CN207366445U - 一种手持式激光拉曼光谱仪系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种手持式激光拉曼光谱仪系统，包括一激光发射‑收集装置，所述激光发射‑收集装置包括激光器、第一光学部件及第二光学部件；一微型光谱仪，所述微型光谱仪包括第三光学部件、第四光学部件、第五光学部件及采集元件；该激光器发出的激光经该第一光学部件反射到该第二光学部件，再经该第二光学部件反射到被测物，经该被测物受激辐射的拉曼光谱信号沿直线穿过该第二光学部件，传播至该微型光谱仪；经该被测物受激辐射的拉曼光谱信号传播至该第三光学部件，经该第三光学部件后准直为平行光反射至该第四光学部件，经该第四光学部件衍射后，再经该第五光学部件汇聚成像，该采集元件采集成像的该拉曼光谱信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及拉曼光谱检测领域，尤指一种手持式激光拉曼光谱仪系统。
背景技术
拉曼系统，通过激光激发样品，样品受激辐射拉曼信号，由于拉曼信号具有指纹信息，通过分析拉曼信号可以得到样品的相关信息。拉曼光谱应用于快速检测领域，能弥补传统的快检方法存在的不足。拉曼光谱是一种分子指纹光谱，能根据每种化合物的特征峰位置对物质进行定性鉴别，并且检测的时间短，采集一张光谱仅需要几秒或者十几秒的时间。拉曼光谱结合表面增强拉曼光谱技术(SERS)能降低方法的检出限，提高方法的灵敏度。
因此，随着拉曼光谱检测技术的发展，激光拉曼测试系统广泛应用于在线检测和快速检测领域，可以检测样品的化学成分、食品违禁物添加、矿物组成等，在食品安全、安防检查、珠宝鉴定领域拥有广泛的应用。市场上典型的手持激光拉曼测量系统主要由激发光源(激光器)、激发-收集光路、光谱仪、数据采集器、工控机、电源等部件组成。
由于拉曼信号非常弱，相比于大型的拉曼测试系统，手持设备光路空间小，对光路设计和机加工精度提出很高的要求。现有的手持式激光拉曼光谱仪，采用光谱仪与激光发射光路、拉曼收集光路分开独立设计的方案，该方案的缺点是系统集成性、稳定性比较差。
实用新型内容
为解决目前手持式激光拉曼光谱仪系统的集成性、稳定性较差的问题，本实用新型实施例提供一种手持式激光拉曼光谱仪系统，所述系统包括，
一激光发射-收集装置，所述激光发射-收集装置包括激光器、第一光学部件及第二光学部件；
一微型光谱仪，所述微型光谱仪包括第三光学部件、第四光学部件、第五光学部件及采集元件；
所述激光器发出的激光经所述第一光学部件反射到所述第二光学部件，再经所述第二光学部件反射到被测物，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号沿直线穿过所述第二光学部件，传播至所述微型光谱仪；
经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号传播至所述第三光学部件，经所述第三光学部件后准直为平行光反射至所述第四光学部件，经所述第四光学部件衍射后，再经所述第五光学部件汇聚成像，所述采集元件采集成像的所述拉曼光谱信号。
本实用新型的手持式激光拉曼光谱仪系统，通过将激光反射、收集及光谱仪集成的形式，提高了手持式激光拉曼光谱仪系统的集成性、稳定性，可以使手持式激光拉曼光谱仪的体积减小、操作简单且能够进行快速检测。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一种手持式激光拉曼光谱仪系统的结构示意图；
图2A及图2B为本实用新型实施例一种激光发射-收集装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例一种微型光谱仪的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供一种手持式激光拉曼光谱仪系统。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示本实用新型实施例一种手持式激光拉曼光谱仪系统的结构示意图，图中所示具体包括，一激光发射-收集装置，所述激光发射-收集装置包括激光器1、第一光学部件2及第二光学部件3；
一微型光谱仪，所述微型光谱仪包括第三光学部件4、第四光学部件5、第五光学部件6及采集元件7；
所述激光器1发出的激光经所述第一光学部件2反射到所述第二光学部件3，再经所述第二光学部件3反射到被测物，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号沿直线穿过所述第二光学部件，传播至所述微型光谱仪；
