CN112268887A - 一种拉曼光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明属于拉曼光谱技术领域，尤其为一种拉曼光谱仪，包括激光器，所述拉曼光谱仪由激光器、滤光片本体、检测接口、透镜本体、瑞丽散射滤光片、光纤、狭缝、第一反射镜、第二反射镜、光栅、微镜阵列、透镜组和PMT组成，所述激光器发出的连续光经过滤光片本体过滤去除不用的杂散光，所述激光器激光照射样品产生拉曼散射，散射光经过瑞丽散射滤光片过滤掉，瑞丽散射光由透镜本体收集经光纤传播到达光谱仪狭缝，拉曼散射光经光栅分光后，会产生不同频率的光带。本发明通过光栅、微镜阵列和PMT，可以快速完成谱图的采集，显著降低信号噪声，有效提高信噪比，降低拉曼光谱仪的价格，实用性更强。
Description
技术领域
本发明涉及拉曼光谱技术领域，具体为一种拉曼光谱仪。
背景技术
市场上拉曼仪器有很多，其光谱仪的核心光谱采集部分一般都采用的CCD二极管阵列作为光传感的元器件，通常采用光栅分光，光栅分频后经过透镜或者是反射镜的聚焦，在CCD上形成光带，达到分光的目的。
CCD二级管阵列采集光谱数据点多，所得样品的光谱信息丰富，扫描速度快，由于没有运动部件，仪器抗振性能好，由于采用固定光栅分光结合CCD二级管阵列实现对不同波长光的检测，光源能量经过光栅分光后分配到每个CCD二级管上的光能量较低，所得光谱图的信噪比较差。CCD二级管阵列部件制作技术复杂，仪器价格较高，并且作为近红外的阵列检测器材料为InGaAs，这种材料作为阵列检测器的成本非常的高，所以目前近红外的拉曼光谱仪的价格都较高。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种拉曼光谱仪，解决了现有技术当中拉曼光谱仪信噪比较差和价格较高的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种拉曼光谱仪，包括激光器，所述拉曼光谱仪由激光器、滤光片本体、检测接口、透镜本体、瑞丽散射滤光片、光纤、狭缝、第一反射镜、第二反射镜、光栅、微镜阵列、透镜组和PMT组成，所述激光器发出的连续光经过滤光片本体过滤去除不用的杂散光，所述激光器激光照射样品产生拉曼散射，散射光经过瑞丽散射滤光片过滤掉，瑞丽散射光由透镜本体收集经光纤传播到达光谱仪狭缝，拉曼散射光经光栅分光后，会产生不同频率的光带，光带经第一反射镜和第二反射镜被投射到微镜阵列的不同位置上，不同频率的光经微镜阵列选择，相应被选择频率的光经过微镜反射按一定的入射角度全部集中到检测器上，对不需要的光线按另外一个角度反射出去，并且不能达到检测器上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述拉曼光谱仪还包括DMD微镜控制器、信号处理器、控制器本体、主控制器、通讯接口和计算机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述微镜阵列是由912X1124个横竖直线排列的微镜组成的数字微镜阵列，每个微镜为边长10um的正方形，微镜之间有1um的间隙，微镜的偏转由集成电路控制，可产生+12°和-12°的偏转，用不同的偏转角度来选择光线，微镜偏转到+12°时，将入射光信号反射到检测器上，当微镜偏转到-10°时，光线被要求不能到达检测器。
作为本发明的一种优选技术方案，检测器采用单点检测器代替常用的阵列检测器，采用光电倍增管或者和固态光电倍增管，近红外频谱段采用制冷的铟镓砷检测器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光栅分光后不同频率的光首先投射到微镜阵列上，电控微镜阵列选择不同频率，不同波长聚合到单个检测器上，每次电控选择一个模板，一次检测数个频率信号。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种拉曼光谱仪，具备以下有益效果：
