CN114136890B - 一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，包括两个适配器，两个适配器相对间隔设置；适配器包括主腔室、毛细管夹具、光学镜片、进液通孔和出液通孔；两个所述主腔室中部分别设置进液通孔和出液通孔，用于连接空心毛细管两端，实现空心毛细管内部的液体交换；毛细管夹具置于主腔室内部，其中间有凹槽，用于夹持空心毛细管；激光通过所述光学镜片耦合进入空心毛细管内部。本发明的适配装置能够固定空心毛细管，有效耦合激光进入毛细管内部，有效提供液体进出毛细管的通道，从而实现毛细管内的液体交换。其与XYZ三轴可调位移平台配合，可以实现激光与空心毛细管的高效耦合及拉曼检测。
Description
技术领域
本发明属于液体组分检测领域，具体地，涉及一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配液装置。
背景技术
近年激光器技术迅猛发展，拉曼光谱(Raman spectroscopy)技术被越来越广泛运用于物质检测领域，其优点是：仅需单一波长激光激发待测样品，即可完成对样品中各组分物质的同时检测。且由于其属于光学检测方法，不消耗、不破坏待测样品。然而，由于拉曼信号强度低，导致液体中微量组分检测灵敏度难以满足实际需要，限制拉曼光谱检测技术在行业内的应用。
空心毛细管，如：聚四氟乙烯微管，折射率为1.3，而水的折射率为1.33，在聚四氟乙烯微管内激发水等液体产生拉曼散射时，散射光由光密介质进入光疏介质，易发生全反射。相较于直接收集拉曼信号，经聚四氟乙烯微管及空芯光纤等微管多次反射后收集，可大大增大散射截面，增强拉曼散射信号强度。
由于空心毛细管直径一般较小(通常为几十至几百μm)，实现液体快速进出及激光与毛细管高效耦合是技术关键。目前市面上暂无针对空心毛细管液体进样及耦合装置，无法实现通过全反射增强液体微量成分拉曼信号的功能。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，本检测装置可完成液体进样及激光耦合，其在固定空心毛细管的同时，能够有效耦合激光进入毛细管，并提供液体进出的通道，进而实现毛细管内样品的交换。将其安装在XYZ三轴可调位移平台上，可以实现激光与空心毛细管的高效耦合。
本发明采用如下的技术方案。
一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，包括两个适配器，两个适配器相对间隔设置；适配器包括主腔室、毛细管夹具、光学镜片；两个所述主腔室中部分别设置进液通孔和出液通孔，用于连接主腔室外部，实现空心毛细管内部的液体交换；毛细管夹具置于主腔室内部，其中间有凹槽，用于夹持空心毛细管；激光通过光学镜片耦合进入空心毛细管内部。
优选地，适配器还包括螺丝、第一密封圈、第二密封圈、第一开孔密封垫、第二开孔密封垫、上压紧螺纹接头、侧压紧螺纹接头、第一侧夹具、第二侧夹具。
优选地，主腔室为空心圆柱体，其中部设置有螺纹，用于配合上压紧螺纹接头及第一密封圈。
优选地，主腔室两个侧面设有圆形凹槽，用于安装第二密封圈；圆形凹槽周边分布多个螺纹孔用于封闭主腔室、夹紧光学镜片。
优选地，主腔室内侧依次设置第二密封圈和用螺丝固定的第一侧夹具；侧压紧螺纹接头安装第一密封圈后固定在侧夹具上。
主腔室外侧依次设置第二密封圈、第一开孔密封垫、光学镜片、第二开孔密封垫和用螺丝固定的第二侧夹具。
第一密封圈、第二密封圈、第一开孔密封垫、第二开孔密封垫为硅胶材质；
侧夹具、毛细管夹具和主腔室为殷钢材质。
上压紧螺纹接头和侧压紧螺纹接头为中空结构；
上压紧螺纹接头的空心的直径与主腔室中部通孔匹配；侧压紧螺纹接头的空心直径与空芯毛细管的外径匹配；
所述第一侧夹具设有通孔，通孔直径与空心毛细管外直径匹配；
空心毛细管两端依次穿过所述侧压紧螺纹接头、第一侧夹具(8)后通过毛细管夹具固定于主腔室内。
光学镜片直径25.4mm，厚度6mm，波长范围400-700nm，透过率＞99％。
空芯毛细管两端分别接入两个适配器，其中一个适配器通过转接件安装在可调节位移平台上，另一个适配器固定于光学平台上；注射器或泵体通过上压紧螺纹接头的空心将待测液体注入其中某一主腔室，液体依次经过上压紧螺纹夹头的空心、进液通孔后进入主腔室，液体充满主腔室通过空心毛细管一端流入空心毛细管内；另一主腔室使用注射器与泵体通过上压紧螺纹接头的空心抽取腔体内成分。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明所提出的用于液体组分检测的空心毛细管适配装置能够固定空心毛细管，有效耦合激光进入毛细管内部，有效提供液体进出毛细管的通道，从而实现毛细管内的液体交换。其与XYZ三轴可调位移平台配合，可以实现激光与空心毛细管的高效耦合及拉曼检测。
附图说明
图1为本发明的一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置的结构图；
图2为本发明的一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置的空芯毛细管传感装置应用案例；
图中标记为：
1、螺丝；2、第二侧夹具；3、光学镜片；4、毛细管夹具；5、第二密封圈；
6、上压紧螺纹接头；7、第一密封圈；8、第一侧夹具；9、毛细管；
10、侧压紧螺纹接头；11、进液通孔；12、出液通孔；
13、第一开孔密封垫；14、第二开孔密封垫；15、主腔室。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示的一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置的结构图，本适配装置，包括两个适配器，两个所述适配器相对间隔设置；所述适配器包括主腔室、毛细管夹具、光学镜片3、进液通孔11和出液通孔12；两个所述主腔室中部分别设置进液通孔11和出液通孔12，用于实现空心毛细管内部的液体交换；毛细管夹具置于主腔室内部，其中间有凹槽，用于夹持空心毛细管；激光通过所述光学镜片耦合进入空心毛细管内部。
优选地，本发明所述的夹具和适配器本体均由殷钢(铁镍合金，其中镍36％，铁63.8％，碳0.2％)制作而成。这种材料热膨胀系数为1.8×10-8℃，在室温-80℃～+100℃时均不发生变化，特别适合制作对温度变形有严格要求的零件。本发明所述的毛细管适配装置要求其在0℃～40℃环境温度下不发生形变，保证毛细管9固定后位置的稳定性，所述毛细管管芯孔径为几十至几百μm，毛细管位置发生微小位移将极大影响激光耦合进入管芯的效率。
适配器还包括螺丝1、两个第一密封圈5、两个第二密封圈7、第一开孔密封垫13、第二开孔密封垫14、上压紧螺纹接头6、侧压紧螺纹接头10、第一侧夹具8、第二侧夹具2。主腔室内侧依次设置第二密封圈7和用螺丝1固定的第一侧夹具8；侧压紧螺纹接头10安装第一密封圈5后固定在侧夹具8上。主腔室外侧依次设置第二密封圈7、第一开孔密封垫13、光学镜片3、第二开孔密封垫14和用螺丝1固定的第二侧夹具2。
本发明所述的毛细管夹具4尺寸直径为15mm，夹具中间有直径0.7366mm的凹槽用于夹紧毛细管。主腔室用于容纳夹具及毛细管9，其主体前后均有直径27mm、深1mm的圆形凹陷用于第一硅胶密封圈7安装，优选地，圆形凹陷周边分布有4个直径2.5mm的螺纹孔，用于匹配封闭主腔室的螺丝1、夹紧光学镜片3。
本发明所述的适配器的主腔室中部有适配上压紧螺纹接头6的螺纹，本实施例中优选为M5螺纹，以配合上压紧螺纹接头6及其对应的第二硅胶密封圈5，M5螺纹中心有一通孔连至腔内，通孔直径为0.7366mm；适配器主体的侧夹紧夹具8上也有一适配侧压紧螺纹接头10的螺纹，优选为M5螺纹，与侧压紧螺纹接头10及其对应的第三硅胶密封圈11实现对主腔体的密闭，夹具4中通孔直径为0.7366mm，供毛细管9穿过。主腔室15本体与夹具4中存在缝隙，允许液体流通，且主腔室被橡胶垫完备密封，注射器内的液体依次经过上压紧螺纹夹头6的通孔、进液通孔11后进入主腔室，液体充满主腔室后由于压力的原因，液体通过毛细管一端流入被夹具4固定的毛细管9内。实际使用时，由于毛细管9端面与光学镜片3并非完全紧贴，存在一定液体流通空间。综上，所述适配器本体内部通过管道将进液口、出液口和空心毛细管9相连，以实现空心毛细管9内部的液体交换。
本发明所述的第二开孔密封垫14内径16mm，外径27mm，厚度1.5mm，用于所述的适配器的毛细管夹具4与光学镜片3之间的缓冲，防止毛细管夹具4安装过紧损坏光学镜片3表面。
优选地，本发明所述的光学镜片3直径25.4mm，厚度6mm，波长范围400-700nm，透过率＞99％。
本发明所述的侧压紧螺纹接头10呈中空结构，内部空心直径与空心毛细管9外径恰好匹配。
优选地，侧压紧螺纹接头10的空心的内径为0.7366mm，与所涉及的空心毛细管9外径恰好匹配；通孔外径5mm，与所述的适配器本体螺纹直径恰好匹配。
本发明优选但非限制性的实施例中，每个适配器的主腔室中部均有一个上压紧螺纹接头6，上压紧螺纹接头6的空心中可通过外接特氟龙管与注射器连接，实现进液与出液；使用时，确保所有接口均压紧密封，用于进液的上压紧螺纹接头连接的注射器应包含足量待测液体，用于出液的上压紧螺纹接头连接的注射器应排空；添加待测液体时，通过注射器或泵体往主腔室注入液体，必要时，出液口通过泵体或注射器抽取内部气体或余液以形成负压，帮助内部成分轮换。
本发明所述的光纤适配装置可通过转接件安装在XYZ三轴可调位移平台上，通过精确调节X、Y、Z轴的位移，可以实现输入激光高效耦合进入毛细管空心，提高耦合效率。
为了更好地说明本发明实现的效果，下面结合实例和附图进一步阐述所提出的一种用于液体传感的空心毛细管适配装置。
如图2所示，使用毛细管固定夹块夹紧空心毛细管，使得毛细管两端分别接入本发明所述的适配装置主腔体；其中一个主体通过转接件安装在XYZ三轴可调节位移平台上，再将整体固定在光学平台上；另一个腔体通过等高的转接件固定在光学平台上；两个主腔体的上方液体通道均由特氟龙管道连接到注射泵。
在基于拉曼光谱技术的液体传感检测实验中，激光器发出的激光通过主腔体前的光学镜片耦合进入空心毛细管，通过调节位移平台X、Y、Z轴的位移，可将激光束精确对准空心毛细管内部孔道，提高激光耦合效率。注射器从外往内施压注入液体，液体将首先浸入前端主腔体，后进入主腔体内被夹具固定住的毛细管内部，并由前端传向后端，流出口处的注射器可向外抽以加快内部液体的交换速率。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，其特征在于，
包括两个适配器，两个所述适配器相对间隔设置；
所述适配器包括主腔室（15）、毛细管夹具（4）、光学镜片（3）、螺丝（1）、第一密封圈（5）、第二密封圈（7）、第一开孔密封垫（13）、第二开孔密封垫（14）、上压紧螺纹接头（6）、侧压紧螺纹接头（10）、第一侧夹具（8）、第二侧夹具（2）；
所述第一密封圈（5）、第二密封圈（7）、第一开孔密封垫（13）、第二开孔密封垫（14）为硅胶材质；所述第一侧夹具（8）、第二侧夹具（2）、毛细管夹具（4）和主腔室（15）为殷钢材质；
两个所述主腔室（15）中部分别设置进液通孔（11）和出液通孔（12），用于连接主腔室（15）外部，实现空芯毛细管（9）内部的液体交换；
所述上压紧螺纹接头（6）和侧压紧螺纹接头（10）为中空结构；上压紧螺纹接头（6）的空芯的直径与主腔室（15）中部通孔匹配；侧压紧螺纹接头（10）的空心直径与空芯毛细管（9）的外径匹配；
所述第一侧夹具（8）设有通孔，通孔直径与空芯毛细管（9）外直径匹配；空芯毛细管（9）两端依次穿过所述侧压紧螺纹接头（10）、第一侧夹具（8）后通过毛细管夹具（4）固定于主腔室（15）内；
所述毛细管夹具（4）置于主腔室（15）内部，其中间有凹槽，用于夹持空芯毛细管（9）；
激光通过所述光学镜片（3）耦合进入空芯毛细管（9）内部。
2.根据权利要求1所述的一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，其特征在于，
所述主腔室（15）为空心圆柱体，其中部设置有螺纹，用于配合上压紧螺纹接头（6）及第一密封圈（5）。
3.根据权利要求2所述的一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，其特征在于，
所述主腔室（15）两个侧面设有圆形凹槽，用于安装第二密封圈（7）；圆形凹槽周边分布多个螺纹孔用于封闭主腔室（15）、夹紧光学镜片（3）。
4.根据权利要求3所述的一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，其特征在于，
所述主腔室（15）内侧依次设置第二密封圈（7）和用螺丝（1）固定的第一侧夹具（8）；侧压紧螺纹接头（10）安装第一密封圈（5）后固定在第一侧夹具（8）上。
5.根据权利要求3所述的一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，其特征在于，
所述主腔室（15）外侧依次设置第二密封圈（7）、第一开孔密封垫（13）、光学镜片（3）、第二开孔密封垫（14）和用螺丝（1）固定的第二侧夹具（2）。
6.根据权利要求3所述的一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，其特征在于，
所述光学镜片（3）直径25.4mm，厚度6mm，波长范围400-700nm，透过率＞99%。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种适用于空芯毛细管液体光谱传感的适配装置，其特征在于，
空芯毛细管（9）两端分别接入两个适配器，其中一个适配器通过转接件安装在可调节位移平台上，另一个适配器固定于光学平台上；注射器或泵体通过上压紧螺纹接头（6）的空心将待测液体注入其中某一主腔室（15），液体依次经过上压紧螺纹接头（6）的空心、进液通孔（11）后进入主腔室（15），液体充满主腔室（15）通过空芯毛细管（9）一端流入空芯毛细管（9）内；另一主腔室（15）使用注射器或泵体通过上压紧螺纹接头（6）的空心抽取腔体内成分。
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