CN209432702U - 基于激光的检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了基于激光的检测设备(100)，包括：激光器(110)，其用于通过检测设备的出光口(101)向待检测物体(1)发射激光；姿态感应器(130)，其被配置成感测检测设备的姿态；和控制器(140)，其与激光器和姿态感应器电连通，并被配置成基于姿态感应器感测的姿态控制激光器是否发射激光。

Description

基于激光的检测设备

技术领域

本实用新型的实施例一般地涉及检测领域，尤其涉及能够安全地出射激光的检测设备和方法。

背景技术

目前，可以采用多种基于激光的设备或方法对物体进行检测或分析，如用于安全检查、物品识别、质量管理等。例如，拉曼光谱分析技术是一种以拉曼散射效应为基础的非接触式光谱分析技术，它能对物质的成分进行定性、定量分析。拉曼光谱是一种分子振动光谱，它可以反映分子的指纹特征，可用于对物质的检测。拉曼光谱检测通过检测待测物对于激光的拉曼散射效应所产生的拉曼光谱来检测和识别物质。拉曼光谱检测方法已经广泛应用于液体安检、珠宝检测、爆炸物检测、毒品检测、药品检测等领域。

这种基于激光的检测设备，如拉曼光谱仪，通常采用高功率密度的激光作为激光源，在使用过程中，如果操作人员在缺乏安全意识或者缺乏经验情况下产生误操作，容易误使激光射向人眼。尤其是诸如手持或便携式拉曼光谱仪之类的设备，该类设备的特点是激光出射方向可以人为调整，在使用过程中存在激光入射人眼的安全隐患。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的上述和其它问题和缺陷中的至少一种，提出了本实用新型。

根据本实用新型的一个方面，提出了一种基于激光的检测设备，包括：激光器，其用于通过检测设备的出光口向待检测物体发射激光；姿态感应器，其被配置成感测检测设备的姿态；和控制器，其与激光器和姿态感应器电连通，并被配置成基于姿态感应器感测的姿态控制激光器是否发射激光。

在一些实施例中，控制器进一步被配置成：在由姿态感应器感测到检测设备处于其出光口朝向背离或远离所述物体的方向的第一姿态时，控制所述激光器停止发射激光；以及在由姿态感应器感测到检测设备处于其出光口朝向所述物体的第二姿态时，控制所述激光器向物体发射激光。

在一些实施例中，检测设备的第一姿态包括检测设备的出光口竖直地朝向上、倾斜朝向上或朝向水平方向的姿态。

在一些实施例中，检测设备的第二姿态包括检测设备的出光口竖直地朝向下或倾斜朝向下的姿态。

在一些实施例中，检测设备的第二姿态包括检测设备的出光口在围绕一竖直轴线的预定角度范围内朝向下的姿态，该竖直轴线穿过所述出光口的中心。

在一些实施例中，所述预定角度范围在所述物体所在平面内的正投影覆盖所述物体。

在一些实施例中，控制器进一步被配置成：在由姿态感应器感测到检测设备处于其出光口在所述预定角度范围之外朝向下的第三姿态时，控制所述激光器停止发射激光。

在一些实施例中，控制器进一步被配置成：在所述激光器向物体发射激光期间，连续地或以一时间间隔间歇地接收由姿态感应器感测到的拉曼光谱检测设备的实时姿态。

在一些实施例中，姿态感应器包括重力传感器、陀螺仪、加速度计和电子罗盘中的一种。

在一些实施例中，检测设备还包括显示装置，其被配置成显示表示检测设备的由姿态感应器感测到的姿态的信号。

在一些实施例中，控制器进一步被配置成基于检测设备的由姿态感应器感测的姿态确定是否适合由激光器发射激光，并且检测设备还包括报警装置，其被配置成在控制器确定不适合由激光器发射激光时发出表示该状态的报警信号。

在一些实施例中，检测设备是拉曼光谱检测设备并包括拉曼光谱仪，拉曼光谱仪被配置成收集物体在激光的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据；控制器进一步被配置成：在控制所述激光器向物体发射激光的同时，控制光谱仪收集物体在激光的照射下产生的光信号以产生表示光谱数据。

