CN113310965B - 一种跨境货品多参量无损原位检测仪 - Google Patents

一种跨境货品多参量无损原位检测仪 Download PDF

Info

Publication number
CN113310965B
CN113310965B CN202110622901.4A CN202110622901A CN113310965B CN 113310965 B CN113310965 B CN 113310965B CN 202110622901 A CN202110622901 A CN 202110622901A CN 113310965 B CN113310965 B CN 113310965B
Authority
CN
China
Prior art keywords
raman
lambda
laser
detection module
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110622901.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113310965A (zh
Inventor
沈学静
赵迎
程大伟
刘佳
李晓鹏
崔飞鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ncs Testing Technology Co ltd
Original Assignee
Ncs Testing Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ncs Testing Technology Co ltd filed Critical Ncs Testing Technology Co ltd
Priority to CN202110622901.4A priority Critical patent/CN113310965B/zh
Publication of CN113310965A publication Critical patent/CN113310965A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113310965B publication Critical patent/CN113310965B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明公开了一种跨境货品多参量无损原位检测仪，包括整机壳体以及设置在整机壳体内的XRF检测模块、Raman检测模块、真空系统、样品仓、供电系统、微型控制及显示模块，微型控制及显示模块分别与XRF检测模块、Raman检测模块、真空系统、供电系统电性连接；XRF检测模块包括依次连接的高压电源、X射线管、X射线聚焦弯晶、硅漂移探测器、前置放大器、多道采集器；Raman检测模块包括近红外消色差物镜和拉曼检测模块，拉曼检测模块包括差分拉曼子模块和近红外拉曼子模块，差分拉曼子模块和近红外拉曼子模块由光谱二向色镜将光路耦合。本发明将XRF模块和Raman模块进行原位复合聚焦一体化设计，可以实现跨境货品的防伪报侦检和有害物质的现场快速无损检测。

Description

一种跨境货品多参量无损原位检测仪
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，特别是涉及一种跨境货品多参量无损原位检测仪。
背景技术
随着我国国际贸易的快速发展，通关货品种类和数量激增，口岸缉私、大宗商品安全性监察等对跨境货品现场、快速、无损、多参量检测鉴别技术和设备提出迫切需求。在当前的通关检测中，外观相似的货品常依靠检验人员的经验进行判断，瞒报伪报限制性商品和高价值货品的事件时有发生，现有实验室送检的口岸监管模式，依赖于实验室检测仪器，取样—样品传递—样品处理—检测—结果上报流程很长，难以满足现场通关检测效率的需求，且现有的现场分析仪器检测参量单一，对轻元素和分子结构的检测灵敏度低且信噪比差，需要综合多种参量的检测分析手段及技术。
目前，在可用于现场快速无损的检测技术中，拉曼光谱(简称Raman)是一种基于分子结构的光谱检测方法，已在海关通关样品定性检测中得到应用，但常规的单波长拉曼光谱中荧光干扰较大。X射线荧光光谱(简称XRF)是一种元素发射光谱检测技术，在跨境货品检测中虽然有应用，但常规XRF对轻元素(C、P、S、Cl)及痕量重金属元素检测灵敏度较差。因此，需要提供一种能够综合拉曼光谱和X射线荧光光谱技术优势的新方法以进一步满足跨境货品检测的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种跨境货品多参量无损原位检测仪，将XRF模块和Raman模块进行原位复合聚焦一体化设计，通过建立原位关联分子与原子数据库，提高检测准确性及可靠性，实现跨境货品的防伪报侦检和有害物质的现场快速无损检测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种跨境货品多参量无损原位检测仪，包括整机壳体以及设置在整机壳体内的XRF检测模块、Raman检测模块、真空系统、样品仓、供电系统、微型控制及显示模块，所述微型控制及显示模块分别与XRF检测模块、Raman检测模块、真空系统、供电系统电性连接；
