CN115112579B - 光谱采集设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光谱采集设备，涉及等离子体检测技术领域。所述光谱采集设备包括：壳体，所述壳体上设置有收光口，壳体内设置有至少两个依次排列在所述收光口的光线传播路径上的二向色镜，二向色镜与壳体可拆卸连接；壳体内设置有电路板，每个所述二向色镜的光线反射路径上设置有光谱传感器，光谱传感器与所述电路板可拆卸连接，光谱传感器捕获所述二向色镜的反射光；所述电路板上还连接有通信模块。本发明实施例提供的光谱采集设备，可自由组合不同波段的光谱传感器及二向色镜，在需要清洗具有不同特征波长的样品时，只需要更换光谱传感器与二向色镜即可，不需要更换整个光谱采集设备，提高了设备的灵活性，降低了更换设备造成的成本。

Description

光谱采集设备

技术领域

本发明涉及等离子体检测技术领域，具体涉及一种光谱采集设备。

背景技术

随着激光技术的发展，激光清洗技术逐步应用在工业领域，如激光除锈、焊接预处理和去除氧化层等。激光清洗技术是一种新型的表面污染物去除技术，具有绿色环保、精度高和非接触式等有点，也是一种具有发展潜力的绿色清洗技术。

但是，激光清洗参数设置不合适，会导致清洗未达标或过度清洗的后果，为了获得较好的激光清洗质量，需要通过在线监测技术监控激光清洗过程。

目前激光清洗在线监测技术主要是视觉成像技术和声发射监控技术。视觉成像技术能够直观的对大面积清洗层实施激光清洗后的在线监测；然而视觉成像技术只能对激光清洗后的效果进行定量评估，难以根据清洗层的实时状态进行控制清洗过程。声发射监控技术适用动态检测，可对运行中的设备和受力情况下的部件进行实时的检测、监视和报警；然而声发射特性对材料敏感又易收到机电噪音的干扰，并且对数据正确性需要更丰富的数据库以及现场检测经验。

所以通过监控激光清洗过程中的等离子体来实时反馈激光清洗效果成为了主流技术，市面上监测等离子体的光谱采样系统往往体积巨大，这对现场环境具有较高的要求，并且光谱采样系统的波长固定不可进行更换，对不同的清洗样品需要更换不同固定波长的光谱仪，成本较大。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种光谱采集设备，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。

本发明提供一种光谱采集设备，包括壳体，所述壳体上设置有收光口；所述壳体内设置有至少两个依次排列在所述收光口的光线传播路径上的二向色镜，所述二向色镜与所述壳体可拆卸连接；

所述壳体内还设置有电路板，每个所述二向色镜的光线反射路径上设置有光谱传感器，所述光谱传感器与所述电路板可拆卸连接，所述光谱传感器捕获所述二向色镜的反射光；所述电路板上还连接有通信模块。

可选的，所述电路板上设置有至少两个引脚连接机构；

所述引脚连接机构包括基座和盖体，所述基座连接在所述电路板上，所述基座上设置有与所述光谱传感器的引脚相对应的引脚孔，所述基座上还设置有至少两个第一螺纹孔，所述盖体通过与所述第一螺纹孔相配合的螺栓与所述基座连接。

可选的，所述引脚孔的底部设置有竖向设置的第一弹簧。

可选的，所述光谱传感器的引脚与所述基座上的引脚孔插接，且所述光谱传感器位于所述基座和所述盖体之间，所述光谱传感器和所述盖体之间设置有散热片。

可选的，所述壳体内设置有至少两个夹持机构，每个所述夹持机构包括固定连接在所述壳体上的第一夹板以及与所述第一夹板连接的第二夹板，所述二向色镜卡接在所述第一夹板和所述第二夹板之间。

可选的，所述第一夹板和所述第二夹板上分别设置有透光口，卡接在所述第一夹板和所述第二夹板之间的二向色镜的其中一部分位于两个所述透光口之间。

可选的，所述第一夹板和所述第二夹板之间通过可调节所述第一夹板和第二夹板之间的距离的调距机构连接。

可选的，所述调距机构包括安装在所述第一夹板上的旋杆、固定在所述旋杆上的蜗轮以及与所述蜗轮啮合传动的蜗杆，所述蜗杆的其中一端与所述第二夹板连接。

可选的，所述第一夹板和所述第二夹板之间设置有两个所述调距机构，其中一个所述调距机构连接所述第一夹板和第二夹板的侧部，另一个所述调距机构连接所述第一夹板和第二夹板的端部。

可选的，所述第一夹板和所述第二夹板之间还设置有两个第二弹簧，每个所述第二弹簧的两端分别与所述第一夹板和所述第二夹板连接；且其中一个第二弹簧设置在靠近其中一个调距机构的蜗杆位置处，另一个第二弹簧设置在靠近另一个调距机构的蜗杆位置处。

可选的，所述通信模块为无线通信模块。

可选的，所述收光口内置有具有收光以及准直作用的准直镜。

本发明实施例提供的光谱采集设备，可自由组合不同波段的光谱传感器及二向色镜，在需要清洗具有不同特征波长的样品时，只需要更换光谱传感器与二向色镜即可，不需要更换整个光谱采集设备，提高了设备的灵活性，降低了更换设备造成的成本。因此，本实施例提供的光谱采集设备能够在保证测量多元素的同时，保证体积的小型化。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的光谱采集设备的结构示意图。

图2是本发明一实例中提供的引脚连接机构的俯视图。

图3是本发明一实施例提供的引脚连接机构的剖视图。

图4是本发明一实施例提供的散热板的安装位置示意图。

图5是本发明一实施例提供的夹持机构的侧面剖视图。

图6是本发明一实施例提供的夹持机构的正面剖视图。

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明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。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。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、……等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部排序。

为更好的理解本发明，以下先对本发明的研究背景进行简单介绍：

基于等离子体检测的激光清洗系统，在光谱仪测量等离子体发射光光谱时，会出现很多特征峰，每一个特征峰都代表了一种元素，元素含量越多，特征峰越明显。例如清洗碳纤维复合材料（CFRP）表层环氧树脂膜层以获得理想的胶接效果时，已知碳纤维基体材料有两个明显特征峰，分别位于588.819nm和589.411nm。在这里，588.810nm与589.411nm两个特征峰是激光在清洗表层环氧脂膜时所没有的，也就是说明这两个特征峰是碳纤维基体材料所特有的，当激光打在碳纤维基体材料时才会出现这两个特征峰，说明碳纤维复合材料表面环氧树脂膜已经清洗干净了。

由此可知，可将激光清洗停止工作条件设置为在出现588.819nm和589.411nm两个特征峰时，停止激光清洗工作。

在对其它材料进行激光清洗效果检测时，也需要提前确定哪些特征峰是基体所特有的，其原理是相同的。

图1是本发明实施例提供的一种光谱采集设备的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的一种光谱采集设备，包括：

壳体1，所述壳体1上设置有收光口11；所述壳体1内设置有至少两个依次排列在所述收光口11的光线传播路径上的二向色镜2，所述二向色镜2与所述壳体1可拆卸连接；

所述壳体1内还设置有电路板3，每个所述二向色镜2的光线反射路径上设置有光谱传感器4，所述光谱传感器4与所述电路板3可拆卸连接，所述光谱传感器4捕获所述二向色镜2的反射光；所述电路板3上还连接有通信模块5。

本实施例，光谱采集设备由收光口11直接收光，降低了光的损耗；由收光口11进入的等离子体发射光首先射入距离所述收光口11最近的二向色镜2，该二向色镜2透过一定波长的光并将其他波长的光反射至设置在该二向色镜2的光线反射路径上的光谱传感器4，透过该二向色镜2的光继续入射至下一个二向色镜2，以此类推；光谱传感器4捕获来自二向色镜2的反射光，并将采集到的光谱数据通过电路板3传输给通信模块5，再由通信模块5将光谱数据传输给其它设备。

本发明实施例提供的一种光谱采集设备，可自由组合不同波段的光谱传感器及二向色镜，在需要清洗具有不同特征波长的样品时，只需要更换光谱传感器与二向色镜即可，不需要更换整个光谱采集设备，提高了设备的灵活性，降低了更换设备造成的成本。因此，本实施例提供的光谱采集设备能够在保证测量多元素的同时，保证体积的小型化。

在本发明的一可选实施例中，所述通信模块5为无线通信模块。所述无线通信模块可以通过蓝牙或WIFI等方式将光谱数据传输给PC或其它移动设备，这样，相比于目前光谱采集设备通过有线通信的方式传输数据，能够减小连接线对设备的摆放的限制。

在本发明的一可选实施例中，所述收光口11内置有具有收光以及准直作用的准直镜。这样，能够更多的采集等离子体光，并将光准直射入二向色镜2。

如图2和图3所示，在本发明的一可选实施例中，所述电路板上设置有至少两个引脚连接机构6；所述引脚连接机构6包括基座61和盖体，所述基座61连接在所述电路板上，所述基座61上设置有与所述光谱传感器的引脚相对应的引脚孔611，所述基座61上还设置有至少两个第一螺纹孔612，所述盖体通过与所述第一螺纹孔612相配合的螺栓与所述基座61连接。

本实施例，所述基座61上的引脚孔611的数量及布置方式与光谱传感器的引脚的数量和布置方式相对应；例如图2和图3所示，每一引脚连接机构6包括两个并列设置的基座61，每个基座61上分别设置有5个引脚孔611；在安装光谱传感器时，将光谱传感器的引脚插接在所述基座61上的引脚孔611内，并将盖体盖设在引脚传感器的顶部，所述盖体上设置有与基座61上的第一螺纹孔612相对应的通孔，使用与所述第一螺纹孔612相配合的螺栓将所述盖体连接在所述基座61上即可。

如图2和图3所示，在本发明的一实施例中，每一引脚连接机构6包括两个并列的设置有引脚孔611的基座61，还包括四个分别设置在该两个具有引脚孔611的基座61的端部的基座61，该四个基座61上分别设置有所述第一螺纹孔612；设置有第一螺纹孔612的基座61与设置有引脚孔611的基座61之间具有间隙，这样利于光谱传感器散热。

如图2和图3所示，在本发明的一可选实施例中，所述引脚孔611的底部设置有竖向设置的第一弹簧613。

本实施例，如图1所示，光谱传感器4通过侧面的采光口41接收二向色镜2反射过来的等离子体光，此时，由于第一弹簧613具有弹性作用，因此，可通过控制与各第一螺纹孔612连接的螺栓的拧紧程度，调节所述光谱传感器4的采光口41的采光角度（包括高度调节以及倾斜角度的调节），便于后续使光谱传感器4的采集口（4）能够更好的耦合等离子体光。

在本发明的一可选实施例中，可使用MEMS等新技术设计光路，保证光谱传感器体积足够小，每款光谱传感器的波长范围为30nm，足够小的波长范围保证其分辨率能够达到0.1nm，能够分辨出等离子体光中的元素信息。在一具体实施例中，光谱传感器的大小为20×10×12mm，底部具有10引脚。

在本发明的一可选实施例中，所述光谱传感器和所述盖体之间还设置有散热片7（参见图4），具体的，在所述光谱传感器的引脚与所述基座上的引脚孔插接之后，将散热片7盖设在所述光谱传感器的顶部，然后再将所述盖体盖在所述散热片7上，或者直接将所述散热片7粘贴在盖体靠近光谱传感器的一侧。散热片7能够对光谱传感器起到散热降温的作用，避免工作时产生的温度对采集结果产生影响，提高结果的准确性以及稳定性。

如图1、图5以及图6所示，在本发明的一可选实施例中，所述壳体1内设置有至少两个夹持机构8，每个所述夹持机构8包括固定连接在所述壳体1上的第一夹板81以及与所述第一夹板81连接的第二夹板82，所述二向色镜卡接在所述第一夹板81和所述第二夹板82之间。

如图6所示，在本发明的一可选实施例中，所述第一夹板81和所述第二夹板82上分别设置有透光口83，卡接在所述第一夹板81和所述第二夹板82之间的二向色镜的其中一部分位于两个所述透光口83之间。在一具体实施例中，二向色镜的中间部位位于两透光口83之间，边缘部位夹在所述第一夹板81和所述第二夹板82之间。

如图5和图6所示，在本发明的一可选实施例中，所述第一夹板81和所述第二夹板82之间通过可调节所述第一夹板81和第二夹板82之间的距离的调距机构84连接。在本发明的一具体实施例中，在所述调距机构84的数量为1个时，该调距机构84可以设置在所述第一夹板81和第二夹板82的非中心位置处，这样，能够利用设置在第一夹板81和第二夹板82之间的二向色镜受力不均衡的特性，对所述二向色镜的偏转角度进行微调。

如图5和图6所示，在本发明的一可选实施例中，所述调距机构84包括安装在所述第一夹板81上的旋杆841、固定在所述旋杆841上的蜗轮842以及与所述蜗轮842啮合传动的蜗杆843，所述蜗杆843的其中一端与所述第二夹板82连接。

本实施例，如图5所示，所述第一夹板81上设置有垂直相交的两连接孔，所述旋杆841设置在竖向的连接孔内，与该连接孔转动连接；如图6所示，所述旋杆841的底部固定连接有蜗轮842，该蜗轮842的转轴与旋杆841的转轴重合；该蜗轮842还与一蜗杆843啮合连接，组成蜗轮蜗杆机构，该蜗杆843设置在第一夹板81上的横向连接孔内（蜗杆843可以与该连接孔通过螺纹连接），且其一端与第二夹板82转动连接（非螺纹连接）；在转动旋杆841时，旋杆841带动蜗轮842转动，与此同时，蜗杆843在蜗轮842作用下带动第二夹板82向着靠近或远离第一夹板82的方向运动，从而实现调节所述第一夹板81和第二夹板82之间的距离。

如图5和图6所示，在本发明的一可选实施例中，所述第一夹板81和所述第二夹板82之间设置有两个所述调距机构84，其中一个所述调距机构84连接所述第一夹板81和第二夹板82的侧部，另一个所述调距机构84连接所述第一夹板81和第二夹板82的端部。

本实施例，其中一个所述调距机构84连接两夹板的侧部、另一个调距机构84连接两夹板的端部，这样，两个调距机构84在调节两夹板侧部和端部的距离时，分别能够实现二向色镜在左右、上下两个方向的调节。此外，旋杆841伸出第一夹板81的部分位于夹持机构8的侧部，而非正前方或正后方，而传统光学镜片固定架只能从镜架的正前方进行调节，调节过程中有可能会挡住光的通过，本发明实施例中的夹持机构8的调节方法区别于传统的调节方法，可以从正上方或侧部进行调节，不会遮挡光的通过。

如图5和图6所示，在上述实施例中，所述第一夹板81和所述第二夹板82之间还可以设置有两个第二弹簧85，每个所述第二弹簧85的两端分别与所述第一夹板81和所述第二夹板82连接；且其中一个第二弹簧85设置在靠近其中一个调距机构84的蜗杆843位置处，另一个第二弹簧85设置在靠近另一个调距机构84的蜗杆843位置处。两个所述第二弹簧85能够对所述第二夹板82起到抵制作用，防止第一夹板81和第二夹板82对二向色镜的夹紧力过大。

以下通过一具体实施例对本发明提供的光谱采集设备的使用方法进行说明：

对金属锈蚀表面进行激光清洗时，主要由Fe、Mn、Si、O等四种元素的光谱对清洗效果进行判断。其对应的特征波长分别如下：

SiⅠ：288.158nm；

MnⅡ：293.3nm、294.92nm；

FeⅠ：297.31nm、432.58nm；

OⅡ：429.918nm、430.041nm、430.177nm。

因此，针对金属锈蚀表面进行激光清洗时，可准备两款不同波段的光谱传感器，分别是280nm～300nm、420nm～440nm。

光谱采集设备的通信模块采用RTL8720DN，他具有WIFI与蓝牙两种无线传输模式，电脑采集软件通过WIFI模式，与光谱采集设备进行连接。此时电脑采集软件上并没有光谱出现。

将280nm～300nm波段的光谱传感器安装在距离光谱采集设备的收光口较近的位置处，将一块反射400nm光以下透400nm光以上的二向色镜安装到该光谱传感器对应二向色镜安装位置处；再将420nm～440nm波段的光谱传感器安装到另一光谱传感器安装位置处，在其对应的二向色镜安装位置处安装一块反500nm以下光的二向色镜。

此时采集软件上已经出现280nm～300nm、420nm～440nm两个波段的光谱，接下来进行调节光路，使采集到的光足够多。

调节光路操作：将氘钨灯光源对准收光口，盖上280nm～300nm光谱传感器位置处的引脚连接机构的盖体，将四个螺栓放入第一螺纹孔并拧上，直至该光谱传感器刚好固定不动，调节该光谱传感器对应的二向色镜的调距机构的旋杆，使通过收光口后准直的等离子体发射光打在该二向色镜上，并且一部分垂直反射到该光谱传感器的采光口处，一部分直接透射到下一个二向色镜上。再调节上述引脚连接机构的四个第一螺纹孔上的螺栓，同时观看采集软件上的相对应波长的光谱曲线，当光谱曲线能量最高时，停止调节，此时此光谱传感器采集到的光最多。依次调节后面的光谱传感器的引脚连接机构以及二向色镜的调距机构，使其光谱传感器采集到的光最多。