在一些实施例中，检测设备是便携式或手持式设备。

通过下文中参照附图对本实用新型所作的详细描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。

附图说明

通过参考附图能够更加清楚地理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：

图1为示出根据本实用新型的一个示例性实施例的集成有姿态感应器的检测设备的布置的框图

图2为示出根据本实用新型的一个示例性实施例的集成有姿态感应器的检测设备的示意图；

图3A-3C为示出根据本实用新型的示例性实施例的检测设备的多种出光状态的示意图；以及

图4为示出根据本实用新型的一个示例性实施例的检测物体的方法的流程图。

具体实施方式

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、完整的描述，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做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。

另外，在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本实用新型内容的实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下,公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的基于激光检测物体的检测设备的布置。如图所示，检测设备100例如是手持或便携式设备，包括内置的激光器110，其用于通过检测设备100的出光口101向待检测物体1(参见图3C)发射激光。将会理解，存在多种基于激光检测物体的设备，包括拉曼光谱检测设备。当检测设备100是拉曼光谱检测设备时，其还可以包括光谱仪120，光谱仪120用于收集物体1在激光的照射下产生(如反射、散射)的光信号并产生表示该光信号的光谱数据，由此可以基于该光谱数据确定物体的成分。作为示例，由光谱仪生成的物体的拉曼光谱可以与已知物质的拉曼光谱进行比较以确定物体的成分。这种比较可以例如通过计算机或处理器来完成。

由于诸如拉曼光谱仪之类的基于激光的设备采用高功率密度的激光照射物体，在使用过程中，如果操作人员在缺乏安全意识或者缺乏经验情况下产生误操作，容易误使激光射向人眼，尤其对于手持或便携式设备来说，其激光出射方向可以人为调整，在使用过程中存在激光入射人眼的安全隐患。

根据示例性实施例，本实用新型提出先感测或确定检测设备和/或其出光口的姿态、倾角或方位，并基于该姿态、倾角或方位控制其激光器是否发射激光，由此能够可靠地避免上述安全隐患。在一些示例中，检测设备的姿态包括其出光口相对于水平轴线的倾角，但本实用新型不限于此，该姿态也可以包括任何其它表征该出光口的朝向的参数。

在本实用新型的一些示例性实施例，如图1和2所示，在检测设备100内设置或集成有姿态感应器130，其用于感测检测设备100的姿态，如在XYZ坐标系中的方位或倾角。例如，在一些示例中，姿态感应器可以设置在检测设备的电路板上，或者位于检测设备内的合适位置；在另外一些示例中，姿态感应器可以设置在检测设备的外部，例如作为外设附件以合适的方式(包括但不限于，插接、接口连接、粘合剂、捆绑带等)固定地或可拆卸地连接至检测设备，由此可以便利地扩展和改善现有或常规检测设备的功能性、可靠性、可操作性等。在另外一些实施例中，也可以例如由操作人员借助于肉眼或其它合适的装置(如相机、各种光学传感器、机械或电触发器等)确定获取检测设备的姿态或方位。

示例性地，姿态感应器可以包括但不限于重力传感器、陀螺仪、加速度计、电子罗盘等。在一些示例中，可以在检测设备内或外集成或设置重力传感器作为其姿态感应器，重力传感器根据压电效应的原理，采用弹性敏感元件制成悬臂式位移器，与采用弹性敏感元件制成的储能弹簧来驱动电触点，完成从重力变化到电信号的转换，该重力变化是由检测设备的姿态改变引起的，由此根据该电信号可以确定检测设备的姿态。

如图1所示，检测设备100还可以包括控制器140，其至少与激光器110和姿态感应器130有线地或无线地电连接或通信，用于基于检测设备100的被感测或确定的姿态自动地控制激光器是否发射激光。

在检测操作之前或期间，检测设备可能以多种姿态或方位定位，而在其中的一些姿态或方位发射激光可能会对设备附近的人员或其它设备造成损害或损坏。因此，在本实用新型的实施例中，在确定或由姿态感应器130感测到检测设备100处于其出光口101朝向背离或远离物体1的方向的第一姿态时，控制激光器110不发射或停止发射激光；而在确定或由姿态感应器130感测到检测设备100处于其出光口101朝向物体1的第二姿态时，控制激光器110向物体1发射激光，由此能够可靠地避免这种可能的损害或损坏。