所述XRF检测模块采用单波长全聚焦X射线荧光光谱技术，包括依次连接的高压电源、X射线管、X射线聚焦弯晶、硅漂移探测器、前置放大器、多道采集器，所述X射线管、X射线聚焦弯晶、硅漂移探测器设置在所述真空系统内；
所述样品仓用于放置样品，并设置有样品检测点，所述真空系统设置有采样窗口和拉曼窗口，所述采样窗口正对所述样品检测点；
所述X射线管、X射线聚焦弯晶、样品检测点放置于同一罗兰圆上，所述罗兰圆与消色差物镜光轴处于系统弧矢面YOZ上；所述样品检测点设置在X射线聚焦弯晶和硅漂移探测器之间，所述硅漂移探测器用于接收由样品散射的特征X射线；
所述Raman检测模块采用双波长瞬态差分拉曼光谱技术，采用空间光路设计，包括近红外消色差物镜和拉曼检测模块，所述拉曼检测模块包括差分拉曼子模块和近红外拉曼子模块，所述近红外消色差物镜设置在所述真空系统内，并位于所述采样窗口的正下方；所述差分拉曼子模块和近红外拉曼子模块由光谱二向色镜将光路耦合，并位于拉曼窗口的下方，所述拉曼窗口用于拉曼激光引入传输及拉曼散射光输出传输；
所述XRF检测模块与Raman检测模块聚焦于样品的光斑大小相同，具体为：
所述XRF检测模块作用于样品检测点，呈现椭圆光斑：
Figure BDA0003100673090000021
所述Raman检测模块中所述近红外消色差物镜设置焦距f，放置于真空系统中，其光轴方向沿坐标轴OZ，焦距f和所述差分拉曼子模块出射的激光光源在子午面XOZ与弧矢面YOZ发散角度θx1、θy1需满足：
f*sin(θx1)＝a
f*sin(θy1)＝b
所述差分拉曼子模块作用于样品采样点的激光光斑尺寸与XRF检测模块形成的椭圆光斑尺寸一致；
同理，所述近红外拉曼子模块出射激光在子午面XOZ与弧矢面YOZ发散角度θx2、θy2同样满足：
f*sin(θx2)＝a
f*sin(θy2)＝b
所述近红外拉曼子模块作用于样品采样点的激光光斑尺寸与XRF检测模块形成的椭圆光斑尺寸一致。
进一步的，所述差分拉曼子模块包括双波长拉曼激光器、λ1激光线滤光片、λ1激光二向色镜、第一平面反射镜、λ1瑞利散射光截止滤光片、λ1拉曼光纤耦合聚焦透镜、λ1拉曼散射光谱接收光纤、λ1拉曼光谱仪；所述双波长拉曼激光器用于输出(λ1-Δ)nm或(λ1+Δ)nm的激光波长；
所述λ1激光二向色镜位于所述光谱二向色镜的下方，所述第一平面反射镜与所述λ1激光二向色镜平行设置在同一水平面，所述λ1激光线滤光片、双波长拉曼激光器依次设置在第一平面反射镜的下方；所述λ1瑞利散射光截止滤光片、λ1拉曼光纤耦合聚焦透镜、λ1拉曼散射光谱接收光纤、λ1拉曼光谱仪依次设置在λ1激光二向色镜的下方；
所述双波长拉曼激光器、λ1拉曼光谱仪分别与所述供电系统和微型控制及显示模块电性连接。
进一步的，所述近红外拉曼子模块包括λ2拉曼激光器、λ2激光线滤光片、第三平面反射镜、第二平面反射镜、λ2激光二向色镜、λ2瑞利散射光截止滤光片、λ2拉曼光纤耦合聚焦透镜、λ2拉曼散射光谱接收光纤、λ2拉曼光谱仪；
所述第二平面反射镜与所述光谱二向色镜平行设置在同一水平面，所述λ2激光二向色镜、λ2瑞利散射光截止滤光片、λ2拉曼光纤耦合聚焦透镜、λ2拉曼散射光谱接收光纤、λ2拉曼光谱仪依次设置在所述第二平面反射镜的下方；
所述第三平面反射镜与所述λ2激光二向色镜平行设置在同一水平面，所述λ2激光线滤光片、λ2拉曼激光器依次设置在所述第三平面反射镜的下方；
所述λ2拉曼激光器、λ2拉曼光谱仪分别与所述供电系统和微型控制及显示模块电性连接。
进一步的，所述供电系统为稳压电源控制系统。
进一步的，所述稳压电源控制系统包括可充电锂电池以及与可充电锂电池连接的外接电源插口，所述外接电源插口设置在所述整机壳体上。
进一步的，所述微型控制及显示模块包括微型控制器以及与微型控制器连接的触屏显示器。
进一步的，所述真空系统包括真空腔室和真空泵，所述X射线管、X射线聚焦弯晶、硅漂移探测器、近红外消色差物镜设置在所述真空腔室内，所述真空腔室上设置有抽气孔，所述抽气孔通过钢制气管与所述真空泵连接，所述真空泵分别与所述供电系统和微型控制及显示模块电性连接。
进一步的，所述采样窗口和拉曼窗口分别设置在所述真空腔室的上、下侧，所述采样窗口和拉曼窗口相对设置。