经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号传播至所述第三光学部件4，经所述第三光学部件4后准直为平行光反射至所述第四光学部件5，经所述第四光学部件5衍射后，再经所述第五光学部件6汇聚成像，所述采集元件7采集成像的所述拉曼光谱信号。
其中，图中所示箭头方向为激光发出及经被测物受激辐射拉曼信号的传播方向，激光器发出激光后，激光经第一光学部件反射后改变传播方向，该第一光学部件可以是(但不限于)反射镜，经第一光学部件反射后激光传播至第二光学部件，经第二光学部件反射后激光改变传播方向，传播至被测物，经被测物受激辐射的拉曼光谱信号，重新传播至第二光学部件，由于波长的变化，经被测物受激辐射的拉曼光谱信号可以直接穿过第二光学部件，并不改变传播方向，该第二光学部件可以是(但不限于)耦合滤光片，经被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过第二光学部件后传播至第三光学部件，第三光学部件将被测物受激辐射的拉曼光谱信号调整为平行光，该第三光学部件可以是(但不限于)准直镜，调整为平行光的拉曼光谱信号传播至第四光学部件，在第四光学部件处发生衍射，该第四光学部件可以是(但不限于)光栅，衍射后的拉曼光谱信号经第五光学部件汇聚成像，该第五光学部件可以是(但不限于)成像镜，所述采集元件用于采集成像的拉曼光谱信号，该采集元件可以是(但不限于)电荷耦合元件CCD(Charge-coupled Device)。
作为本实用新型的一个实施例，所述微型光谱仪顶部设有一狭缝8，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过所述狭缝传播至所述第三光学部件。该狭缝的宽窄可以影响微型光谱仪的分辨率，狭缝越小，微型光谱仪的分辨率越高。
作为本实用新型的一个实施例，所述激光发射-收集装置还包括第六光学部件9及第七光学部件10，所述激光器发出的激光经所述第六光学部件滤除杂散光线后，传播至所述第一光学部件，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过所述第二光学部件后，经所述第七光学部件筛选波段后传播至所述微型光谱仪。
在本实施例中，激光器发射出的激光首先传播至第六光学部件，经第六光学部件滤出杂散光线之后，再经第一光学部件反射，该第六光学部件可以是(但不限于)滤杂滤光片。
在本实施例中，被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过第二光学部件后，经第七光学部件筛选可通过的波段后传播至微型光谱仪，第七光学部件可根据实际需要设定可通过的波段范围，该第七光学部件可以是(但不限于)长波滤光片。
作为本实用新型的一个实施例，所述激光发射-收集装置还包括滤光片支架11，所述滤光片支架为L型，所述第一光学部件、第二光学部件、第六光学部件及第七光学部件固定于所述滤光片支架的短边上。
在本实施例中，滤光片支架用于安置第一光学部件、第二光学部件、第六光学部件及第七光学部件，该滤光片支架呈L型，在滤光片支架的短边上，远离长边的位置上侧固定为第一光学部件，下侧为第六光学部件，激光器位于第六光学部件正下方，邻近滤光片支架长边的位置上侧固定为第二光学部件，下侧为第七光学部件。
作为本实用新型的一个实施例，所述激光发射-收集装置还包括激光器固定架12，所述激光器固定于所述激光器固定架的一侧，所述激光器固定架的另一侧固定于所述滤光片支架的长边内侧。
其中，激光器固定架的两侧与滤光片支架长边内侧及激光器相固定，激光器固定架正上方为第二及第七光学部件。
在本实施例中，所述激光器固定架为中空的，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过所述第二光学部件后，经所述激光器固定架的中空部分继续传播。
其中，激光器固定架设置为中空的，目的是便于激光的传播，受激辐射的拉曼光谱信号穿过第七光学部件后，可沿激光器固定架中空部分继续无阻碍地传播。
作为本实用新型的一个实施例，所述系统还包括一壳体13，所述壳体顶端设有一窗口14，所述激光器发出的激光经所述第二光学部件反射后，穿过所述窗口后传播至所述被测物，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过所述窗口后，沿直线穿过所述第二光学部件，所述激光发射-收集装置与所述微型光谱仪安置于所述壳体内。