在一些实施例中，在确定或由姿态感应器130感测到检测设备100处于其出光口101竖直地或倾斜地朝向上、或朝向水平方向的姿态时，如图3A和3B所示，此时发射的激光可能进入人眼10，或者即便发射激光也不能照射到物体，因此控制器140控制激光器110不发射或停止发射激光，从而避免这种损害或损坏；而在确定或由姿态感应器130感测到检测设备110处于其出光口101竖直地或倾斜地朝向下的姿态时，如图3C所示，此时发射的激光不会进入人眼10，不会带来这种损害或损坏，因此可以由控制器140自动控制激光器110向物体1发射激光，或者由操作人员手动地控制激光器110发射激光，以对物体1进行扫描或检测。

在一些示例中，如图3C所示，检测设备100的第二姿态包括其出光口101在围绕一竖直轴线H-H’的预定的角度范围θ内朝向下的姿态，例如该竖直轴线穿过出光口101的中心。示例性地，角度范围θ在物体1所在平面(其上放置物体1的表面所在的平面)内的正投影覆盖物体1，由此既可以确定从出光口101出射的激光不会对人员或其它装置造成损害或损坏，进一步改善设备的操作安全性，还可能确定所出射的激光能够可靠地照射被检查的物体，提高设备的检测效率。

此外，在一些情况中，检测设备还可能处于第三姿态，其中其出光口在上述角度范围之外朝向下，此时也有可能对低于该设备的周围人员或装置造成损害或损坏，并且所出射的激光不能到达将被检测的物体。因此，在确定或由姿态感应器130感测到检测设备100处于其出光口在上述角度范围θ之外朝向下的第三姿态时，也可以由控制器40或操作人员控制激光器110不发射或停止发射激光。

进一步，在一些实施例中，检测设备100是拉曼光谱检测设备时，在激光器110向物体1发射激光的同时，可以由光谱仪120(例如在控制器的控制或指令下)收集物体1在激光的照射下产生的光信号以产生表示该光信号的光谱数据，从而能够基于该光谱数据确定被检测物体1的成分。此外，在一些示例中，在激光器110向物体1发射激光期间，可以连续地或以一时间间隔间歇地确定或由姿态感应器130感测检测设备100的实时姿态，该实时姿态传送至控制器140或操作人员，以便可以根据需要实时调整检测设备100的姿态，确保其既可以实现对物体的检测，又不会对周围人员或装置造成损害或损坏。

示例性地，如图1所示，检测设备100还可以包括显示装置150和/或报警装置160，显示装置150用于显示表示检测设备100的姿态的信号，如图3A-3C所示。示例性地，显示装置150具有显示屏幕151，其上可以显示用于表征或反馈检测设备100的被确定的姿态的信号，如符号“NO”或“×”表示检测设备100的当前姿态不适合激光的出射，符号“YES”或“√”表示检测设备100的当前姿态适合从出光口101出射激光。进一步，控制器140可以基于检测设备的当前姿态确定是否适合由激光器发射激光，而在确定该姿态不适合由激光器发射激光时，报警装置160发出表示该状态的报警信号，以警示操作人员或周围人员，表示该姿态不适合由激光器发射激光或表示激光器未发射激光。示例性地，报警信号可以包括光学信号或声音信号，或者也可以包括图像信号，其例如可以由显示装置150显示或由报警装置160自身显示，例如显示装置150和报警装置160可以结合在检测设备自身携带的监视器或其它远程监视器或控制中心中。

如图所示，检测设备100还可以设置有检测头或探头170，其前端具有出光口101，激光器110发射的激光通过该出光口101射向被检测物体1，而物体1在激光的照射下产生(如反射或散射)的光(包括该激光的被反射或散射的部分、拉曼散射光等)至少部分地通过该出光口进入检测设备100，由其中的检测元件采集，如由光谱仪120采集并获得物体的拉曼光谱。

另外，本实用新型的实施例还提供了一种基于激光检测物体的方法，其例如可以利用由在本实用新型的任一实施例中描述的检测设备实施，该方法可以可靠地避免设备周围的人员或装置受到出射的激光的损害或损坏。在一些实施例中，该方法包括检测物体的拉曼光谱。

大体上，该方法可以包括下述步骤：

提供具有激光器和出光口的检测设备；

确定检测设备的姿态；

基于所确定的姿态控制检测设备的激光器是否发射激光；以及

在激光器通过检测设备的出光口向物体发射激光时，由检测设备收集物体在激光的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的数据。

图4具体地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的基于激光检测物体的方法。该方法从步骤S1开始，此时检测设备的激光器处于关闭状态，还未发射激光。

在步骤S2中，通过例如姿态感应器自动地感测检测设备的姿态，或通过操作人员人工地确定检测设备的姿态。检测设备的姿态可以包括其出光口相对于水平轴线的倾角或方位。

在步骤S3中，基于所确定姿态判断是否适合由激光器出射激光，判断的标准可以包括出射的激光是否可能对设备周围的人员或装置造成损害或损伤。此外或附加地，判断的标准还可以包括出射的激光是否能够照射将被检测的物体。

当基于所确定姿态判断适合由激光器出射激光时，在步骤S4中，由控制器自动地控制激光器出射光，或者也可以由操作人员手动地控制激光器向被检测的物体出射光。

在步骤S5中，由检测设备内的检测元件(如光谱仪)采集物体在激光的照射下产生的光信号，以检测物体。对于拉曼光谱检测设备来说，可以处理该光信号以获得被检测的物体的拉曼光谱。

上述方法以及各个步骤可以具有多种具体的实施方案。在一些示例性实施例中，可以由采用设置在检测设备100内的姿态感应器130感测检测设备的姿态和/或其出光口的姿态、倾角或方位，如上所述。例如，可以采用重力传感器、陀螺仪、加速度计和电子罗盘中的一种感测检测设备和/或其出光口的姿态、倾角或方位。

在一些示例性实施例中，可以由设置在检测设备100内的控制器140基于所确定的姿态自动地控制激光器110是否发射激光。

进一步，如上文参照图1至3C描述的那样，在确定检测设备100处于其出光口101朝向背离或远离物体1的方向的第一姿态时，可以控制激光器110停止发射激光；而在确定到检测设备处于其出光口朝向物体1的第二姿态时，控制激光器110向物体1发射激光。

示例性地，检测设备的第一姿态可以包括检测设备的出光口竖直地朝向上、倾斜朝向上或朝向水平方向的姿态，而检测设备的第二姿态可以包括检测设备的出光口竖直地朝向下或倾斜朝向下的姿态。在一些示例中，如图3C所示，检测设备100的第二姿态包括其出光口101在围绕一竖直轴线H-H’的一角度范围θ内朝向下的姿态，该竖直轴线穿过出光口的中心。例如，该角度范围在物体1所在平面内的正投影可以全部地或部分地覆盖物体1。可以理解，可以根据检测设备的特性、实际需求或使用环境等因素具体地设定该角度范围，以确保设备周围人员或装置不会受到出射的激光的损害或损坏。

根据实际使用情况，在确定检测设备100的出光口101在上述角度范围θ之外且朝向下时，也可以控制激光器110不发射或停止发射激光，以避免出现对设备周围人员或装置可能造成的损害或损坏。

进一步，该方法还可以包括在激光器110向物体1发射激光期间，连续地或以一时间间隔间歇地确定或感测检测设备100的实时姿态，由此可以基于该实时姿态来确定是否由激光器110继续出射激光。

在一些示例中，该方法还可以包括显示表示检测设备的被确定的姿态的信号，使得操作人员或其它相关人员能够更直观地确认检测设备的状态，或确定在该状态中是否适合出射激光。此外，在确定不适合由激光器发射激光时，还可以发出表示该状态的报警信号，以告知或警示操作人员或周围人员，表示在该姿态中不适合由激光器发射激光或表示激光器未发射激光。示例性地，报警信号可以包括光学信号、声音信号和图像信号中的至少一种。

在上文描述中，参照操作的动作和符号表示(例如，成流程图的形式)来描述说明性实施例，所述操作可以被执行为程序模块或功能过程，所述程序模块或功能过程包括程序、编程、对象、构件、数据结构等，并且执行特定任务或执行特定的抽象数据类型并且可以使用现有硬件以被执行。这些现有硬件可以包括一个或多个中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本文中，除非以其他方式具体地规定，或如从讨论所显而易见的，诸如“处理”、“确定”、“获取”、“获得”、“判断”等术语指操作或步骤可以被表示为计算机系统的寄存器和存储器中的物理电子量的数据并且将其转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它的这种信息存储、传送或显示装置中的物理量的其它数据的计算机系统或类似的电子计算装置的作用和过程。

以上参照操作或步骤的动作和符号表示(例如，成流程图的形式)来描述说明性实施例，所述操作或步骤可以被执行为程序模块或功能过程，所述程序模块或功能过程包括程序、编程、对象、构件、数据结构等，并且执行特定任务或执行特定的抽象数据类型并且可以使用现有硬件以被执行。

本技术领域技术人员可以理解，本实用新型包括涉及用于执行本申请中所述方法、步骤、操作或模块的功能中的一项或多项的装置。这些装置可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知装置。这些装置具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在装置(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory)、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由装置(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种基于激光的检测设备(100)，其特征在于，该检测设备包括：

激光器(110)，其用于通过检测设备的出光口(101)向待检测物体(1)发射激光；

姿态感应器(130)，其被配置成感测检测设备的姿态；和

控制器(140)，其与激光器和姿态感应器电连通，并被配置成基于姿态感应器感测的姿态控制激光器是否发射激光。

2.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，控制器进一步被配置成：

在由姿态感应器感测到检测设备处于其出光口朝向背离或远离所述物体的方向的第一姿态时，控制所述激光器停止发射激光；以及

在由姿态感应器感测到检测设备处于其出光口朝向所述物体的第二姿态时，控制所述激光器向物体发射激光。

3.根据权利要求2所述的检测设备，其特征在于，检测设备的第一姿态包括检测设备的出光口竖直地朝向上、倾斜朝向上或朝向水平方向的姿态。

4.根据权利要求2所述的检测设备，其特征在于，检测设备的第二姿态包括检测设备的出光口竖直地朝向下或倾斜朝向下的姿态。

5.根据权利要求4所述的检测设备，其特征在于，检测设备的第二姿态包括检测设备的出光口在围绕一竖直轴线(H-H’)的预定角度范围(θ)内朝向下的姿态，该竖直轴线穿过所述出光口的中心。

6.根据权利要求5所述的检测设备，其特征在于，所述预定角度范围在所述物体所在平面内的正投影覆盖所述物体。

7.根据权利要求5所述的检测设备，其特征在于，控制器进一步被配置成：

在由姿态感应器感测到检测设备处于其出光口在所述预定角度范围之外朝向下的第三姿态时，控制所述激光器停止发射激光。

8.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，检测设备的姿态包括所述出光口相对于水平轴线的倾角。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的检测设备，其特征在于，控制器进一步被配置成：

在所述激光器向物体发射激光期间，连续地或以一时间间隔间歇地接收由姿态感应器感测到的拉曼光谱检测设备的实时姿态。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的检测设备，其特征在于，姿态感应器包括重力传感器、陀螺仪、加速度计和电子罗盘中的一种。

11.根据权利要求1-8中任一项所述的检测设备，其特征在于，该检测设备还包括：

显示装置(150)，其被配置成显示表示检测设备的由姿态感应器感测到的姿态的信号。

12.根据权利要求1-8中任一项所述的检测设备，其特征在于，控制器进一步被配置成：

基于检测设备的由姿态感应器感测的姿态确定是否适合由激光器发射激光，并且

检测设备还包括报警装置(160)，其被配置成在控制器确定不适合由激光器发射激光时发出表示该状态的报警信号。

13.根据权利要求1-8中任一项所述的检测设备，其特征在于，

该检测设备是拉曼光谱检测设备并包括拉曼光谱仪(120)，拉曼光谱仪被配置成收集物体在激光的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据；

控制器进一步被配置成：

在控制所述激光器向物体发射激光的同时，控制光谱仪收集物体在激光的照射下产生的光信号以产生光谱数据。

14.根据权利要求1-8中任一项所述的检测设备，其特征在于，该检测设备是便携式或手持式设备。