CN115508323A - 一种紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种紫外激光分子谱数米外固液态物质分析装置，由共轴收发紫外探头(10)、分析主机(20)、蓝牙手机(40)、微步幅云台支架(50)组成。探头是远紫外光纤射镜(12)用同轴架(14)固定于大孔径反射式物镜(16)前，接口(21)含瑞利滤光器，带致冷紫外光谱仪窄缝在物镜像面中央。主机前面小孔(24)引出远紫外激光出射光纤(25)至探头射镜与指示光二合一准直发射；上面设天线、液晶屏(32)及按键，与手机双路操控探测；底板卡槽(36)固定云台并有四脚支架(37)支台上手动调整方向。以增强共振和紫外光谱能量，多种操控架设方式实现生产线、物探现场非接触对数米外目标物远紫外分子光谱快速探测分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用紫外激光分子谱探测数米外的目标物进行非接触式固、液态物质精确分析探测的装置及其实现方法，属于物质理化分析与物品探测的技术领域。
背景技术
市场上有多种物质定性分析的仪器，但能非接触隔数米距离对固液态目标物作精准定性分析的仪器极少。纵观各类分析仪器：质谱仪定性分析虽精确，但被检物需制备后经电离在真空磁场下质谱分析，不能遥测；通常红外光谱仪是将制备的固液态测品放入仪器测其透射的红外吸收峰所成红外光谱比对标样进行定性分析，不作遥测，但分析气体可远程吸取放入光路测红外吸收光谱作遥测气体、粉尘分析；气相色谱仪可遥测采吸气体测色谱柱中气体分子速度分离进行定性分析；离子迁移谱仪能对挥发物气体及粉尘通过吸气取样作遥测分析，弱挥发的固液体不能远距离遥测；用飞秒激光脉冲照射固液体测物品分子受激产生的太赫兹振动谱从原理上能远距离遥测定性分析，但目前飞秒激光能量弱只用于物品较近距离非接触定性分析；其他荧光淬灭检测、X光检测、电介质检测、声表面波检测、化学反应检测等都不能远程不接触定性分析固液态物体。
激光拉曼光谱仪可精准分析固液态物质成分，其激光束打在物体上激发分子振动转动的能级光谱被光谱仪摄取，获得此物体激光拉曼光谱曲线进行定性分析。但激发的拉曼光谱能量远小于激发光能量，光能衰减正比距离平方，光子能反比波长的4次方，目前大多激光拉曼光谱仪激发波长为近紫外至近红外范围，光能不强，当探测距离稍远就因光谱能量太弱光谱仪灵敏度不够而不能检测，一般只能靠近目标物进行分析。较强激光照射物体会激发分子荧光，可见光、近红外光拉曼光谱会受荧光干扰。因此一般可见光、近红外光的拉曼光谱仪难以隔十数厘米外进行遥测分析。
近些年出现紫外激光拉曼光谱技术和仪器能提高不接触检测距离，通过紫外低波长增强拉曼光谱强度，紫外拉曼光谱曲线免受荧光干扰。但目前紫外拉曼光谱仪检测距离仍不够远，仅一米探测距离，受制于采用的紫外激光波长不够低、没有应用低波段紫外光纤激光或真空远紫外激光探测，紫外激光汇聚出射能量较小、接收物镜等紫外光学系统衰减大与发射接收不同轴使光能大幅损失等因素，目前固液态物质分析距离达到数米远的紫外拉曼光谱仪器在市场中还未出现。所以这还是一个需要通过发明和技术创新来解决问题的技术领域。
发明内容
为了克服上述对现场不能接触且距离在数米外需分析的固液态目标物目前的分析设备难以检测的技术难题，本发明提出一种新的设计方案和技术装置：采取以远紫外的低波段光纤激光的高能光子汇聚照射目标物激发产生更强的分子震动光谱和共振光谱，通过长焦大孔径反射式紫外物镜和低温制冷紫外光谱仪远距离接收到这些分子的拉曼光谱与共振光谱得以进行数米远物质分析，探头同轴的光纤准直射镜不影响反射式物镜的光线接收，光能损失小，环境照明光线对紫外探测影响弱，提高了探测灵敏度和接收距离，优化了主机的光机电一体化布局，并配以蓝牙手机和本机双路操控与显示分析结果，采取现场落地架设遥控和台子上架设手工调节二种使用方式，以实现现场数米远非接触固、液态物质的精确分析探测。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置由向数米外目标物共轴汇聚发射低波段紫外光纤激光并大孔径紫外光接收的探头、探头后接口固定的分析主机、与主机分体的无线通信操控主机探测并显示分析结果的操控显示手机、用卡槽拆卸支撑主机的微步幅云台支架、与主机线缆插件相连的市电工作充电适配器等组成。
探头是由低波段紫外光纤激光准直射镜依靠微档光放射状支架同轴固定于长焦大孔径反射式紫外物镜的前端中央成一体制成的，作为分析装置的紫外激光发射和光谱接收的探头。
主机内前面板中央处探头接口及合体的瑞利截止滤光器后布置带致冷线阵传感器的高灵敏宽紫外光谱仪，并将光谱仪的窄缝窗口置于固紧探头后紫外物镜的成像面中央处。
主机前面板有小孔，引出波长低于0.2微米的低波段紫外光纤激光器的出射光纤，光纤端口固定至探头的准直射镜光源接口处，在准直镜焦点处合并发光管与紫外光纤以形成二合一光路产生探测点光指示。
主机中的微型计算机、固态硬盘、5代蓝牙操控处理通信板等电路板组件和锂电池等置于主机内侧后端，主机铝合金底板及风扇助各件散热器良好散热。
此装置设二个操控端显示探测结果，在主机上表面设无线通讯天线和液晶屏与操控按键，此与操控显示手机5代蓝牙通信可双路同步操控主机工作、转动探头指向和显示紫外激光远程物质分析结果与波形数据。
主机侧后面板有电源开关及与各配套设备进行供电和数据通信的外接插座，主机底板设有固定云台支架的拆卸卡槽和自带的支在台上手动调整探头射向的四脚小支架。
本发明通过新技术理念和新颖合理的光机电设计实现了远距离不接触的激光分子谱物质分析，以低波段光纤紫外强激光激发物质分子震动光谱及共振光谱用大孔径长焦物镜接收，高灵敏的光谱仪分析和双路操控显示，多种现场架设方式满足现场对目标物的精确物质分析，极端探测性能得到充分挖掘和增强，现场使用更方便，达到在生产线、物探现场非接触分析探测数米外的固、液态物体表面进行快速精准分析，适合医药生产和反恐禁毒等领域的应用。
附图说明：附图1为本发明的整体系统图，附图2为本发明的主机与探头构造示意图，附图3为本发明的摘要简图。其中：(10).探头，(12).光纤射镜，(14).同轴架，(16).紫外物镜，(18).二合一光路，(20).分析主机，(21).探头接口，(22).滤光器，(23).紫外光谱仪，(24).小孔，(25).激光器光纤，(26).激光电源，(27).电路板组件，(28).锂电池，(31).无线通讯天线，(32).液晶屏，(33).操控按键，(34).电源开关，(35).外接插座，(36).卡槽，(37).四脚支架，(40).操控显示手机，(50).云台支架，(60).适配器。
具体实施方式：下面结合附图给出本发明的较佳实施例，并进一步描述本发明的技术思想和方法。
如附图1所示：给出的一种紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置，整机是由向远处目标物共轴汇聚发射低波段紫外激光以激发目标物表面的分子震动和共振光谱并用大孔径长焦物镜接收这些紫外光谱的探头(10)、探头后接口固定的光谱物质分析主机(20)、与主机分体的蓝牙通讯操控主机探测并显示分析结果的操控显示手机(40)、用卡槽拆卸支撑主机的微步幅云台支架(50)、与主机线缆插件相连的市电工作充电适配器(60)等组成。这样可对准数米远的目标物发射紫外激光以接收目标物表面物质的分子震动光谱进行物质分析，适合在生产线或者目标探测现场架设使用。
对于一种紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置的主机内部实施和结构，如附图2所示：其主机探头(10)采用了190nm附近的低波段紫外光纤激光和配套的低波段紫外准直射镜(12)，依靠套在准直射镜上的微档光放射状支架(14)将准直射镜同轴固定于大孔径长焦反射式紫外物镜(16)的前端中央并结合成一体，解决了紫外光收发同轴并目标激发的光谱散射强度大幅增加、物镜接收损失更小，结构更紧凑，可接收到远处物质的紫外分子震动谱和物质共振谱。在主机(20)内，将前面板中央处探头接口(21)与低波段紫外光瑞利截止滤光器(22)结合成一体后，再布置带致冷线阵传感器的低波段高灵敏紫外光谱仪(23)，并将光谱仪(23)的窄缝窗口置于固紧探头(10)后其紫外物镜(16)的成像面中央处。在主机前面板上开有小孔(24)，引出波长低于0.2微米的低波段紫外光纤激光器(25)的出射光纤，此紫外光纤端口固定至主机探头(10)的准直射镜(12)光源接口处，在准直镜焦点处设置合并的指示发光管与紫外光纤形成二合一光路(18)从而产生探测点光指示。光纤激光器(25)置于光谱仪(23)的侧旁，激光电源(26)避开了光谱仪(23)的制冷散热器，利用主机铝合金底板及风扇帮助散热器良好散热。而微型计算机、固态硬盘、操控处理通信板等电路板组件(27)和锂电池(28)等置于主机内侧后端，主机上表面亦设有无线通讯的5代蓝牙通信天线(31)和本机液晶屏(32)与操控按键(33)，使用操控显示手机(40)的蓝牙与主机信息交互进行无震动干扰的手机遥控主机作物质探测，实现机上操控按键板与操控显示手机双路的同步操控主机工作、转动探头指向和显示紫外激光远程物质分析结果与波形数据。在主机侧后表面板设置有电源开关(32)及与各配套设备进行供电和数据通信的外接插座(35)，主机底板设有固定云台支架(50)的快速拆卸卡槽(36)和主机自带的支在台上手动调整主机探头射向的四脚手工调节小支架(37)，方便在现场用云台式支架快速支撑主机工作或者在现场桌面上依靠自带的四个小支架来支撑架起主机并手动调节主机探头方向以使探头发出的指示光点对准分析的目标物，进行快速探测分析。
本装置实现低损耗的非接触对数米外目标物进行物质分子震动谱的紫外激光散射与共振光谱快速比对分析探测，多种现场架设方式，双路操控与结果显示等新颖效果。
Claims (7)
1.一种紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置，其特征在于：所述装置由向数米外目标物共轴汇聚发射低波段紫外激光并大孔径紫外光接收的探头、探头后接口固定的分析主机、与主机分体的无线通讯操控主机探测并显示分析结果的操控显示手机、用卡槽拆卸支撑主机的微步幅云台支架、与主机线缆插件相连的市电工作充电适配器等组成。
2.根据权利要求1所述的紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置，其特征在于所述探头是低波段紫外光纤激光准直射镜依靠微档光放射状支架同轴固定于长焦大孔径反射式紫外物镜的前端中央成一体制成的。
3.根据权利要求2所述的紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置，其特征在于所述探头后主机内以前面板中央处探头接口及合体的瑞利截止滤光器后布置带致冷线阵传感器的高灵敏宽紫外光谱仪，并将光谱仪的窄缝窗口置于固紧探头后的紫外物镜的成像面中央处。
4.根据权利要求3所述的紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置，其特征在于所述主机前面板有小孔引出波长低于0.2微米的低波段紫外光纤激光器的出射光纤，光纤端口固定至探头的准直射镜光源接口处，在准直镜焦点处设合并发光管与紫外光纤形成二合一光路产生探测点光指示，激光器置于光谱仪侧旁，激光电源避开光谱仪制冷散热器。
5.根据权利要求4所述的紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置，其特征在于所述主机中的微型计算机、固态硬盘、5代蓝牙操控处理通信板等电路板组件和锂电池等置于主机内侧后端，主机铝合金底板及风扇助各件散热器良好散热。
6.根据权利要求5所述的紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置，其特征在于所述主机上表面设无线通讯天线和液晶屏与操控按键，此与操控显示手机5代蓝牙通信可双路同步操控主机工作、转动探头指向和显示紫外激光远程物质分析结果与波形数据。
7.根据权利要求6所述的紫外激光分子谱数米外固、液态物质分析装置，其特征在于所述主机侧后表面板有电源开关及与各配套设备进行供电和数据通信的外接插座，主机底板设有固定云台支架的拆卸卡槽和自带的支在台上手动调节探头射向的多脚小支架。
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