其中，所述激发光激光器(100)、所述指示光激光器(200)、所述XYZ三维电控平移台(600)和所述控制计算机(700)均与所述电控系统(500)电性连接；所述指示光激光器(200)产生的指示光束经所述同轴光学系统(300)后，照射到所述XYZ三维电控平移台(600)承载的待测样本上，实现待测目标区域的选择；所述激发光激光器(100)产生的激发光束经所述同轴光学系统(300)后，照射到所述XYZ三维电控平移台(600)承载的待测样本上，实现待测区域激光等离子体的激发，激发后的激光等离子体，聚焦到光谱采集光纤的端头，实现激光诱导等离子体谱的耦合，耦合后的激光等离子体谱，经所述光谱采集光纤(400)传到所述电控系统(500)，实现光谱的采集，经所述控制计算机(700)解析，生成光谱数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，其特征在于，所述激发光激光器(100)包括激光器一(101)、整形扩束系统一(102)和激光电源一(103)，所述激光电源一(103)为所述激光器一(101)供电，所述激光器一(101)产生的激发激光经所述整形扩束系统(102)变成适当直径的平行的激发光束。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，其特征在于，所述指示光激光器(200)包括激光器二(201)、整形扩束系统二(202)和激光电源二(203)，所述激光电源二(203)为所述激光器二(201)供电，所述激光器二(201)产生的指示激光经所述整形扩束系统(202)变成适当直径的平行的指示光束。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，其特征在于，所述同轴光学系统(300)包括聚焦搜光镜(301)、小孔光阑(302)、聚焦准直镜(303)、同轴耦合镜(304)、聚焦镜(305)和合束镜(306)，从所述XYZ三维电控平移台(600)上的待测样本到所述光谱采集光纤(400)的光路轴线之间依次设置有所述聚焦搜光镜(301)、所述小孔光阑(302)、所述聚焦准直镜(303)、所述同轴耦合镜(304)和聚焦镜(305)；从所述合束镜(306)到所述XYZ三维电控平移台(600)上的待测样本的光路依次设置有所述同轴耦合镜(304)、所述聚焦准直镜(303)、所述小孔光阑(302)和所述聚焦搜光镜(301)。
5.根据权利要求4所述的一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，其特征在于，激发光束和指示光束经所述合束镜(306)合束后同轴传播，经所述同轴耦合镜(304)反射后，依次经过所述聚焦准直镜(303)、所述小孔光阑(302)、所述聚焦搜光镜(301)，聚焦到置于所述XYZ三维电控平移台(600)的待测样本上，实现待测区域的指示和激光等离子体的激发，激发后的激光等离子体，经所述聚焦搜光镜(301)搜集，依次经过所述小孔光阑(302)、所述聚焦准直镜(303)、所述同轴耦合镜(304)和所述聚焦镜(305)，聚焦到所述光谱采集光纤的端头。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，其特征在于，所述电控系统(500)包括触发控制器(501)、光谱采集器(502)、步进电机驱动器(503)和主控板(504)，所述触发控制器(501)、所述光谱采集器(502)和所述步进电机驱动器(503)均与所述主控板(504)电性连接，所述主控板(504)与所述控制计算机(700)电性连接，所述光谱采集器(502)与所述光谱采集光纤(400)通过标准光纤连接器连接，所述步进电机驱动器(503)与所述XYZ三维电控平移台(600)电性连接。
7.根据权利要求1或6所述的一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，其特征在于，所述XYZ三维电控平移台(600)包括X方向移动控制模块、Y方向移动控制模块、Z方向移动控制模块和待测样本载物台，所述X方向移动控制模块和所述Y方向移动控制模块控制所述待测样本载物台，以调整待测样本的的测试区域，所述Z方向移动控制模块控制所述待测样本载物台沿所述同轴光学系统(300)光轴方向移动，以调整激发光束对待测样本测试区域的聚焦情况；所述待测样本载物台置于所述X方向移动控制模块、所述Y方向移动控制模块和所述Z方向移动控制模块上，用于承载待测样本。
8.根据权利要求4所述的一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，其特征在于，所述合束镜(306)，在在激发光和指示光的传播方向上均呈45°设置，对激发光束透射，对指示光束反射。
9.根据权利要求4所述的一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检系统，其特征在于，所述同轴耦合镜(304)，在激发光和指示光的传播方向上呈45°设置，对激发光束和指示光束反射，对其它波段的紫外和可见光透射。
10.一种基于激光诱导等离子体谱的鉴伪文检方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：将已知样本放置在所述XYZ三维电控平移台(600)的载物台上，通过所述控制计算机(700)，开启所述激光器电源二(203)，产生指示激光，经所述合束镜(306)和所述同轴耦合镜(304)反射，所述聚焦准直镜(303)和所述聚焦搜光镜(301)聚焦；
第二步：通过所述控制计算机(700)，给所述电控系统(500)中的所述步进电机驱动器(503)发送驱动指令，控制所述XYZ三维电控平移台(600)的所述X方向移动控制模块和所述Y方向移动控制模块移动，使指示光照射到待测区域，控制所述Z方向移动控制模块，使指示光的光斑最小，实现待测目标区域的选择和激发激光的聚焦；
第三步：通过所述控制计算机(700)，设置标准样本名称、文件名称、文件存储位置，所述光谱采集器(502)的采集触发方式，激发时间，激发光激光器(100)工作的触发延时时间等参数；
第四步：通过所述控制计算机(700)，发出采集指令，通过所述主控板(504)控制所述光谱采集器(502)开始采集数据，经过触发延时时间后，通过所述主控板(504)和所述触发控制器(501)控制所述激光电源(103)，使所述激光器一(101)产生激光脉冲，经所述整形扩束系统一(102)变成适当直径的平行光，透过所述合束镜(306)，经所述同轴耦合镜(304)反射，所述聚焦准直镜(303)和所述聚焦搜光镜(301)聚焦，作用到所述XYZ三维电控平移台(600)载物台上的待测样品上，激发产生等离子体谱；产生的等离子体谱，经所述聚焦搜光镜(301)耦合和所述聚焦准直镜(303)准直，透过所述同轴耦合镜(304)，经聚焦镜(305)，聚焦耦合到所述光谱采集光纤(400)，传输到所述光谱采集器(502)，完成光电转换后，存储到所述控制计算机(700)；
第五步：将已知样本换成待测样本，重复第三步和第四步工作；
第六步：通过所述控制计算机(700)软件，读取已知样本和待测样本的光谱数据，将二者进行比较，给出待测样本的相似度，进行待测样本的鉴伪。
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