进一步的，所述拉曼窗口与所述光谱二向色镜之间设置有铜制光筒，所述铜制光筒用于防止X射线泄露。
进一步的，所述拉曼窗口使用高透平面镜密封，所述采样窗口使用聚四氟乙烯薄膜密封。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的跨境货品多参量无损原位检测仪，紧密结合当前口岸实际需求，在充分调研国内分析仪器技术发展现状的基础上，首次提出一种原位联用检测仪器及方法，将XRF模块和Raman模块进行原位复合聚焦一体化设计，其中XRF模块采用单波长全聚焦X射线荧光光谱技术，有效提高轻元素及痕量重金属元素检测灵敏度，Raman模块采用双波长瞬态差分拉曼光谱耦合的技术，有效克服复杂基质荧光背景干扰，实现跨境货品的无机元素和有机分子结构同时、原位快速检测；本发明通过建立原位关联分子与原子数据库，提高检测准确性及可靠性，实现跨境货品的防伪报侦检和有害物质的现场快速无损检测。
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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例跨境货品多参量无损原位检测仪的结构示意图；
图2为本发明实施例XRF检测模块和Raman检测模块作用于样品检测点的光斑示意图；
附图标记：1、整机壳体；2、触屏显示器；3、稳压电源控制系统；4、λ2激光线滤光片；5、λ2拉曼激光器；6、λ2激光二向色镜；7、λ2瑞利散射光截止滤光片；8、拉曼检测模块；9、λ2拉曼光纤耦合聚焦透镜；10、λ2拉曼光谱仪；11、λ2拉曼散射光谱接收光纤；12、λ1拉曼光谱仪；13、λ1拉曼散射光谱接收光纤；14、λ1拉曼光纤耦合聚焦透镜；15、λ1瑞利散射光截止滤光片；16、双波长拉曼激光器；17、λ1激光线滤光片；18、多道采集器；19、λ1激光二向色镜；20、第一平面反射镜；21、前置放大器；22、光谱二向色镜；23、拉曼窗口；24、铜制光筒；25、近红外消色差物镜；26、真空腔室；27、硅漂移探测器；28、样品检测点；29、样品仓；30、采样窗口；31、罗兰圆；32、X射线聚焦弯晶；33、抽气孔；34、钢制气管；35、真空泵；36、X射线管；37、高压电源；38、第二平面反射镜；39、外接电源插口；40、微型控制器；41、第三平面反射镜。
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。
本发明的目的是提供一种跨境货品多参量无损原位检测仪，将XRF模块和Raman模块进行原位复合聚焦一体化设计，通过建立原位关联分子与原子数据库，提高检测准确性及可靠性，实现跨境货品的防伪报侦检和有害物质的现场快速无损检测。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的跨境货品多参量无损原位检测仪，包括：整机壳体1以及设置在整机壳体1内的XRF检测模块、Raman检测模块、真空系统、样品仓29、供电系统、微型控制及显示模块，所述微型控制及显示模块分别与XRF检测模块、Raman检测模块、真空系统、供电系统电性连接；所述XRF检测模块采用基于弯晶聚焦技术的单波长X射线荧光光谱，实现轻元素及痕量重金属元素高灵敏检测，所述Raman检测模块采用瞬态差分拉曼光谱技术和近红外拉曼光谱技术结合，有效克服复杂基质荧光背景干扰；所述XRF检测模块与Raman检测模块聚焦于样品相同位置，其中，XRF检测模块采用侧向照射和侧向检测方式，Raman检测模块采用背向拉曼散射检测方式，满足整机结构布局，本发明通过XRF检测模块与Raman检测模块的结合，实现跨境货品的原位、光斑大小一致的无机元素和有机分子结构同时检测。
其中，所述XRF检测模块采用单波长全聚焦X射线荧光光谱技术，包括依次连接的高压电源37、X射线管36、X射线聚焦弯晶32、硅漂移探测器27、前置放大器21、多道采集器18，所述X射线管36、X射线聚焦弯晶32、硅漂移探测器27设置在所述真空系统内；
所述样品仓29用于放置样品，并设置有样品检测点28，所述真空系统设置有采样窗口30和拉曼窗口23，所述采样窗口30正对所述样品检测点28；
所述X射线管36、X射线聚焦弯晶32、样品检测点28放置于同一罗兰圆31上，所述罗兰圆31与消色差物镜光轴处于系统弧矢面YOZ上；所述样品检测点28设置在X射线聚焦弯晶32和硅漂移探测器27之间，所述硅漂移探测器27用于接收由样品散射的特征X射线；
