CN203337549U - 一种适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件，在光发射器的出射方向上设置有荧光传感组件，在荧光传感组件的荧光出射方向上设置有光接收器，光发射器的光出射光轴与光接收器的荧光出射光轴之间的夹角为45°夹角；本实用新型选用发光二极管（LED）作为发射光源、光敏二极管作为光电信号转换元件，通过平凸透镜、双凸透镜间距排布，还可以调节发射光光斑与被激发光光斑的形状大小和亮度强弱，系统光路参数可控，光谱分辨率高，荧光信号选择性强、信噪比高，同时整个传感器系统便于器件化，能够较大程度的提取有用微弱荧光信号，大幅度提高仪器灵敏度，并增强系统稳定性和检测精确度。

Description

一种适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，特别涉及一种适用于荧光爆炸物探测仪器的光学系统。

技术领域

目前，微痕量爆炸物检测设备核心元器件大多时都采用光电倍增管作为感光元器件，其价格昂贵、带电情况下见光易损，并且很少有完整、成型的光路系统，光灵敏度达不到要求，稳定性不够，容易出现误报或者漏报等缺点。而且，大部分常规做法是将化学传感膜置放于比色皿之中，由于比色皿体积较大，若将化学膜传感器置于其中，不但安装不方便且无法将化学薄膜稳固地固定于比色皿中，化学传感膜被激发后产生荧光信号，由光敏二极管感应生成的光电信号淹没在系统背景噪声中，降低了信号的信噪比，不利于有益信号的提取，容易造成传感器偏离原位、检测信号不稳定等。

爆炸物的微痕量检测中，如何提取变化的微弱荧光信号成为影响仪器性能的一个重要问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种外界干扰低、能够较大程度的提取有用微弱荧光信号，可大幅度提高仪器灵敏度，并增强系统稳定性和检测精确度的适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件。

为了解决上述技术问题本实用新型采用的技术方案是：在光发射器的出射方向上设置有荧光传感组件，在荧光传感组件的荧光出射方向上设置有光接收器，光发射器的光出射光轴与光接收器的荧光出射光轴之间的夹角为45°夹角；

所述光发射器为：在第一镜筒内沿着光的入射方向同一光轴上依次设置有发射光源、第一聚焦透镜以及第一窄带滤光片，第一聚焦透镜为平凸透镜，凸面正对第一窄带滤光片，发射光源与第一聚焦透镜中心距离为5～15mm，第一聚焦透镜与第一窄带滤光片的中心距离为2～20mm；

所述光接收器为：在第二镜筒内沿着荧光的出射方向在同一光轴上依次设置有第二滤光片、聚光透镜、第二聚焦透镜以及光敏二极管，所述聚光透镜是双凸透镜，第二聚焦透镜为平凸透镜，其凸面正对聚光透镜，第二滤光片与聚光透镜的中心间距为0.5～5mm，聚光透镜与第二聚焦透镜的中心间距为0.5～5mm，第二聚焦透镜与光敏二极管的接收面间距为0.5～20mm。

上述第一聚焦透镜的凸面曲率半径为2～15mm，聚光透镜的曲率半径为2～18mm，第二聚焦透镜的凸面曲率半径为2～15mm。

上述第一窄带滤光片的带宽为10nm，第二滤光片是带宽为10nm的窄带滤光片或者为下限截止波长为400nm的高通滤光片或者是带宽为20nm的宽带滤光片。

上述第一镜筒上还设置有能够调节发射光源位置的第一调节螺母，第二镜筒上设置有能够调节光敏二极管位置的第二调节螺母。

本实用新型的适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件，其光路为45°“∠”型斜射式，选用发光二极管（LED）作为发射光源、光敏二极管作为光电信号转换元件，通过平凸透镜、双凸透镜间距排布，还可以调节发射光光斑与被激发光光斑的形状大小和亮度强弱，使系统具有光路参数可控，光谱分辨率高，荧光信号选择性强、信噪比高等优点，可适用于微小区域光信号的分析，而且本实用新型选用发光二极管具有体积小、波段带宽窄、选择性好、寿命长且价格便宜等优点，受外界干扰小，用光敏二极管作为感光元件，相比于光电倍增管，其价格便宜、体积小且不易损坏、性价比高、线性度好、响应速度快、对宽范围波长的光信号具有较高的灵敏度，并且具有小型轻量以及耐振动与冲击等优点，同时整个传感器系统便于器件化，能够较大程度的提取有用微弱荧光信号，大幅度提高仪器灵敏度，并增强系统稳定性和检测精确度。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型的技术方案进行进一步说明，但是本实用新型不仅限于下述实施的情形。

