CN208091911U - 一种傅里叶变换红外光谱仪与y型光纤探头的耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于一种在体检测生物组织和灵活监测化学反应的红外光谱测量方法及其专用装置，属于生物医学光子学、分子光谱测定及装置技术领域。傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置位于光谱仪样品仓中对称的两组光机装置，一组用于将光谱仪样品仓原光斑缩小相应倍数耦合入Y型光纤探头的入射光纤，另一组则使从Y型光纤探头出射光纤端射出的红外光沿光谱仪原光路返回光谱仪的探测器中。本实用新型提供的装置，光路及调整装置中器件均是常用光机器件，易获得，调节方便，不需定做，成本低。最大限度的减少了系统中的光学元件，减少光经过光学元件造成的损耗，并保证了较大波段范围的通过性。
Description
技术领域
本实用新型属于一种在体检测生物组织和灵活监测化学反应的红外光谱测量方法及其专用装置，属于生物医学光子学、分子光谱测定及装置技术领域。
背景技术
傅里叶变换红外光谱仪是第三代红外光谱仪。它无分光系统，一次扫描可获得全范围光谱，具有高光通量、测定快速灵敏、分辨率高、信噪比高等诸多优点。但由于其自身对样品制样要求的局限性，其对固态、液态和气态的样品均需要特制的样品池，并须据此加工制备特定的待测样本形态，导致红外光谱仪这种功能强大的光谱测量装置难以直接应用于生物学和医学上的组织离体和在体光谱测量。
一种显著的光纤探头案例，即根据衰减全反射(ATR)原理用ATR光纤探头将傅里叶变换光谱仪中将红外光引入到ATR晶体探头处发生衰减全反射，从而可获得携带样本信息的光谱信号，再由出射光纤端进入光谱探测器，进而构成Y型ATR光纤探头及其回路，最终可获得待测样本的ATR红外光谱信号。由于ATR探测取样方便快捷、要求样本数量少、形态局限少，特别是ATR晶体耦合光纤后借助固定ATR晶体和光纤的辅助手柄进行原位探测更灵活、从而可有效解决傅里叶变换红外光谱仪无法直接用于生物学和医学领域的在体检测问题。
传统模式的傅里叶变换红外光谱仪是将样品放在样品仓中完成透射测量。测量光从样品仓右端窗口穿出会聚到样品仓中心的样品处，穿过样品后携带样品的光谱信息再从样品仓左端窗口辐照到光谱仪的探测器。如果需要用ATR光纤探头进行光谱测量，则需要通过专业的光谱仪耦合附件将光谱仪和Y型ATR光纤探头两者的光路进行耦合。但目前现有的用于将傅里叶变换红外光谱仪与Y型ATR光纤探头耦合的附件装置存在价格昂贵，光学和机械参数固定以及无法通过调整以应对不同品牌及型号光谱仪和Y型ATR光纤探头等问题，不利于Y型ATR光纤探头傅里叶变换红外光谱技术与光纤耦合的生物组织的原位光谱测量技术的使用和推广。并且由于光谱仪样品仓空间有限，常用的光机组件搭配方法也无法完成上述光路耦合方案。因此提供一种利用现有光机组件实现傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合光路具有一定的现实意义和应用价值。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供价格经济、调整简单的傅里叶红外光谱仪与Y型光纤探头耦合光路及其调整装置，克服现有成品耦合装置价格昂贵，光学和机械参数固定无法应对不同光谱仪品牌及型号和Y型光纤探头耦合等问题，从而推动生物组织的原位光谱测量，及其在生物医学领域甚至临床的推广和应用。
为达上述目的，本实用新型提供了一种傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置。
本实用新型所述的傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，包括底板、底座、可调接杆，底板与光谱仪样品仓底部固定，两端可调接杆以光谱仪样品仓对称并通过底座固定装置固定到底板上；所述耦合装置还包括关于光谱仪样品仓中心对称的两组光机组件:笼杆支架、笼杆转接件、笼杆一、笼杆二、笼板一、笼板二、离轴抛物面反射镜、光纤连接器；所述的笼杆支架固定在可调接杆上，笼杆一穿过笼杆支架构成水平支撑架，笼杆二通过笼杆转接件竖直向上，光纤连接器固定在笼板二上，笼板二水平放置并固定到笼杆二上，离轴抛物面反射镜固定在笼板一上，笼板一竖直放置并固定于笼杆一上，其特征在于：上述位于光谱仪样品仓中对称的两组光机装置，一组用于将光谱仪样品仓原光斑缩小相应倍数耦合入Y型光纤探头的入射光纤，另一组则使从Y型光纤探头出射光纤端射出的红外光沿光谱仪原光路返回光谱仪的探测器中。
本实用新型所述的傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，其特征在于，所述离轴抛物面反射镜通过调整可调接杆高度调整光点高度，通过旋转装置调整方向并通过笼板一固定。
本实用新型所述的傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，其特征在于，所述离轴抛物面反射镜光点的水平位置通过笼板一在笼杆一位置移动调整。
本实用新型所述的傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，其特征在于，所述光纤连接器通过笼板二在笼杆二的上下位置移动调整。
本实用新型所述的傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，其特征在于，所述笼杆转接件位置根据成像公式计算的反射镜主点与原光路中心光斑距离确定。通过依次调整离轴抛物面反射镜的朝向、水平位置及光纤连接器的上下位置调整获取最佳耦合效果。
所述耦合装置光路主要由两个位置关于傅里叶变换红外光谱仪样品仓中心对称的90°离轴抛物面反射镜组成。光谱仪光路经过右端反射镜反射，实现将原有光轴向上转折90°并将原先汇聚在光谱仪样品仓中心光斑缩小相应倍数以实现与光纤口径的匹配。光斑缩小倍数可根据凸透镜成像公式(1)进行等效计算：
f·y＝y’·(x+f) (1)
y—光谱仪原光路中心汇聚光斑大小；
y’—光纤耦合光斑大小；
x—离轴抛物面反射镜主点与光谱仪距离；
f—离轴抛物面反射镜焦距；
经Y型光纤探头的返回光经左端对称位置处反射镜反射后延光谱仪原光路进入光谱仪探测器；
作为优选，所述离轴抛物面反射镜根据最佳通光波段镀膜；
所述装置通过底板与光谱样品仓底部固定。两个可调接杆以光谱仪样品仓中心对称，通过底座用螺丝固定到底板上。左右两端的笼杆支架通过螺丝固定到可调接杆上，两根笼杆穿过笼杆支架构成支撑整套系统的水平支撑架。离轴抛物面反射镜通过螺纹笼板连接，笼板竖直放置并固定到笼杆上。利用笼杆转接件搭建竖直向上笼杆，转接件位置根据成像公式计算的反射镜主点与元光路中心光斑距离确定，光纤连接器通过螺纹与笼板连接，笼板水平放置并固定到笼杆上。
有益效果
本实用新型提供的的装置中的采用的笼杆支架、笼杆转接件、笼杆和笼板均属于常见光机零件的笼式系统，其形状及规格可根据具体需求参数进行选择。
本实用新型提供的装置，光路及调整装置中器件均是常用光机器件，易获得，调节方便，不需定做，成本低。最大限度的减少了系统中的光学元件，减少光经过光学元件造成的损耗，并保证了较大波段范围的通过性。可通过选择光机器件机械参数及光学零件光学参数适配光谱仪及光纤参数，适应性更好。
附图说明
图1：本实用新型实施的整体结构及调整方式示意图。
图中1是底板，2是底座，3是可调接杆，4是笼杆支架，5是笼杆转接件，6-1是笼杆一，6-2是笼杆二，7-1是笼板一，7-2是笼板二，8是离轴抛物面反射镜，9是光纤连接器。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1，本实用新型包括底板1、底座2、可调接杆3、笼杆支架4、笼杆转接件5、笼杆一6-1、笼杆二6-2、笼板一7-1、笼板二7-2、离轴抛物面反射镜8、光纤连接器9。
光谱仪光轴高度为80mm，样品仓中心汇聚光斑直径1.5mm，汇聚锥角15°。本实例使用的Y型中红外空心光纤ATR耦合探头，光纤接口为SMA905，光纤口径0.75mm,最佳耦合光斑大小为光纤口径的70％。根据光谱仪及Y型ATR光纤探头的光学及机械参数，通过计算选择直径为12.5mm，焦距为25.4mm的离轴抛物面反射镜8，接口类型为SMA905的光纤转接件11，规格为30mm的笼式系统的笼杆支架4、笼杆转接件5、笼杆一6-1、笼杆二6-2、笼板一7-1、笼板二7-2。
如图1所示，傅立叶变换红外光谱仪与Y型ATR光纤探头耦合装置安装、调试过程如下：按从上到下顺序依次安装底板1、底座2、可调节杆3、笼杆支架4、笼杆一6-1；通过调整可调节杆3的高度使离轴抛物面反射镜8的主点与光谱仪中心光轴等高；根据理论计算获得离轴抛物面反射镜主点离光谱仪样品仓中心光斑的距离作为确定安装笼杆一6-1上各部件的初始位置的基准并据此安装笼杆转接件5和笼杆二6-2；分别将装有离轴抛物面反射镜8的笼板一7-1和装有光纤转接件9的笼板二7-2安装到笼杆二6-2理论计算位置处；将光纤接到光纤接口处并利用光功率计测量光纤另一端光功率，依次调整离轴抛物面反射镜8旋转朝向、笼板一7-1位置、和笼板二7-2位置获得最大光功率值；左端光路调整好后，根据左端光路参数对称安装右端光路，使经过Y型ATR光纤探头的光由原光路返回到光谱仪探测器。
Claims (5)
1.一种傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，包括底板（1）、笼杆一（6-1），以及关于光谱仪样品仓中心对称的两组底座（2）、可调接杆（3），底板（1）与光谱仪样品仓底部固定，两端可调接杆（3）以光谱仪样品仓对称并通过底座（2）固定装置固定到底板（1）上；所述耦合装置还包括关于光谱仪样品仓中心对称的两组光机组件：笼杆支架（4）、笼杆转接件（5）、笼杆二（6-2）、笼板一（7-1）、笼板二（7-2）、离轴抛物面反射镜（8）、光纤连接器（9）；所述的笼杆支架（4）固定在可调接杆（3）上，笼杆一（6-1）穿过笼杆支架（4）构成水平支撑架，笼杆二（6-2）通过笼杆转接件（5）竖直向上，光纤连接器（9）固定在笼板二（7-2）上，笼板二（7-2）水平放置并固定到笼杆二（6-2）上，离轴抛物面反射镜（8）固定在笼板一（7-1）上，笼板一（7-1）竖直放置并固定于笼杆一（6-1）上，其特征在于：所述光谱仪样品仓中对称的两组光机组件，一组用于将光谱仪样品仓原光斑缩小相应倍数耦合入Y型光纤探头的入射光纤，另一组则使从Y型光纤探头出射光纤端射出的红外光沿光谱仪原光路返回光谱仪的探测器中。
2.如权利要求1所述的傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，其特征在于，所述离轴抛物面反射镜（8）通过调整可调接杆（3）高度调整主点高度，通过旋转装置调整方向并通过笼板一（7-1）固定。
3.如权利要求1所述的傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，其特征在于，所述离轴抛物面反射镜（8）主点的水平位置通过笼板一（7-1）在笼杆一（6-1）左右位置移动调整。
4.如权利要求1所述的傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，其特征在于，所述光纤连接器（9）通过笼板二(7-2)在笼杆二（6-2）的上下位置移动调整。
5.如权利要求1，2，3或4所述的傅里叶变换红外光谱仪与Y型光纤探头的耦合装置，其特征在于，所述笼杆转接件（5）位置根据成像公式计算的反射镜主点与原光路中心光斑距离确定，通过依次调整离轴抛物面反射镜（8）的朝向、水平位置及光纤连接器（9）的上下位置调整获取最佳耦合效果。
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