如果还需要清洗其它特征波长的样品，只需要更换光谱传感器与二向色镜即可，不需要更换整个光谱采集设备。

综上，本发明实施例提供的光谱采集设备，至少具有如下优点：

1. 本设备在保证能够测量多元素的同时，保证体积的小型化。

2. 相比于市面上监测等离子体的光谱采样系统等离子体光的收集需要通过二向色镜或光纤的方案，本设备直接收集等离子体光，避免经过光纤或二向色镜产生的损耗，减小了对监测的结果的准确性造成的影响。

3. 本设备可由蓝牙或WIFI进行无线传输数据，提高设备便捷性，降低使用条件。

4. 本设备可自由组合不同波段的光谱传感器，采集不同波段的元素，提高了设备的灵活性，降低更换设备造成的成本。

5.本设备中的光谱传感器采用引脚形式，同时起到固定与传输数据的作用。

6.本设备可采集非连续波段的光谱。

7. 光谱传感器引脚下方的弹簧可以有效的实现光谱传感器二维方向的调节，实现最大化的光耦合效果。

8.二向色镜夹持机构可通过旋杆调节二向色镜的二维方向，区别于传统镜架的调节方式，调节时不会产生遮挡光的失误操作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光谱采集设备，其特征在于，包括壳体，所述壳体上设置有收光口；所述壳体内设置有至少两个依次排列在所述收光口的光线传播路径上的二向色镜，所述二向色镜与所述壳体可拆卸连接；

所述壳体内还设置有电路板，每个所述二向色镜的光线反射路径上设置有光谱传感器，所述光谱传感器与所述电路板可拆卸连接，所述光谱传感器捕获所述二向色镜的反射光；所述电路板上还连接有通信模块；

所述电路板上设置有至少两个引脚连接机构；所述引脚连接机构包括基座和盖体，所述基座连接在所述电路板上，所述基座上设置有与所述光谱传感器的引脚相对应的引脚孔，所述基座上还设置有至少两个第一螺纹孔，所述盖体通过与所述第一螺纹孔相配合的螺栓与所述基座连接；

所述引脚孔的底部设置有竖向设置的第一弹簧。

2.根据权利要求1所述的光谱采集设备，其特征在于，所述光谱传感器的引脚与所述基座上的引脚孔插接，且所述光谱传感器位于所述基座和所述盖体之间，所述光谱传感器和所述盖体之间设置有散热片。

3.根据权利要求1或2所述的光谱采集设备，其特征在于，所述壳体内设置有至少两个夹持机构，每个所述夹持机构包括固定连接在所述壳体上的第一夹板以及与所述第一夹板连接的第二夹板，所述二向色镜卡接在所述第一夹板和所述第二夹板之间。

4.根据权利要求3所述的光谱采集设备，其特征在于，所述第一夹板和所述第二夹板上分别设置有透光口，卡接在所述第一夹板和所述第二夹板之间的二向色镜的其中一部分位于两个所述透光口之间。

5.根据权利要求4所述的光谱采集设备，其特征在于，所述第一夹板和所述第二夹板之间通过可调节所述第一夹板和第二夹板之间的距离的调距机构连接。

6.根据权利要求5所述的光谱采集设备，其特征在于，所述调距机构包括安装在所述第一夹板上的旋杆、固定在所述旋杆上的蜗轮以及与所述蜗轮啮合传动的蜗杆，所述蜗杆的其中一端与所述第二夹板连接。

7.根据权利要求6所述的光谱采集设备，其特征在于，所述第一夹板和所述第二夹板之间设置有两个所述调距机构，其中一个所述调距机构连接所述第一夹板和第二夹板的侧部，另一个所述调距机构连接所述第一夹板和第二夹板的端部。

8.根据权利要求7所述的光谱采集设备，其特征在于，所述第一夹板和所述第二夹板之间还设置有两个第二弹簧，每个所述第二弹簧的两端分别与所述第一夹板和所述第二夹板连接；且其中一个第二弹簧设置在靠近其中一个调距机构的蜗杆位置处，另一个第二弹簧设置在靠近另一个调距机构的蜗杆位置处。

9.根据权利要求1所述的光谱采集设备，其特征在于，所述通信模块为无线通信模块。

10.根据权利要求1所述的光谱采集设备，其特征在于，所述收光口内置有具有收光以及准直作用的准直镜。

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