实施例1

由图1可知，本实施例的适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件是由第一镜筒1、光源固定架2、发射光源3、第一调节螺母4、第一聚焦透镜5、第一窄带滤光片6、荧光传感组件7、第二镜筒8、第二滤光片9、聚光透镜10、第二聚焦透镜11、光敏二极管固定环12、光敏二极管13以及第二调节螺母14连接构成。

本实施例的荧光传感组件7的结构为在壳体内设置有附载在玻璃基片上的单分子层聚硅烷荧光传感薄膜（简称荧光传感薄膜），膜厚度为8nm，其能够以特定波长的单色光作为荧光传感薄膜的激发光，荧光传感薄膜被激发出另一种特定波长的荧光。

在荧光传感组件7的左侧45°方向设置有光发射器，其由第一镜筒1、光源固定架2、第一调节螺母4、发射光源3、第一聚焦透镜5以及第一窄带滤光片6连接构成。

该光发射器全长3.5cm，是在第一镜筒1内通过光源固定架2安装有发光二极管作为发射光源3，在第一镜筒1侧壁上与光源发射端对应的位置安装有延伸至第一镜筒1外侧的第一调节螺母4，通过第一调节螺母4调整光源位置，在第一镜筒1内沿着光源的入射方向在距离发射光源3的发射面10mm的位置安装有第一聚焦透镜5，该第一聚焦透镜5是一个凸面曲率半径为6mm的水晶材料制成的平凸透镜，其镜面两侧均真空蒸镀有增透膜，该增透膜的材料是二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀4层，能够将光源发射的激发光汇聚，以提高单位面积上的光通量，第一聚焦透镜5的平面与光源正对，凸面一侧中心间距为2mm的位置安装有第一窄带滤光片6，该第一窄带滤光片6的带宽为10nm，其镜面上均真空蒸镀有增透膜，该增透膜的材料是二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀28层，通过第一窄带滤光片6滤除掉其它波段的杂散光，从第一窄带滤光片6透射的波长为365nm的单色光投射在荧光传感组件7上，作为荧光传感组件7的激发光，激发出波长为410nm左右的荧光。

在荧光传感组件7的荧光出射方向即在荧光传感组件7的左侧垂直方向设置有光接收器，即由第二镜筒8、第二滤光片9、聚光透镜10、第二聚焦透镜11、第二调节螺母14、光敏二极管13以及光敏二极管固定环12连接构成。

该光接收器全长3.65cm，第二镜筒8的入射端与第一镜筒1出射端焊接连接为一体结构，在第二镜筒8内沿着荧光的发射方向上在距离荧光传感组件10mm的位置安装有带宽为20nm、中心波长为410nm的宽带滤光片作为第二滤光片9，通过该第二滤光片9进一步滤除掉系统光源及其他波长的杂散光，只允许激发出的波长为410nm的荧光通过该第二滤光片9，在第二滤光片9镜面上均真空蒸镀有增透膜，该增透膜的材料是二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀28层，在距离第二滤光片9的中心1.5mm的位置安装有聚光透镜10，该聚光透镜10是水晶材料制成的双凸透镜，其曲率半径为11mm，在聚光透镜10的镜面上真空蒸镀有增透膜，该增透膜的材料是二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀12层，在距离聚光透镜10中心1.5mm的位置安装有第二聚焦透镜11，该第二聚焦透镜11是水晶材料制成的平凸透镜，其凸面与聚光透镜10正对，凸面的曲率半径为5.5mm，在第二聚焦透镜11的镜面上真空蒸镀有增透膜，该增透膜的材料是二氧化硅和二氧化锆，交替蒸镀24层。在第二镜筒8的另一个端通过光敏二极管固定环12安装有光敏二极管13，光敏二极管13的接收面距离第二聚焦透镜11的中心位置为3mm，在第二镜筒8的侧壁上与光敏二极管13对应的位置安装有延伸至第二镜筒8外的第二调节螺母14，通过第二调节螺母14调整光敏二极管13的接收面与第二聚焦透镜11的距离，经第二滤光片9滤除后的荧光透射在聚光透镜10上，先后经聚光透镜10和第二聚焦透镜11将该波长的荧光信号汇聚到光敏二极管13的接收面上，通过光敏二极管13检测该荧光信号，并将检测过程中产生的光电信号传送到后续的信号处理系统进行再处理。

实施例2

本实施例中，在第一镜筒1内沿着光源的入射方向在距离发射光源3的发射面5mm的位置安装有第一聚焦透镜5，该第一聚焦透镜5是一个曲率半径为15mm的平凸透镜，第一聚焦透镜5的平面与光源正对，凸面一侧中心间距为10mm的位置安装有第一窄带滤光片6。

沿着荧光的发射方向上在第二镜筒8内距离荧光传感组件10mm的位置安装有第二滤光片9，在距离第二滤光片9的中心0.5mm的位置安装有聚光透镜10，其曲率半径为18mm，在距离聚光透镜10中心0.5mm的位置安装有第二聚焦透镜11，该第二聚焦透镜11是水晶材料制成的平凸透镜，其凸面与聚光透镜10正对，凸面的曲率半径为15mm，在第二镜筒8的另一个端口通过光敏二极管固定环12安装有光敏二极管13，光敏二极管13的接收面距离第二聚焦透镜11的中心位置为0.5mm。

本实施例荧光传感组件7的为普通市售的结构为在壳体内设置有附载在玻璃基片上的单分子层聚硅烷荧光传感薄膜，膜厚度为5nm。

其它的部件及其连接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例中，在第一镜筒1内沿着光源的入射方向在距离发射光源3的发射面15mm的位置安装有第一聚焦透镜5，该第一聚焦透镜5是一个曲率半径为2mm的平凸透镜，第一聚焦透镜5的平面与光源正对，凸面一侧中心间距为20mm的位置安装有第一窄带滤光片6，该第一窄带滤光片6的带宽为10nm。

在沿着荧光的发射方向上在第二镜筒8内距离荧光传感组件10mm的位置安装有第二滤光片9，在距离第二滤光片9的中心5mm的位置安装有聚光透镜10，其曲率半径为2mm，在距离聚光透镜10中心5mm的位置安装有第二聚焦透镜11，该第二聚焦透镜11是水晶材料制成的平凸透镜，其凸面与聚光透镜10正对，凸面的曲率半径为2mm，在第二镜筒8的另一个端口通过光敏二极管固定环12安装有光敏二极管13，光敏二极管13的接收面距离第二聚焦透镜11的中心位置为20mm。

本实施例荧光传感组件7的结构为在壳体内设置有附载在玻璃基片上的单分子层聚硅烷荧光传感薄膜，膜厚度为10nm。

其它的部件及其连接关系与实施例1相同。

实施例4

在上述实施例1～3中，第二滤光片9也可以用带宽为10nm的窄带滤光片或者下限截止波长为400nm的高通滤光片来替换。

第一聚焦透镜5、聚光透镜10以及第二聚焦透镜11均可用玻璃或者树脂材料来替换。

从第一窄带滤光片6透射的波长为300～600nm的单色光通过第一镜筒1的出光口投射在荧光传感组件7上，作为荧光传感薄膜的激发光，激发出波长为350～750nm的荧光。

其它的部件及其连接关系与相应实施例相同。

Claims (4)

1.一种适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件，其特征在于：在光发射器的出射方向上设置有荧光传感组件（7），在荧光传感组件（7）的荧光出射方向上设置有光接收器，光发射器的光出射光轴与光接收器的荧光出射光轴之间的夹角为45°夹角；

所述光发射器为：在第一镜筒（1）内沿着光的入射方向同一光轴上依次设置有发射光源（3）、第一聚焦透镜（5）以及第一窄带滤光片（6），第一聚焦透镜（5）为平凸透镜，凸面正对第一窄带滤光片（6），发射光源（3）与第一聚焦透镜（5）中心距离为5～15mm，第一聚焦透镜（5）与第一窄带滤光片（6）的中心距离为2～20mm；

所述光接收器为：在第二镜筒（8）内沿着荧光的出射方向在同一光轴上依次设置有第二滤光片（9）、聚光透镜（10）、第二聚焦透镜（11）以及光敏二极管（13），所述聚光透镜（10）是双凸透镜，第二聚焦透镜（11）为平凸透镜，其凸面正对聚光透镜（10），第二滤光片（9）与聚光透镜（10）的中心间距为0.5～5mm，聚光透镜（10）与第二聚焦透镜（11）的中心间距为0.5～5mm，第二聚焦透镜（11）与光敏二极管（13）的接收面间距为0.5～20mm。

2.根据权利要求1所述的适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件，其特征在于：所述第一聚焦透镜（5）的凸面曲率半径为2～15mm，聚光透镜（10）的曲率半径为2～18mm，第二聚焦透镜（11）的凸面曲率半径为2～15mm。

3.根据权利要求1所述的适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件，其特征在于：所述第一窄带滤光片（6）的带宽为10nm，第二滤光片（9）是带宽为10nm的窄带滤光片或者为下限截止波长为400nm的高通滤光片或者是带宽为20nm的宽带滤光片。

4.根据权利要求1所述的适用于微痕量爆炸物荧光检测的光学组件，其特征在于：所述第一镜筒（1）上还设置有能够调节发射光源（3）位置的第一调节螺母（4），第二镜筒（8）上设置有能够调节光敏二极管（13）位置的第二调节螺母（14）。

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