1、该拉曼光谱仪，通过微镜阵列，数字微镜阵列是电控的每一次翻转的时间很短，从最快几微秒至几毫秒，按每竖列完全翻转一遍，需要的时间是几百毫秒，可以快速的完成谱图的采集。
2、该拉曼光谱仪，通过PMT，采用单光子计数的光电倍增管作为信号检测系统，并且在很微弱的信号时可以通过调节光电倍增管的高压来满足要求，这样仪器的动态范围较大，且灵敏度高，成本更低。
2、该拉曼光谱仪，通过微镜阵列，采用阿达玛变换提取采集信号，它是由电控信号组成的开关阵列，经过多次不同位置的微镜开关组合，而检测的信号是这种组合的总能量，这种称为光谱多重性效益，其原理与前面称量设计中说明的误差降低的情况相同，用阿达玛变换设计的光谱仪，对信号的采集和提取可以降低信号噪声，有效的提高信噪比。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1、激光器；2、滤光片本体；3、检测接口；4、透镜本体；5、瑞丽散射滤光片；6、光纤；7、狭缝；8、第一反射镜；9、第二反射镜；10、光栅；11、微镜阵列；12、透镜组；13、PMT；14、DMD微镜控制器；15、信号处理器；16、控制器本体；17、主控制器；18、通讯接口；19、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。
实施例
请参阅图1，本发明提供以下技术方案：一种拉曼光谱仪，包括激光器1，拉曼光谱仪由激光器1、滤光片本体2、检测接口3、透镜本体4、瑞丽散射滤光片5、光纤6、狭缝7、第一反射镜8、第二反射镜9、光栅10、微镜阵列11、透镜组12和PMT13组成，激光器1发出的连续光经过滤光片本体2过滤去除不用的杂散光，激光器1激光照射样品产生拉曼散射，散射光经过瑞丽散射滤光片5过滤掉，瑞丽散射光由透镜本体4收集经光纤6传播到达光谱仪狭缝7，拉曼散射光经光栅10分光后，会产生不同频率的光带，光带经第一反射镜8和第二反射镜9被投射到微镜阵列11的不同位置上，不同频率的光经微镜阵列11选择，相应被选择频率的光经过微镜反射按一定的入射角度全部集中到检测器上，对不需要的光线按另外一个角度反射出去，并且不能达到检测器上。
本实施方案中，激光器1能够发射激光进行照射，滤光片本体2能够滤除不用的杂散光，透镜本体4能够将瑞丽散射光进行收集，光纤6能够将瑞丽散射光进行传输，狭缝7方便将拉曼散射光通过，光栅10方便将拉曼散射光进行分光，从而方便产生不同的频率的光带，第一反射镜8和第二反射镜9方便对光进行反射，从而将光投射到微镜阵列11上，微镜阵列11能够对不同频率的光进行选择，PMT13方便对光进行检测，且成本较低。
具体的，拉曼光谱仪还包括DMD微镜控制器14、信号处理器15、控制器本体16、主控制器17、通讯接口18和计算机19。
本实施例中，DMD微镜控制器14方便对微镜阵列11进行电控，信号处理器15能够对信号进行处理，控制器本体16本体和主控制器17能够进行智能化控制。
具体的，微镜阵列11是由912X1124个横竖直线排列的微镜组成的数字微镜阵列11，每个微镜为边长10um的正方形，微镜之间有1um的间隙，微镜的偏转由集成电路控制，可产生+12°和-12°的偏转，用不同的偏转角度来选择光线，微镜偏转到+12°时，将入射光信号反射到检测器上，当微镜偏转到-10°时，光线被要求不能到达检测器。