所述Raman检测模块采用双波长瞬态差分拉曼光谱技术，采用空间光路设计，包括近红外消色差物镜25和拉曼检测模块8，所述拉曼检测模块8包括差分拉曼子模块和近红外拉曼子模块，所述近红外消色差物镜25设置在所述真空系统内，并位于所述采样窗口30的正下方；所述差分拉曼子模块和近红外拉曼子模块由光谱二向色镜22将光路耦合，并位于拉曼窗口23的下方，所述拉曼窗口23用于拉曼激光引入传输及拉曼散射光输出传输。所述近红外消色差物镜25将拉曼激光沿光轴垂直聚焦到样品检测点28，并收集样品背向散射的拉曼光谱。
其中，所述差分拉曼子模块包括双波长拉曼激光器16、λ1激光线滤光片17、λ1激光二向色镜19、第一平面反射镜20、λ1瑞利散射光截止滤光片15、λ1拉曼光纤耦合聚焦透镜14、λ1拉曼散射光谱接收光纤13、λ1拉曼光谱仪12；所述双波长拉曼激光器16用于输出(λ1-Δ)nm或(λ1+Δnm)的激光波长；所述双波长拉曼激光器16的中心波长差0.5nm≤Δ≤1nm，此时，两种不同波长激光器均可使用λ1激光线滤光片17；
所述λ1激光二向色镜19位于所述光谱二向色镜22的下方，所述第一平面反射镜20与所述λ1激光二向色镜19平行设置在同一水平面，所述λ1激光线滤光片17、双波长拉曼激光器16依次设置在第一平面反射镜20的下方；所述λ1瑞利散射光截止滤光片15、λ1拉曼光纤耦合聚焦透镜14、λ1拉曼散射光谱接收光纤13、λ1拉曼光谱仪12依次设置在λ1激光二向色镜19的下方；
所述双波长拉曼激光器16、λ1拉曼光谱仪12分别与所述供电系统和微型控制及显示模块电性连接。
所述近红外拉曼子模块包括λ2拉曼激光器5、λ2激光线滤光片4、第三平面反射镜41、第二平面反射镜38、λ2激光二向色镜6、λ2瑞利散射光截止滤光片7、λ2拉曼光纤耦合聚焦透镜9、λ2拉曼散射光谱接收光纤11、λ2拉曼光谱仪10；
所述第二平面反射镜38与所述光谱二向色镜22平行设置在同一水平面，所述λ2激光二向色镜6、λ2瑞利散射光截止滤光片7、λ2拉曼光纤耦合聚焦透镜9、λ2拉曼散射光谱接收光纤11、λ2拉曼光谱仪10依次设置在所述第二平面反射镜38的下方；
所述第三平面反射镜41与所述λ2激光二向色镜6平行设置在同一水平面，所述λ2激光线滤光片4、λ2拉曼激光器5依次设置在所述第三平面反射镜41的下方；
所述λ2拉曼激光器5、λ2拉曼光谱仪10分别与所述供电系统和微型控制及显示模块电性连接。
所述供电系统为稳压电源控制系统3。所述稳压电源控制系统3包括可充电锂电池以及与可充电锂电池连接的外接电源插口39，所述外接电源插口39设置在所述整机壳体1上。
所述微型控制及显示模块包括微型控制器40以及与微型控制器40连接的触屏显示器2。所述微型控制器40分别与上述的多道采集器18、双波长拉曼激光器16、λ1拉曼光谱仪12、λ2拉曼激光器5、λ2拉曼光谱仪10、高压电源37、真空泵35电性连接，实现控制。所述微型控制器40中含有协同控制软件，用于对触屏显示器、激光器开关及功率控制、Raman模块采集控制、X射线管、高压电源开关、硅漂移探测器、前置放大器进行控制；通过多通道接口对Raman检测模块与XRF检测模块进行供电、接受及分析其输出信号；并接受用户指令并反馈用户所需的数据及图表等测试结果。
所述真空系统包括真空腔室26和真空泵35，所述X射线管36、X射线聚焦弯晶32、硅漂移探测器27、近红外消色差物镜25设置在所述真空腔室26内，所述真空腔室26上设置有抽气孔33，所述抽气孔33通过钢制气管34与所述真空泵35连接，所述真空泵35分别与所述供电系统和微型控制及显示模块电性连接。所述真空腔室26采用纯铜制备，防止X射线泄露。所述样品仓29采用纯铜制备，样品仓29底面为样品测试平面，并与真空腔室26连接。
所述采样窗口30和拉曼窗口23分别设置在所述真空腔室26的上、下侧，所述采样窗口30和拉曼窗口23相对设置。所述拉曼窗口23与所述光谱二向色镜22之间设置有铜制光筒24，所述铜制光筒24用于防止X射线泄露。所述拉曼窗口23使用高透平面镜密封，所述采样窗口30使用聚四氟乙烯薄膜密封。
本发明中，所述XRF检测模块与Raman检测模块聚焦于样品的光斑大小相同，如图2所示，其中，XRF检测模块作用于样品检测点，呈现椭圆光斑：
Figure BDA0003100673090000081
所述Raman检测模块中所述近红外消色差物镜25设置焦距f，放置于真空系统中，其光轴方向沿坐标轴OZ，消色差物镜焦距f和双波长拉曼激光器16出射的激光光源在子午面(XOZ)与弧矢面(YOZ)发散角度θx1、θy1需满足：
f*sin(θx1)＝a
f*sin(θy1)＝b
作用于样品采样点的激光光斑尺寸与XRF检测模块形成的椭圆光斑尺寸一致。
所述λ2拉曼激光器5中心波长λ2≥800nm，其出射激光在子午面(XOZ)与弧矢面(YOZ)发散角度θx2、θy2同样满足：
f*sin(θx2)＝a
f*sin(θy2)＝b
作用于样品采样点的激光光斑尺寸与XRF检测模块形成的椭圆光斑尺寸一致；
本发明提供的跨境货品多参量无损原位检测仪的工作原理按照以下步骤进行：
微型控制器同时启动XRF检测模块和Raman检测模块，可同时获取样品的原位元素信号和原位分子结构信息，具体工作流程如下：
(1)XRF原位元素检测
微型控制器启动真空泵抽真空，当真空腔室中真空低于200Pa时，设置高压电源，启动X射线管发射X射线，X射线经X射线聚焦弯晶聚焦到样品采样点，样品发射特征X射线，由硅漂移探测器探测，并由前置放大器对检测信号放大滤波，再由多道采集器传输到微型控制器进行元素分析。
(2)拉曼原位分子检测
微型控制器发出控制指令同时启动差分拉曼子模块和近红外拉曼子模块，可同时获取样品原位的差分拉曼光谱及近红外拉曼光谱，具体工作流程如下：
微型控制器发出控制指令同时启动双波长拉曼激光器、λ2拉曼激光器，其中：
双波长拉曼激光器依次发出(λ1-Δ)nm激光及(λ1+Δ)nm激光，经λ1激光线滤光片滤除等离子射线，第一平面反射镜将光路折转90°，λ1激光二向色镜反射，将双波长差分激光与差分拉曼散射光路耦合，再经光谱二向色镜透射，透过拉曼窗口进入真空腔室；最后经近红外消色差物镜聚焦，透过采样窗口作用到样品测试点；
λ2拉曼激光器发射激光，经λ2激光线滤光片滤除等离子射线，第三平面反射镜将光路折转90°，λ2激光二相色镜反射，将激光与拉曼散射光路耦合，再经第二平面反射镜将光路折转90°，光谱二向色镜反射，透过拉曼窗口进入真空腔室；最后经消色差物镜聚焦，透过采样窗口作用到样品测试点；
样品测试点受到差分拉曼激光、近红外激光的激发，同时产生差分拉曼光谱和近红外拉曼光谱，其中：
差分拉曼光谱透过消色差物镜、光谱二向色镜、λ1激光二向色镜后，经λ1瑞利散射光截止滤光片滤除瑞利散射光后，λ1拉曼光纤耦合聚焦透镜会聚并收集到λ1拉曼散射光谱接收光纤内，进入λ1拉曼光谱仪进行分光检测，分别检测到的(λ1-Δ)nm拉曼光谱与(λ1+Δ)nm拉曼光谱传输到微型控制器进行差分恢复算法处理。
近红外拉曼光谱透过近红外消色差物镜，由光谱二向色镜和第二平面反射镜反射，透过λ2激光二相色镜，λ2拉曼光纤耦合聚焦透镜会聚并收集到λ2拉曼散射光谱接收光纤内，再进入λ2拉曼光谱仪进行分光检测，检测到的λ2近红外拉曼光谱传输到微型控制器进行分析。
微型控制器对同时接收到样品原位信息的差分拉曼光谱、近红外拉曼光谱进行数据库对比分析识别，对测试样品的种类进行分子结构分析。
本发明提供的跨境货品多参量无损原位检测仪，将XRF模块和Raman模块进行测试光斑大小一致、形状相同的原位复合聚焦一体化设计，可同时获取相同检测位置的元素和分子信息；其中XRF模块采用单波长全聚焦X射线荧光光谱技术，有效提高轻元素及痕量重金属元素检测灵敏度，Raman模块采用双波长瞬态差分拉曼光谱耦合的技术，可以同时获取差分拉曼光谱和近红外拉曼光谱，有效克服复杂基质荧光背景干扰，实现跨境货品的无机元素和有机分子结构同时、原位快速检测；通过建立原位关联分子与原子数据库，可有效提高检测准确性及可靠性，实现跨境货品的防伪报侦检和有害物质的现场快速无损检测。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，包括整机壳体(1)以及设置在整机壳体(1)内的XRF检测模块、Raman检测模块、真空系统、样品仓(29)、供电系统、微型控制及显示模块，所述微型控制及显示模块分别与XRF检测模块、Raman检测模块、真空系统、供电系统电性连接；
所述XRF检测模块采用单波长全聚焦X射线荧光光谱技术，包括依次连接的高压电源(37)、X射线管(36)、X射线聚焦弯晶(32)、硅漂移探测器(27)、前置放大器(21)、多道采集器(18)，所述X射线管(36)、X射线聚焦弯晶(32)、硅漂移探测器(27)设置在所述真空系统内；
所述样品仓(29)用于放置样品，并设置有样品检测点(28)，所述真空系统设置有采样窗口(30)和拉曼窗口(23)，所述采样窗口(30)正对所述样品检测点(28)；
所述X射线管(36)、X射线聚焦弯晶(32)、样品检测点(28)放置于同一罗兰圆(31)上，所述罗兰圆(31)与消色差物镜光轴处于系统弧矢面YOZ上；所述样品检测点(28)设置在X射线聚焦弯晶(32)和硅漂移探测器(27)之间，所述硅漂移探测器(27)用于接收由样品散射的特征X射线；
所述Raman检测模块采用双波长瞬态差分拉曼光谱技术，采用空间光路设计，包括近红外消色差物镜(25)和拉曼检测模块(8)，所述拉曼检测模块(8)包括差分拉曼子模块和近红外拉曼子模块，所述近红外消色差物镜(25)设置在所述真空系统内，并位于所述采样窗口(30)的正下方；所述差分拉曼子模块和近红外拉曼子模块由光谱二向色镜(22)将光路耦合，并位于拉曼窗口(23)的下方，所述拉曼窗口(23)用于拉曼激光引入传输及拉曼散射光输出传输；
所述XRF检测模块与Raman检测模块聚焦于样品的光斑大小相同，具体为：
所述XRF检测模块作用于样品检测点(28)，呈现椭圆光斑：
Figure FDA0003100673080000011
所述Raman检测模块中所述近红外消色差物镜(25)设置焦距f，放置于真空系统中，其光轴方向沿坐标轴OZ，焦距f和所述差分拉曼子模块出射的激光光源在子午面XOZ与弧矢面YOZ发散角度θx1、θy1需满足：
f*sin(θx1)＝a
f*sin(θy1)＝b
所述差分拉曼子模块作用于样品采样点的激光光斑尺寸与XRF检测模块形成的椭圆光斑尺寸一致；
同理，所述近红外拉曼子模块出射激光在子午面XOZ与弧矢面YOZ发散角度θx2、θy2同样满足：
f*sin(θx2)＝a
f*sin(θy2)＝b
所述近红外拉曼子模块作用于样品采样点的激光光斑尺寸与XRF检测模块形成的椭圆光斑尺寸一致。
2.根据权利要求1所述的跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，所述差分拉曼子模块包括双波长拉曼激光器(16)、λ1激光线滤光片(17)、λ1激光二向色镜(19)、第一平面反射镜(20)、λ1瑞利散射光截止滤光片(15)、λ1拉曼光纤耦合聚焦透镜(14)、λ1拉曼散射光谱接收光纤(13)、λ1拉曼光谱仪(12)；所述双波长拉曼激光器(16)用于输出(λ1-Δ)nm或(λ1+Δ)nm的激光波长；
所述λ1激光二向色镜(19)位于所述光谱二向色镜(22)的下方，所述第一平面反射镜(20)与所述λ1激光二向色镜(19)平行设置在同一水平面，所述λ1激光线滤光片(17)、双波长拉曼激光器(16)依次设置在第一平面反射镜(20)的下方；所述λ1瑞利散射光截止滤光片(15)、λ1拉曼光纤耦合聚焦透镜(14)、λ1拉曼散射光谱接收光纤(13)、λ1拉曼光谱仪(12)依次设置在λ1激光二向色镜(19)的下方；
所述双波长拉曼激光器(16)、λ1拉曼光谱仪(12)分别与所述供电系统和微型控制及显示模块电性连接。
3.根据权利要求1所述的跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，所述近红外拉曼子模块包括λ2拉曼激光器(5)、λ2激光线滤光片(4)、第三平面反射镜(41)、第二平面反射镜(38)、λ2激光二向色镜(6)、λ2瑞利散射光截止滤光片(7)、λ2拉曼光纤耦合聚焦透镜(9)、λ2拉曼散射光谱接收光纤(11)、λ2拉曼光谱仪(10)；
所述第二平面反射镜(38)与所述光谱二向色镜(22)平行设置在同一水平面，所述λ2激光二向色镜(6)、λ2瑞利散射光截止滤光片(7)、λ2拉曼光纤耦合聚焦透镜(9)、λ2拉曼散射光谱接收光纤(11)、λ2拉曼光谱仪(10)依次设置在所述第二平面反射镜(38)的下方；
所述第三平面反射镜(41)与所述λ2激光二向色镜(6)平行设置在同一水平面，所述λ2激光线滤光片(4)、λ2拉曼激光器(5)依次设置在所述第三平面反射镜(41)的下方；
所述λ2拉曼激光器(5)、λ2拉曼光谱仪(10)分别与所述供电系统和微型控制及显示模块电性连接。
4.根据权利要求1所述的跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，所述供电系统为稳压电源控制系统(3)。
5.根据权利要求4所述的跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，所述稳压电源控制系统(3)包括可充电锂电池以及与可充电锂电池连接的外接电源插口(39)，所述外接电源插口(39)设置在所述整机壳体(1)上。
6.根据权利要求1所述的跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，所述微型控制及显示模块包括微型控制器(40)以及与微型控制器(40)连接的触屏显示器(2)。
7.根据权利要求1所述的跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，所述真空系统包括真空腔室(26)和真空泵(35)，所述X射线管(36)、X射线聚焦弯晶(32)、硅漂移探测器(27)、近红外消色差物镜(25)设置在所述真空腔室(26)内，所述真空腔室(26)上设置有抽气孔(33)，所述抽气孔(33)通过钢制气管(34)与所述真空泵(35)连接，所述真空泵(35)分别与所述供电系统和微型控制及显示模块电性连接。
8.根据权利要求7所述的跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，所述采样窗口(30)和拉曼窗口(23)分别设置在所述真空腔室(26)的上、下侧，所述采样窗口(30)和拉曼窗口(23)相对设置。
