CN204028005U - 一种基于拉曼散射的物质检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于拉曼散射的物质检测装置，包括光源，沿所述光源出射光束光路方向依次设有待测物质、拉曼滤波片和光电传感器，其特征在于，所述的待测物质外围设有使光束经反射后朝向所述光路方向传播的反射罩。本实用新型的一种基于拉曼散射的物质检测装置无需分光元件、无需线阵光电传感器，装置结构简单、构建灵活度高、装置体积易于微型化、实现成本低、便于集成和功能扩展。
Description
技术领域
本实用新型属于光学技术领域，涉及一种物质检测装置，特别是一种基于拉曼滤光片滤波的非气态物质检测装置，主要用于食品安全、环境监测、质量控制、生化分析、生命科学、医学医药、节能减排、过程控制、风险评估等领域中的非气态物质检测。
背景技术
非气态物质检测需求广泛存在于食品安全、环境监测、质量控制、生化分析、生命科学、医学医药、节能减排、过程控制、风险评估等领域，并且对相关领域发展起着非常重要的作用。在线技术中，存在基于拉曼的非气态物质检测装置，例如参见褚小立编著的《化学计量学方法与分子光谱分析技术》一书中第331页中提到的便携式非气态物质激光拉曼检测装置有：B&WTek公司的便携式拉曼光谱仪、Thermo TruScan便携式拉曼光谱仪、Agiltron公司RSL PLUS便携式拉曼光谱仪、美国DeltaNu公司Inspector便携式拉曼光谱仪、Inphotonics公司的InPhototeTM便携式拉曼光谱仪此在先技术具有一定优点，但是仍存在一些本质不足系统只均采用含有色散元件的光谱检测原理，检测宽光谱信息，使用线阵光电光感器，导致系统结构复杂、构建灵活度不高、装置体积难于微型化、实现成本高、模块化程度不高、适用范围受影响、不便于集成和功能扩展。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术中存在的技术问题提出了一种基于拉曼散射的物质检测装置，具体方案如下：
一种基于拉曼散射的物质检测装置，包括光源，沿所述光源出射光束光路方向依次设有待测物质、拉曼滤波片和光电传感器，所述的待测物质外围设有使光束经反射后朝向所述光路方向传播的反射罩。
本实用新型的基本构思是：采用拉曼特征谱提取技术，基于拉曼滤光片(窄带滤光片，用于滤光得到特定波段的拉曼散射光)滤波，光源出射光束照射到非气态待测物质，待测物质经入射光作用发生散射效应并产生散射光，激发得到的散射光(向各个方向发散传播)经置于待测物质外围的反射罩反射后朝向入射光光路方向传播，随后散射光经拉曼滤波片过滤后入射至光电传感器的受光面，由光电传感器接收特征拉曼光谱信息，并经分析后得到被检测物质信息。在待测物质外围设置反射罩可使原本向各个方向发散的散射光朝向入射光光路方向传播，增强了光电传感器受光面接收到的拉曼特征光谱强度，从而使检测灵敏度提高。
作为优选，所述的光源与所述的反光罩之间设有光束整形装置。光束整形装置用于对光源出射光束进行整形，如扩束、准直等，以满足系统对光源出射光束的要求。
作为优选，所述的光源和所述的待测物质之间设有第一聚焦透镜。该第一聚焦透镜的作用为将光源出射光束聚焦到待测物质放置区域，以增强散射效应。
作为优选，所述的反射罩和所述的拉曼滤波片之间设有焦点位于所述光电传感器受光面的第二聚焦透镜。该第二聚焦透镜置于待测物质之后用于聚焦散射光，其本质在于收集更多的拉曼散射光进入后续光路系统，以进一步提高装置光信号强度，改善装置检测性能。
作为优选，所述的滤波片抵贴于所述的光电传感器的受光面，且所述滤波片的尺寸大于所述光电传感器的受光面的尺寸。滤波片紧贴于光电传感器受光面之前并使滤波片的尺寸略大于光电传感器的受光面尺寸，如此设置的目的在于：一方面，尽可能减少滤波片的尺寸以降低系统成本；另一方面，滤除除拉曼特征光谱散射光(目标光束)之外的其他杂光，降低系统噪声。
作为优选，所述的反射罩为两端开口的旋转抛物面，且所述待测物质置于所述旋转抛物面反射罩的焦点区域。由解析几何知识可知，光束由抛物面焦点位置出射经抛物面反射后可得到平行光线，所以将待测物质置于抛物面反射罩的焦点区域使其受入射光激发后产生的散射光经反射罩反射后的传播方向朝向入射光光路方向，从而增强了拉曼散射光的强度，最终使测量强度得到增强。其中，反光罩的两端开口，口径较小的开口朝向光源方向，口径较大的开口朝向光电传感器方向。
与现有技术相比，本实用新型的优点：
含有色散元件的光谱检测原理，检测宽光谱信息，使用线阵光电光感器，导致系统结构复杂、构建灵活度不高、装置体积难于微型化、实现成本高、模块化程度不高、适用范围受影响、不便于集成和功能扩展。本实用新型采用拉曼特征谱提取技术，基于拉曼滤波片滤波，散射光经过拉曼滤波片，特征光谱光束被过滤出来，由光电传感器接收到特征拉曼光谱信息，得到待测物质信息；且检测过程中采用反光罩对受激产生的拉曼散射光进行会聚富集，使得拉曼散射光强度得以增强，提高检测灵敏度。另外，此装置无需分光元件、无需线阵光电传感器，装置结构简单、构建灵活度高、装置体积易于微型化、实现成本低、便于集成和功能扩展。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种基于拉曼散射的物质检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
如图1所示为本实用新型实施例的一种基于拉曼散射的物质检测装置结构示意图，包括激光器1，沿激光器1出射光束方向上依次设置有光束整形装置2、第一聚焦透镜3、旋转抛物面反光罩4、第二聚焦透镜5、拉曼滤波片6、光电传感器7；待测物质8放置区域位于反光罩4的焦点处，同时也位于第一聚焦透镜3位于反光罩4一侧的焦点处；第二聚焦透镜5位于反光罩4朝向光电传感器7方向的较大口径开口处，且两者的尺寸匹配；光电传感器7的受光面位于第二聚焦透镜5的焦点区域，且光电传感器7的受光面前抵贴有拉曼滤波片6，拉曼滤波片6的尺寸略大于受光面尺寸。
本实用新型实施例的一种基于拉曼散射的物质检测装置具体工作过程如下：激光器1出射光束经光束整形装置2整形后经第一聚焦透镜3聚焦至待测物质8所在区域，待测物质8经入射光激发后发生散射效应后向各个方向发出散射光；散射光一部分直接入射至第二聚焦透镜5，另一部分经旋转抛物面反射4内表面反射后再入射至第二聚焦透镜5；散射光经第二聚焦透镜5后透过拉曼滤波片后聚焦至光电传感器7的受光面，光电传感器7提取得到拉曼特征光谱，并分析得到物质检测信息。其中拉曼滤波片6用于滤除除具有拉曼特征光谱的拉曼散射光之外的其他光束，包括其他散射光(如瑞利散射光)和环境杂光，拉曼滤波片6的尺寸略大于光电传感器7的受光面尺寸，一方面满足了避免其他杂散光入射至光电传感器7的受光面从而引入背景噪声，另一方面也兼顾了拉曼滤波片的成本降低。
其中，激光器1采用二极管激光器，波长为785纳米；拉曼滤波片7采用干涉型窄带滤光片，参数OD5；光电探测器8采用雪崩管。
以上所述的具体实施方式对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于拉曼散射的物质检测装置，包括光源，沿所述光源出射光束光路方向依次设有待测物质、拉曼滤波片和光电传感器，其特征在于，所述的待测物质外围设有使光束经反射后朝向所述光路方向传播的反射罩。
2.根据权利要求1所述的一种基于拉曼散射的物质检测装置，其特征在于，所述的光源与所述的待测物质之间设有光束整形装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于拉曼散射的物质检测装置，其特征在于，所述的光源和所述的待测物质之间设有焦点位于所述待测物质放置区域的第一聚焦透镜。
4.根据权利要求1所述的一种基于拉曼散射的物质检测装置，其特征在于，所述的反射罩和所述的拉曼滤波片之间设有焦点位于所述光电传感器受光面的第二聚焦透镜。
5.根据权利要求1所述的一种基于拉曼散射的物质检测装置，其特征在于，所述的滤波片抵贴于所述的光电传感器的受光面，且所述滤波片的尺寸大于所述光电传感器的受光面的尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种基于拉曼散射的物质检测装置，其特征在于，所述的反射罩为两端开口的旋转抛物面，且所述待测物质置于所述旋转抛物面反射罩的焦点区域。
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| CN201420425161.0U CN204028005U (zh) | 2014-07-25 | 2014-07-25 | 一种基于拉曼散射的物质检测装置 |
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| CN (1) | CN204028005U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104614362A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-05-13 | 华中科技大学 | 一种自由空间气体拉曼散射收集装置 |
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2014
- 2014-07-25 CN CN201420425161.0U patent/CN204028005U/zh not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN104614362A (zh) * | 2015-01-22 | 2015-05-13 | 华中科技大学 | 一种自由空间气体拉曼散射收集装置 |
| CN104614362B (zh) * | 2015-01-22 | 2017-05-10 | 华中科技大学 | 一种自由空间气体拉曼散射收集装置 |
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