本实施例中，微镜阵列11能够提高光能，从而能够降低信号噪声，有效提高信噪比，无需使用CCD二级管，降低仪器的价格，从而能够有效降低拉曼光谱体的成本。
具体的，检测器采用单点检测器代替常用的阵列检测器，采用光电倍增管或者和固态光电倍增管，近红外频谱段采用制冷的铟镓砷检测器。
本实施例中，检测器采用单点检测器代替常用的阵列检测器，采用光电倍增管或者和固态光电倍增管，近红外频谱段采用制冷的铟镓砷检测器，能够有效降低拉曼光谱仪的价格，减小成本，方便进行使用，且实用性更强。
具体的，光栅10分光后不同频率的光首先投射到微镜阵列11上，电控微镜阵列11选择不同频率，不同波长聚合到单个检测器上，每次电控选择一个模板，一次检测数个频率信号。
本实施例中，利用多重光谱效应，对信号的采集提取，结合微镜阵列11组成的算法有效的提高仪器的测试精度。
本发明的工作原理及使用流程：首先激光器1发射出连续光，连续光经过滤光片本体2时，滤光片本体2过滤去除不用的杂散光，激光器1激光照射样品产生拉曼散射，散射光经过瑞丽散射滤光片5过滤掉，瑞丽散射光由透镜本体4收集经光纤6传播到达光谱仪狭缝7，拉曼散射光经光栅10分光后，会产生不同频率的光带，光带经第一反射镜8和第二反射镜9被投射到微镜阵列11的不同位置上，不同频率的光经微镜阵列11选择，相应被选择频率的光经过微镜反射按一定的入射角度全部集中到PMT13上，对不需要的光线按另外一个角度反射出去，并且不能达到PMT13上。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种拉曼光谱仪，包括激光器(1)，其特征在于：所述拉曼光谱仪由激光器(1)、滤光片本体(2)、检测接口(3)、透镜本体(4)、瑞丽散射滤光片(5)、光纤(6)、狭缝(7)、第一反射镜(8)、第二反射镜(9)、光栅(10)、微镜阵列(11)、透镜组(12)和PMT(13)组成，所述激光器(1)发出的连续光经过滤光片本体(2)过滤去除不用的杂散光，所述激光器(1)激光照射样品产生拉曼散射，散射光经过瑞丽散射滤光片(5)过滤掉，瑞丽散射光由透镜本体(4)收集经光纤(6)传播到达光谱仪狭缝(7)，拉曼散射光经光栅(10)分光后，会产生不同频率的光带，光带经第一反射镜(8)和第二反射镜(9)被投射到微镜阵列(11)的不同位置上，不同频率的光经微镜阵列(11)选择，相应被选择频率的光经过微镜反射按一定的入射角度全部集中到检测器上，对不需要的光线按另外一个角度反射出去，并且不能达到检测器上。
2.根据权利要求1所述的一种拉曼光谱仪，其特征在于：所述拉曼光谱仪还包括DMD微镜控制器(14)、信号处理器(15)、控制器本体(16)、主控制器(17)、通讯接口(18)和计算机(19)。
3.根据权利要求1所述的一种拉曼光谱仪，其特征在于：所述微镜阵列(11)是由912X1124个横竖直线排列的微镜组成的数字微镜阵列(11)，每个微镜为边长10um的正方形，微镜之间有1um的间隙，微镜的偏转由集成电路控制，可产生+12°和-12°的偏转，用不同的偏转角度来选择光线，微镜偏转到+12°时，将入射光信号反射到检测器上，当微镜偏转到-10°时，光线被要求不能到达检测器。
4.根据权利要求1所述的一种拉曼光谱仪，其特征在于：检测器采用单点检测器代替常用的阵列检测器，采用光电倍增管或者和固态光电倍增管，近红外频谱段采用制冷的铟镓砷检测器。
5.根据权利要求1所述的一种拉曼光谱仪，其特征在于：所述光栅(10)分光后不同频率的光首先投射到微镜阵列(11)上，电控微镜阵列(11)选择不同频率，不同波长聚合到单个检测器上，每次电控选择一个模板，一次检测数个频率信号。
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