9.根据权利要求1所述的跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，所述拉曼窗口(23)与所述光谱二向色镜(22)之间设置有铜制光筒(24)，所述铜制光筒(24)用于防止X射线泄露。
10.根据权利要求1所述的跨境货品多参量无损原位检测仪，其特征在于，所述拉曼窗口(23)使用高透平面镜密封，所述采样窗口(30)使用聚四氟乙烯薄膜密封。
CN202110622901.4A 2021-06-04 2021-06-04 一种跨境货品多参量无损原位检测仪 Active CN113310965B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110622901.4A CN113310965B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 一种跨境货品多参量无损原位检测仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110622901.4A CN113310965B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 一种跨境货品多参量无损原位检测仪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113310965A CN113310965A (zh) 2021-08-27
CN113310965B true CN113310965B (zh) 2022-07-15

Family

ID=77377529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110622901.4A Active CN113310965B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 一种跨境货品多参量无损原位检测仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113310965B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6584413B1 (en) * 2001-06-01 2003-06-24 Sandia Corporation Apparatus and system for multivariate spectral analysis
JP2006184066A (ja) * 2004-12-27 2006-07-13 Jeol Ltd 分光分析装置
CN101968381A (zh) * 2009-06-11 2011-02-09 必达泰克光电设备(上海)有限公司 拉曼光谱分析仪器及测量有荧光物质的拉曼光谱的方法
CN103743719A (zh) * 2013-12-11 2014-04-23 中国科学院西安光学精密机械研究所 行星表面物质及大气远程原位综合测试系统
CN104335032A (zh) * 2012-05-31 2015-02-04 赛默科技便携式分析仪器有限公司 使用组合的x射线荧光和拉曼光谱法的样品分析
CN105675498A (zh) * 2016-03-22 2016-06-15 上海理工大学 荧光拉曼同步块状物探测装置
CN106596512A (zh) * 2017-01-06 2017-04-26 中国科学院上海技术物理研究所 一种用于大宗及贵重货品进出口检测的联合光谱检测仪
CN108645831A (zh) * 2018-06-14 2018-10-12 厦门大学 多功能表面等离子体耦合发射荧光与拉曼检测仪及其检测方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7933013B2 (en) * 2008-05-23 2011-04-26 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Detection of materials based on raman scattering and laser-induced fluorescence by deep UV excitation

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6584413B1 (en) * 2001-06-01 2003-06-24 Sandia Corporation Apparatus and system for multivariate spectral analysis
JP2006184066A (ja) * 2004-12-27 2006-07-13 Jeol Ltd 分光分析装置
CN101968381A (zh) * 2009-06-11 2011-02-09 必达泰克光电设备(上海)有限公司 拉曼光谱分析仪器及测量有荧光物质的拉曼光谱的方法
CN104335032A (zh) * 2012-05-31 2015-02-04 赛默科技便携式分析仪器有限公司 使用组合的x射线荧光和拉曼光谱法的样品分析
CN103743719A (zh) * 2013-12-11 2014-04-23 中国科学院西安光学精密机械研究所 行星表面物质及大气远程原位综合测试系统
CN105675498A (zh) * 2016-03-22 2016-06-15 上海理工大学 荧光拉曼同步块状物探测装置
CN106596512A (zh) * 2017-01-06 2017-04-26 中国科学院上海技术物理研究所 一种用于大宗及贵重货品进出口检测的联合光谱检测仪
CN108645831A (zh) * 2018-06-14 2018-10-12 厦门大学 多功能表面等离子体耦合发射荧光与拉曼检测仪及其检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
X射线荧光光谱原位微区分析的地学应用评介;王祎亚 等;《冶金分析》;20201031;第40卷(第10期);第86-98页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113310965A (zh) 2021-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103105231B (zh) 一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法与装置
CN108169092B (zh) 大气颗粒物重金属及其同位素在线探测装置及其方法
CN104897624A (zh) 激光诱导击穿光谱与拉曼光谱联用系统
CN1302276C (zh) 一种光学气体鉴别系统
CN103837520A (zh) 一种光学行波腔增强激光拉曼气体浓度检测装置
CN105300952B (zh) 大气oh自由基测量系统和方法
CN207515999U (zh) 一种大面积金属介质膜光栅衍射效率测量的装置
US11193889B2 (en) Fourier transform photoluminescence spectrometer
CN105021577A (zh) 激光共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法与装置
CN203672786U (zh) 一种双波长调制痕量物质光电检测装置
CN114923892B (zh) 一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置
CN105911022A (zh) 基于宽调谐外腔式量子级联激光器的危化品遥感探测方法和装置
Li et al. A Raman system for multi-gas-species analysis in power transformer
CN214096364U (zh) 一种基于双复眼透镜组的拉曼探头
CN113720825B (zh) 光学即时检测器及检测方法和应用
CN113310965B (zh) 一种跨境货品多参量无损原位检测仪
CN111426677B (zh) 一种拉曼光谱多位点激发结构及气体分析方法
US7839499B2 (en) Hydrogen sensor
CN112505016A (zh) 一种紧凑型便携式多波长原位拉曼检测仪及其检测方法
CN115003981A (zh) 组合ocd与光反射的方法及系统
US11022489B2 (en) Portable multi-spectrometry system for chemical and biological sensing in atmospheric air
CN115980006B (zh) 一种长脉冲LIBS-Raman-LIF多光谱联合原位探测系统及其探测方法
CN107643275A (zh) 一种一体式拉曼光机系统
CN204028004U (zh) 一种基于拉曼滤波的物质检测装置
CN114235701B (zh) 一种实时自校准痕量气体浓度的检测装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant