CN207976398U - 一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置 - Google Patents

Abstract

一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，包括光源、待测样品和拉曼探头；所述光源发射的光线照射到所述待测样品，所述光线经所述待测样品散射和/或折射至所述拉曼探头；还包括自动对焦装置和散射增强层，所述待测样品置于所述散射增强层上；所述散射增强层与所述自动对焦装置连接。本申请的有益效果是：自动对焦装置使得待测样品能够自动对焦到最佳检测位置，利于检测和得到最优光谱信号；散射增强层的设置，能够加强漫散射的强度，提高拉曼信号信噪比，利于低含量物质的检测。

Description

一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置

技术领域

本申请属于光谱测量技术领域，具体地说，涉及一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置。

背景技术

拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

当光子射入物质时，就会发生多个不同事件中的一种。光子可以没有任何改变通过，它也能被吸收或者它也能被散射。在散射的情况下，光子的行进方向由散射事件来改变。一般来说，光子的能量不改变-这就称之为弹性散射。有时，光子的能量会改变-这就称之为非弹性散射或者拉曼散射。能量改变的大小严格等于物质振动的能量。由于振动所“允许”的能量(频率) 通常形成确切定义的离散数值集，非弹性散射光的光谱通常也呈现出一组一个或多个确切定义的数值(实际上被称为拉曼频带的频带)并且这些通常也都是与物质相关的特性。

现有的拉曼光谱检测装置没有自动对焦功能，待测样品6放置于检测区域后很难保证是最佳的检测位置，尤其是到达微调的程度时，更是难以实现。而在非最佳检测位置进行检测的结果就是激光不能完全照射在样品上，或者经散射后的拉曼光谱不能被最大限度的收集。使得获得到的拉曼光谱信号比较弱。尤其是被测物质在样品中含量较低时，更是难以检测到或者检测到过弱的信号不足以进行光谱分析。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，能够改善漫散射性能，提高拉曼信号的信噪比，从而利于检测出低含量的物质。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，并采用以下技术方案来实现。

一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，包括光源、待测样品和拉曼探头；所述光源发射的光线照射到所述待测样品，所述光线经所述待测样品散射和/或折射至所述拉曼探头；还包括自动对焦装置和散射增强层，所述待测样品置于所述散射增强层上；所述散射增强层与所述自动对焦装置连接。

进一步的，所述自动对焦装置包括检测室；所述检测室内配设纵向导轨；所述纵向导轨处配设与所述纵向导轨滑轨式连接的纵向齿条；纵向齿轮与所述纵向齿条相啮合；所述散射增强层置于所述纵向齿条的顶端；所述散射增强层的侧面配设横向齿条，所述横向齿条与所述散射增强层可纵向活动连接；所述横向齿条处配设与所述横向齿条滑轨式连接的横向导轨，所述横向导轨与所述检测室固定连接；横向齿轮与所述横向齿条相啮合；所述纵向齿轮和所述横向齿轮均由电机驱动；所述检测室内配设位置传感器。所述位置传感器和所述电机均与控制单元电连接。

进一步的，所述纵向齿条的顶端配设水平向平台，所述散射增强层置于所述平台上。

进一步的，所述位置传感器包括第一位置传感器和第二位置传感器；所述第一位置传感器设在所述检测室的上壁；所述第二位置传感器设在所述检测室的侧壁。

进一步的，所述检测室的上壁设有左、右两个通光孔。

进一步的，所述左、右两个通光孔的中心点分别与所述待测样品所在平面呈135度和45度角。

进一步的，所述散射增强层为层状结构，从下向上依次包括吸附材料层和纳米金属层，所述吸附材料层的表面粗糙。

进一步的，所述光源与所述待测样品之间配设光源选择器；所述光源选择器为单色镜、衍射光栅或者法布里-珀罗标准器。

进一步的，所述光源选择器和所述待测样品之间配设光源处理器，所述待测样品与所述拉曼探头之间配设光谱处理器。

进一步的，所述光源处理器从入端到出端依次包括过滤片、第一凸透镜、第二凸透镜、第一光阑和准直镜；所述光谱处理器从入端到出端依次包括第三凸透镜、第四凸透镜、第二光阑、第五凸透镜和采集镜头。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：自动对焦装置使得待测样品能够自动对焦到最佳检测位置，利于检测和得到最优光谱信号；光源选择器的设置，使得光源波长可选，满足不同波长要求的使用；散射增强层的设置，能够加强漫散射的强度，提高拉曼信号信噪比，利于低含量物质的检测。

当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请拉曼光谱信号装置的结构示意图。

图2是本申请自动对焦装置的结构示意图。

图3是本申请散射增强层的结构示意图。

其中，图中：

1、光源；2、单色镜；3、光源处理器；4、检测室；5、散射增强层；6、待测样品；7、光谱处理器；8、拉曼探头；9、纵向齿条；10、纵向齿轮；11、横向齿条；12、横向齿轮；13、纵向导轨；14、横向导轨；15、第一位置传感器；16、第二位置传感器；17、通光孔。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，如图1所示，包括光源1、待测样品6、自动对焦装置和拉曼探头8。待测样品6置于自动对焦装置上，光源1发出的光照射在待测样品6上，经待测样品6漫散射后由拉曼探头8 接收。拉曼探头8能够将拉曼光谱转换成电信号，将拉曼探头8的连接端与处理模块电连接，即可将电信号传送给处理模块做进一步的处理，便于工作人员对光谱进行分析研究。

如图2所示，自动对焦装置包括检测室4，检测室4内配设“L”型纵向导轨13，纵向导轨13竖向固定在检测室4的底部。纵向导轨13处配设纵向齿条9，纵向齿条9与纵向导轨13的纵向部分滑轨式连接，纵向齿条9 可沿纵向导轨13进行竖直向的移动。纵向齿条9旁配设纵向齿轮10，纵向齿轮10与纵向齿条9相啮合。纵向齿轮10由第一步进电机驱动，即纵向齿轮10与第一步进电机的转轴连接。第一步进电机与控制单元电连接，控制单元控制第一步进电机的启停。

待测样品6放置于散射增强层5的上面，散射增强层5放置于纵向齿条的顶端，即散射增强层5的下表面与纵向齿条的顶部表面相接触。第一步进电机转动时，带动纵向齿轮10转动，进而带动纵向齿条9沿纵向导轨13进行上下运动，散射增强层5和待测样品6也会随之进行上下位移。

优选的，纵向齿条9的顶端固定配设面积大于散射增强层5的水平向平台，散射增强层5放置于平台上，利于稳定放置。

散射增强层5的侧面配设横向齿条11，横向齿条11的端面与散射增强层5的侧面可纵向活动连接。横向齿条11上方配设横向导轨14，横向导轨 14的一端固定在检测室4的室壁上。横向齿条11和横向导轨14滑轨式连接，横向齿条11可沿横向导轨14进行水平向的移动。横向齿条11的下方配设横向齿轮12，横向齿轮12与横向齿条11相啮合。横向齿轮12与第二步进电机的转轴连接。第二步进电机与控制单元电连接，控制单元控制第二步进电机的启停。

当控制单元控制第二步进电机转动时，横向齿轮12转动，从而带动横向齿条11沿横向导轨14水平向位移，进而带动散射增强层5的水平位移。

检测室4的上方内壁配设第一位置传感器15，从来检测待测样品6的水平向位置。检测室4内的侧壁配设第二位置传感器16，用来检测待测样品6的竖向位置。第一位置传感器15和第二位置传感器16均与控制单元电连接。两个传感器将各自检测到的待测样品6的位置信息传输给控制单元，控制单元将接收的位置信息与预设在控制单元内部的标准位置信息相比较，根据比较结果控制两个电机启停，最终使待测样品6处于标准位置。

检测室4的上壁设有左右两个通光孔17，左侧通光孔17用来使光源进入检测室4内，右侧通光孔17用来使散射以及折射后的光纤从检测室4内射出。优选的，左、右两个通光孔17的中心点分别与待测样品6所在平面呈135度和45度角，利于最大限度的光纤进出。

散射增强层5为层状结构，如图3所示，包括吸附材料层和纳米金属层。吸附材料层位于下方，纳米金属层位于吸附材料层的上方，两者相连。

吸附材料层可以为聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride)吸附材料层，并且聚偏氟乙烯吸附材料层的表面为均匀的粗糙表面，均匀的粗糙表面更有利于聚集并固定纳米金属。纳米金属层可以为纳米金或纳米银。当然，纳米金属材料也可以为其他的金属材料，纳米金属层的具体材料不应该理解为是对本实用新型的限制。

由于散射增强层5的表面粗糙，具有特殊表面光学现象，能提高拉曼信号的信噪比，从而能够使得拉曼系统对待测样品中被测物质含量较低的物质也能够测出被测物质的拉曼光谱。

临近光源1处配设光源选择器，本实施例光源选择器选用单色镜2。单色镜2由参考信号驱动，参考信号为一种光信号，具体波长可以根据待测样品的不同而有所不同，经试验得到最优波长的参考信号。光源选择器还可以是衍射光栅、法布里-珀罗标准器或者其它，可以对原始光源信号进行过滤输出，从而选择一个窄波长频带作为最后的发射。

衍射光栅通常简称为“光栅”，一种由密集、等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件。它利用多缝衍射和干涉作用，将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散，便于输出光源波长的选择。

法布里-珀罗标准器是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪，两块玻璃板间用固定长度的空心间隔物来间隔固定，其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。当入射光的频率满足其共振条件时，其透射频谱会出现很高的峰值，对应着很高的透射率，这样就可以进行输出光源波长的选择。

单色镜2的后端配设光源处理器3，对光源进行处理，以满足拉曼散射所需的优质光源，在对待测样品6进行散射。待测样品6后端配设光谱处理器7，对经待测样品6散射的光谱进行处理。光谱处理器7的后端配设拉曼探头8，用来接收经处理后的拉曼光谱并转换成电信号。

光源处理器3包括过滤片，用于接收所述光源发射的激发光并过滤背景杂质光；第一凸透镜，用于接收所述过滤片发射的散射的光并将散射的光折射成平行光；第二凸透镜，用于接收所述第二凸透镜发射的平行光并将平行光进行聚焦；第一光阑，用于接收第二凸透镜聚焦的光线，并通过光阑的大小控制通过其的光线强度；准直镜，用于接收通过光阑的光线，并将光线折射成平行光线。过滤片、第一凸透镜、第二凸透镜、第一光阑和准直镜按入端到出端的顺序依次设置。通过准直镜的平行光线作为光源处理器3的最终输出发送出去。

光谱处理器7包括第三凸透镜，用于聚集经待测样品发射的光速，并将其折射成平行光束；第四凸透镜，用于将经过第三凸透镜的光进行聚焦；第二光阑，用于控制通过其光线强度的大小；第五凸透镜，用于将通过第二光阑的光折射成平行光束；采集镜头，用于采集信号并将信号发送至拉曼探头 8。第三凸透镜、第四凸透镜、第二光阑、第五凸透镜和采集镜头按入端到出端的顺序依次设置。

优选的，光源1、单色镜2和光源处理器3处于同一轴线，称第一轴线；光谱处理器7和拉曼探头8处于同一轴线，称第二轴线。第一轴线和第二轴线呈直角，且分别与待测样品6所在平面呈135度和45度角。角度的设置能够保证最大的光通量进行散射和折射。

本申请所提到的“前”、“后”是广义的前后，主要指以光线走向为参考，并不是严格意义上位置的前后。

本申请的有益效果是：自动对焦装置使得待测样品能够自动对焦到最佳检测位置，利于检测和得到最优光谱信号；光源选择器的设置，使得光源波长可选，满足不同波长要求的使用；散射增强层的设置，能够加强漫散射的强度，提高拉曼信号信噪比，利于低含量物质的检测。

以上对本申请实施例所提供的一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，包括光源(1)、待测样品(6)和拉曼探头(8)；所述光源(1)发射的光线照射到所述待测样品(6)，所述光线经所述待测样品(6)散射和/或折射至所述拉曼探头(8)；其特征在于：还包括自动对焦装置和散射增强层(5)，所述待测样品(6)置于所述散射增强层(5)上；所述散射增强层(5)与所述自动对焦装置连接。

2.根据权利要求1所述自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，其特征在于：所述自动对焦装置包括检测室(4)；所述检测室(4)内配设纵向导轨(13)；所述纵向导轨(13)处配设与所述纵向导轨(13)滑轨式连接的纵向齿条(9)；纵向齿轮(10)与所述纵向齿条(9)相啮合；所述散射增强层(5)置于所述纵向齿条(9)的顶端；所述散射增强层(5)的侧面配设横向齿条(11)，所述横向齿条(11)与所述散射增强层(5)可纵向活动连接；所述横向齿条(11)处配设与所述横向齿条(11)滑轨式连接的横向导轨(14)，所述横向导轨(14)与所述检测室(4)固定连接；横向齿轮(12)与所述横向齿条(11)相啮合；所述纵向齿轮(10)和所述横向齿轮(12)均由电机驱动；所述检测室(4)内配设位置传感器；所述位置传感器和所述电机均与控制单元电连接。

3.根据权利要求2所述自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，其特征在于：所述纵向齿条(9)的顶端配设水平向平台，所述散射增强层(5)置于所述平台上。

4.根据权利要求2所述自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，其特征在于：所述位置传感器包括第一位置传感器(15)和第二位置传感器(16)；所述第一位置传感器(15)设在所述检测室(4)的上壁；所述第二位置传感器(16)设在所述检测室(4)的侧壁。

5.根据权利要求2-4任一所述自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，其特征在于：所述检测室(4)的上壁设有左、右两个通光孔(17)。

6.根据权利要求5所述自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，其特征在于：所述左、右两个通光孔(17)的中心点分别与所述待测样品(6)所在平面呈135度和45度角。

7.根据权利要求1-4、6任一所述自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，其特征在于：所述散射增强层(5)为层状结构，从下向上依次包括吸附材料层和纳米金属层，所述吸附材料层的表面粗糙。

8.根据权利要求7所述自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，其特征在于：所述光源(1)与所述待测样品(6)之间配设光源选择器；所述光源选择器为单色镜(2)、衍射光栅或者法布里-珀罗标准器。

9.根据权利要求8所述自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，其特征在于：所述光源选择器和所述待测样品(6)之间配设光源处理器(3)，所述待测样品(6)与所述拉曼探头(8)之间配设光谱处理器(7)。

10.根据权利要求9所述自动对焦式增强拉曼光谱信号的装置，其特征在于：所述光源处理器(3)从入端到出端依次包括过滤片、第一凸透镜、第二凸透镜、第一光阑和准直镜；所述光谱处理器(7)从入端到出端依次包括第三凸透镜、第四凸透镜、第二光阑、第五凸透镜和采集镜头。