其中，壳体用于安置激光发射-收集装置与微型光谱仪，具体的，滤光片支架长边外侧、激光器固定架下侧等均可以固定于壳体内壁上，微型光谱仪内部的各光学部件及CCD也可以固定于壳体内壁上。
在本实施例中，所述窗口用于密封壳体内部装置，还可以用于汇聚激光，发射出的激光经窗口汇聚后可以更为精准的照射在被测物上，经被测物受激辐射的拉曼光谱信号，可以经窗口汇聚后，进入壳体内装置处理及采集，该窗口可以是(但不限于)玻璃或透镜。
在本实施例中，所述壳体的内侧设为圆弧状倒角15。滤光片支架周边的壳体侧壁呈圆弧角15，由此可以方便调整光路的左右及俯仰角度。前后滑动滤光片支架，由于壳体侧壁为圆弧角，则激光发射-收集装置可以整体的左右调整，由此实现光路的左右调节。
其中，通过激光器与激光器固定架之间的螺孔间隙，可以沿竖直方向调整激光器的俯仰角度，由此实现光路的上下调节。光路调整好后，将激光发射-收集装置通过粘胶固定于壳体内壁上。
通过上述本实用新型实施例中的系统，通过将激光反射、收集及光谱仪集成的形式，提高了手持式激光拉曼光谱仪系统的集成性、稳定性，可以使手持式激光拉曼光谱仪的体积减小、操作简单且能够进行快速检测，并且实现了手持式激光拉曼光谱仪的简单可调。
如图2A及图2B所示为本实用新型实施例一种激光发射-收集装置的结构示意图，图2A为正视图，图2B为45度视角图。图中所示装置包括，激光器1，第一光学部件2，第二光学部件3，第六光学部件9，第七光学部件10，滤光片支架11，激光器固定架12，壳体13，窗口14及圆弧角15。
其中，激光器1发射激光，经第六光学部件9滤杂，再经第一光学部件2反射至第二光学部件3，经两次改变传播方向之后，激光经窗口14照射至被测物，经被测物受激辐射后，窗口14汇聚被测物受激辐射的拉曼光谱信号，拉曼光谱信号穿过第二光学部件3，并不改变传播方向，经第七光学部件10筛选波段后继续传播。
在本实施例中，激光器固定架12为中空的，被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过激光器固定架12的中空部分后传播至微型光谱仪。如图2中所示，第一光学部件2、第二光学部件3、第六光学部件9及第七光学部件10均固定于滤光片支架11上。
其中，滤光片支架11为L型，第一光学部件2、第二光学部件3、第六光学部件9及第七光学部件10均固定于滤光片支架11的短边上，激光器固定架12的一侧固定于滤光片支架11的长边内侧，激光器固定架12的另一侧用于固定激光器1。
在本实施例中，激光发射-收集装置外侧设有一壳体13，壳体13顶部设有一窗口14，窗口14用于隔离装置内部与外界环境，还可以用于汇聚激光，激光器1发射出的激光经窗口14汇聚后可以更为精准的照射在被测物上，被测物受激辐射的拉曼光谱信号，可以经窗口14汇聚后，进入壳体内装置处理及采集。
其中，所述壳体的内侧设为圆弧状倒角15。滤光片支架周边的壳体侧壁呈圆弧角15，由此可以方便调整光路的左右及俯仰角度。前后滑动滤光片支架，由于壳体侧壁为圆弧角，则激光发射-收集装置可以整体的左右调整，由此实现光路的左右调节。通过激光器与激光器固定架之间的螺孔间隙，可以沿竖直方向调整激光器的俯仰角度，由此实现光路的上下调节。光路调整好后，将激光发射-收集装置通过粘胶固定于壳体内壁上。
此外，激光器1上设有焊线，可用于与控制器连接，控制器可控制激光器1的工作。
通过上述本实用新型实施例中的装置，通过将激光反射、收集集成的形式，提高了手持式激光拉曼光谱仪系统的集成性、稳定性，可以使手持式激光拉曼光谱仪的体积减小、操作简单且能够进行快速检测，并且实现了手持式激光拉曼光谱仪的简单可调。
如图3所示为本实用新型实施例一种微型光谱仪的结构示意图，图中所示装置包括，狭缝8，第三光学部件4，第四光学部件5，第五光学部件6及CCD 7。
在本实施例中，所述微型光谱仪顶部设有一狭缝8，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过所述狭缝8传播至所述第三光学部件4。该狭缝8的宽窄可以影响微型光谱仪的分辨率，狭缝8越小，微型光谱仪的分辨率越高。
被测物受激辐射的拉曼光谱信号，第三光学部件4将其调整为平行光，调整为平行光的拉曼光谱信号传播至第四光学部件5，拉曼光谱信号在第四光学部件5处发生衍射，衍射后的拉曼光谱信号经第五光学部件5汇聚成像，CCD 7用于采集所述成像的拉曼光谱信号。
其中，CCD 7所采集到的激光成像的拉曼光谱信号，发送至手持式拉曼光谱仪内部的微型电脑进行处理及分析，分析结果通过显示屏呈现出来。
通过上述本实用新型实施例中的系统，通过将激光反射、收集及光谱仪集成的形式，提高了手持式激光拉曼光谱仪系统的集成性、稳定性，可以使手持式激光拉曼光谱仪的体积减小、操作简单且能够进行快速检测，并且实现了手持式激光拉曼光谱仪的简单可调。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种手持式激光拉曼光谱仪系统，其特征在于，所述系统包括，
一激光发射-收集装置，所述激光发射-收集装置包括激光器、第一光学部件及第二光学部件；
一微型光谱仪，所述微型光谱仪包括第三光学部件、第四光学部件、第五光学部件及采集元件；
所述激光器发出的激光经所述第一光学部件反射到所述第二光学部件，再经所述第二光学部件反射到被测物，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号沿直线穿过所述第二光学部件，传播至所述微型光谱仪；
经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号传播至所述第三光学部件，经所述第三光学部件后准直为平行光反射至所述第四光学部件，经所述第四光学部件衍射后，再经所述第五光学部件汇聚成像，所述采集元件采集成像的所述拉曼光谱信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微型光谱仪顶部设有一狭缝，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过所述狭缝传播至所述第三光学部件。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光发射-收集装置还包括第六光学部件及第七光学部件，所述激光器发出的激光经所述第六光学部件滤除杂散光线后，传播至所述第一光学部件，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过所述第二光学部件后，经所述第七光学部件筛选波段后传播至所述微型光谱仪。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述激光发射-收集装置还包括滤光片支架，所述滤光片支架为L型，所述第一光学部件、第二光学部件、第六光学部件及第七光学部件固定于所述滤光片支架的短边上。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述激光发射-收集装置还包括激光器固定架，所述激光器固定于所述激光器固定架的一侧，所述激光器固定架的另一侧固定于所述滤光片支架的长边内侧。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述激光器固定架为中空的，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过所述第二光学部件后，经所述激光器固定架的中空部分继续传播。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一壳体，所述壳体顶端设有一窗口，所述激光器发出的激光经所述第二光学部件反射后，穿过所述窗口后传播至所述被测物，经所述被测物受激辐射的拉曼光谱信号穿过所述窗口后，沿直线穿过所述第二光学部件，所述激光发射-收集装置与所述微型光谱仪安置于所述壳体内。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述壳体的内侧设为圆弧状倒角。
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2017
- 2017-10-24 CN CN201721372805.4U patent/CN207366445U/zh active Active
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| CN109115340A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-01 | 马浩臣 | 一种光谱仪 |
| CN109668869A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-04-23 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种手持式反射共聚焦拉曼光谱检测装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant |