CN209471052U - 手持式拉曼光谱分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手持式拉曼光谱分析仪，包括：壳体、设置于壳体内的容腔、设置于壳体内的激光发生器、设置于壳体内的光学组件和设置于壳体内的光谱仪，其中，容腔为可封闭结构，激光发生器用于发生激光，光学组件位于激光发生器和容腔之间，光学组件用于将激光发生器发生的激光输入至容腔，并将产生的拉曼散射光传输至光谱仪。本实用新型采用封闭的容腔，可以使得激光在壳体封闭的环境下进行样品检测，激光不会泄露到壳体的外部，从而保证了使用者的安全。

Description

手持式拉曼光谱分析仪

技术领域

本实用新型涉及一种手持式拉曼光谱分析仪。

背景技术

拉曼光谱分析是一种强大的无损材料检测和鉴定技术。传统的拉曼光谱仪体积庞大，限制他们只能应用于实验室环境中。最近，随着半导体激光器激发光源和CCD阵列光谱仪的发展，拉曼光谱仪已经发展为手持式仪器，可以用来进行现场取样分析。由于拉曼效应是一种很微弱的非线性效应，拉曼光的强度通常只有激发光强度的百万分之一。为了获得比较强的拉曼信号，通常需要采用具有较大功率的激光器作为激发光源。这类激光器的输出功率往往大于100毫瓦，属于3B级的激光器，甚至达到500毫瓦以上，也就是4级激光器的水平。这样强的激光器对操作人员的安全性造成一定的威胁，特别是在激光安全方面没有受过严格训练的操作人员。因此，本实用新型旨在提供一种手持式拉曼光谱分析仪。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提供一种手持式拉曼光谱分析仪。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种手持式拉曼光谱分析仪，包括：壳体、设置于壳体内的容腔、设置于壳体内的激光发生器、设置于壳体内的光学组件和设置于壳体内的光谱仪，其中，容腔为可封闭结构，激光发生器用于发生激光，光学组件位于激光发生器和容腔之间，光学组件用于将激光发生器发生的激光输入至容腔，并将产生的拉曼散射光传输至光谱仪。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的容腔设置于壳体的一端，容腔朝向壳体外部的一端面为不透光材质，容腔朝向光学组件的一端面为透光材质。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的容腔包括腔体和盖体，其中，腔体为壳体端部向内凹入所形成，盖体与腔体连接，盖体为不透光材质，腔体朝向光学组件的一端面为透光材质。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的腔体内设置第一透明容器，第一透明容器用于容纳样品。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的容腔内设置长距离传输光学附件，长距离传输光学附件用于将光学组件处传输来的激光传输至壳体的外部。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的长距离传输光学附件包括：准直光学透镜和聚焦光学透镜，其中，准直光学透镜设置于靠近光学组件处，准直光学透镜用于将光学组件传输来的激光进行准直，聚焦光学透镜正对准直光学透镜设置。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的容腔设置第二透明容器，准直光学透镜和聚焦光学透镜均设置于第二透明容器内，第二透明容器凸出于壳体的端面设置，聚焦光学透镜设置于凸出的部分。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的光学组件包括：第一光学透镜、第一滤光片、第二光学透镜、第二滤光片和第三光学透镜，其中，第一光学透镜、第一滤光片和第二光学透镜顺次排列且相互对准设置，第一光学透镜对准激光发生器，第二光学透镜对准容腔，第一滤光片倾斜设置，第三光学透镜对准光谱仪设置，第二滤光片设置于第一滤光片和第三光学透镜之间。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的激光发生器采用体布拉格光栅稳定输出的半导体激光器。

根据本实用新型的一个实施方案，还包括中央处理器，中央处理器设置于壳体内，中央处理器与光谱仪和激光发生器相连。

根据本实用新型的一个实施方案，还包括触摸显示屏，触摸显示屏设置于壳体的表面，触摸显示屏与中央处理器相连，触摸显示屏为有机发光二极管显示屏。

根据本实用新型的一个实施方案，还包括麦克风，麦克风设置于壳体表面，麦克风与中央处理器相连。

根据本实用新型的一个实施方案，还包括电容式手写笔，电容式手写笔用于在触摸显示屏上操作。

根据本实用新型的一个实施方案，还包括扫码器，扫码器设置于壳体表面，扫码器与中央处理器相连。

根据本实用新型的一个实施方案，还包括无线通信模块，无线通信模块设置于壳体内，无线通信模块与中央处理器相连，无线通信模块与外部数据中心相连。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的无线通信模块与外部远程控制单元相连。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的外部远程控制单元包括电脑、手机。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的无线通信模块为蓝牙、Wi-Fi或蜂窝。

根据本实用新型的一个实施方案，还包括成像传感器，成像传感器设置于壳体表面，成像传感器与无线通信模块相连。

根据本实用新型的一个实施方案，所述的成像传感器包括数码相机。

根据本实用新型的一个实施方案，还包括定位传感器，定位传感器设置于壳体内或壳体表面。

本实用新型采用封闭的容腔，可以使得激光在壳体封闭的环境下进行样品检测，激光不会泄露到壳体的外部，从而保证了使用者的安全。在使用者具备一定安全训练的情况下，本实用新型提供了一种适应于测量大尺寸或无法置于容腔中的样品的技术方案，就是采用长距离传输光学附件，将激光从壳体内传输至壳体外的样品。综上，本实用新型提供了一种安全的手持式拉曼光谱分析仪。

附图说明

图1为实施例1的结构图；

图2为实施例2的结构图；

图3为实施例3的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：

实施例1

如图1所示，本实施例手持式拉曼光谱分析仪，包括：壳体102、设置于壳体102内的容腔、设置于壳体102内的激光发生器104、设置于壳体102内的光学组件和设置于壳体102内的光谱仪107，其中，容腔为可封闭结构，激光发生器104用于发生激光，光学组件位于激光发生器104和容腔之间，光学组件用于将激光发生器104发生的激光输入至容腔，并将产生的拉曼散射光传输至光谱仪107。光谱仪107为CCD阵列光谱仪。

所述的容腔设置于壳体102的一端，容腔朝向壳体102外部的一端面为不透光材质，容腔朝向光学组件的一端面为透光材质。所述的容腔包括腔体101和盖体111，其中，腔体101为壳体102端部向内凹入所形成，盖体111与腔体101连接，盖体111为不透光材质，腔体101朝向光学组件的一端面为透光材质，腔体101的其他部分可以透光，也可以不透光。透光材质如玻璃或透明塑料，不透光材质如塑料等。所述的腔体101内设置第一透明容器105，第一透明容器105用于容纳样品103。

所述的光学组件包括：第一光学透镜1061、第一滤光片1062、第二光学透镜1063、第二滤光片1064和第三光学透镜1065，其中，第一光学透镜1061、第一滤光片1062和第二光学透镜1063顺次排列且相互对准设置，第一光学透镜1061对准激光发生器104，第二光学透镜1063对准容腔，第一滤光片1062倾斜设置，本实施例中为倾斜45°，第三光学透镜1065对准光谱仪107设置，第二滤光片1064设置于第一滤光片1062和第三光学透镜1065之间。第一滤光片1062为分色滤光片。第二滤光片1064为长波通滤光片。第二光学透镜1063具有较大的数值孔径以有效地收集样品103发出的拉曼散射光。

所述的激光发生器104采用体布拉格光栅稳定输出的半导体激光器，优选为美国发明专利7,245,369所描述的输出波长和谱线宽度由体布拉格光栅稳定和压窄的半导体激光器。该半导体激光器的波长可选择为785nm或1064nm或其它合适的波长。该半导体激光器的高空间亮度使其激光光束可以聚焦到很小的一点上以有效地激发拉曼散射。

本实施例还包括中央处理器120，简称CPU，中央处理器120设置于壳体102内，中央处理器120与光谱仪107和激光发生器104相连。中央处理器120用于接收用户命令和控制光谱仪107和激光发生器104操作。

本实施例还包括触摸显示屏108，触摸显示屏108设置于壳体102的表面，触摸显示屏108与中央处理器120相连，触摸显示屏108为有机发光二极管显示屏。本实施例还包括麦克风114，麦克风114设置于壳体102表面，麦克风114与中央处理器120相连。本实施例还包括电容式手写笔，电容式手写笔用于在触摸显示屏108上操作。本实施例还包括扫码器115，扫码器115设置于壳体102表面，扫码器115与中央处理器120相连。扫码器115可以扫描条形码或二维码。

本实施例还包括无线通信模块116，无线通信模块116设置于壳体102内，无线通信模块116与中央处理器120相连，无线通信模块116与外部数据中心相连。所述的无线通信模块116与外部远程控制单元相连。所述的外部远程控制单元包括电脑、手机。所述的无线通信模块116为蓝牙、Wi-Fi或蜂窝。

本实施例还包括成像传感器117，成像传感器117设置于壳体102表面，成像传感器117与无线通信模块116相连。所述的成像传感器117包括数码相机。本实施例还包括定位传感器118，定位传感器118设置于壳体102内或壳体102表面。定位传感器118包括GPS。本实用新型使用电池110供电。

使用时，使用者通过触摸显示屏108或者麦克风114发生命令，中央处理器120控制激光发生器104发生激光，激光经过第一光学透镜1061收集和准直，然后透过第一滤光片1062入射到第二光学透镜1063，由第二光学透镜1063聚焦到容腔中的样品103上，使得样品103激发拉曼散射光，第二光学透镜1063采集该拉曼散射光，并对拉曼散射光进行准直后被第一滤光片1062反射以滤除瑞利散射和由样品103反射的激光。位于第一滤光片1062之后的第二滤光片1064用于进一步从拉曼散射光中滤除瑞利散射。滤波后的拉曼散射光经第三光学透镜1065聚焦并输入光谱仪107进行光谱分析。

盖体111封闭腔体101，使得容腔完全封闭以防止激光泄露于壳体102之外。这样本实施例的激光在操作时完全封闭在壳体102之内，从而使整个装置达到第一级的激光安全水平，即使普通的操作人员也可以安全地使用本实施例所述的装置。

触摸显示屏108作为显示拉曼光谱和接收用户输入的用户交互界面。触摸显示屏108优选为无需背光就能工作的有机发光二极管显示屏。该触摸显示屏108具有较快的显示速度、较宽的视角、更准确的色彩重现、更出色的对比度、和更高的亮度，使其可以兼用于黑暗和明亮环境。而且，有机发光二极管显示屏的低功耗进一步延长了本实施例的电池寿命。利用触摸显示屏108还可以实现其它功能，例如浏览文件列表、光谱的缩放、输入光谱的信息、浏览用户菜单和提供实时帮助信息等等。

另外，本实施例还可配备麦克风114以实现语音输入。用户的口头指令通过识别后与光谱测量和分析的常用指令集相比较，并显示最相匹配的指令列表以供用户选择。语音识别和输入系统使用现有技术。光谱仪的设置，如激光功率、积分时间等的数据输入可以以类似的方式进行。除了语音输入系统，本实施例可配备电容式手写笔，以协助用户通过虚拟键盘或手写字符识别系统进行数据和文字输入。为了进一步减少数据录入的负担，本实施例配备了扫码器115以读入具有条码或二维码的待测样品103的有关数据。待测样品103的拉曼光谱可以与其条码或二维码信息结合起来，以进行分类归档。

本实施例还包括无线通信模块116。通过无线通信模块116，本实施例可以将得到的拉曼光谱传输到外部数据中心进行分析，并与光谱数据库相比较，以完成对样本的鉴定。这种方法允许把光谱数据库存储在外部数据中心而不是在本实施例中，从而节省了大量存储空间。此外，通过无线通信可以使用外部远程控制单元对本实施例进行远程控制。外部远程控制单元可包括平板电脑或智能手机等。为了监测待测样品103的状态，本实施例还可配备成像传感器117以采集样品103的图像并通过无线通信模块116将图像发送到外部远程控制单元上。本实施例还可包括一个定位传感器118，如GPS传感器，以确定其地理位置。获得的地理位置信息可以报告到控制中心，从而将样品103的拉曼光谱与其地理位置联系起来。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1基本相同，但是，样品103设置于壳体102外部，而不是容腔内，所述的容腔内设置长距离传输光学附件，长距离传输光学附件用于将光学组件处传输来的激光传输至壳体102的外部。

所述的长距离传输光学附件包括：准直光学透镜1091和聚焦光学透镜1092，其中，准直光学透镜1091设置于靠近光学组件处，准直光学透镜1091用于将光学组件传输来的激光进行准直，聚焦光学透镜1092正对准直光学透镜1091设置。所述的容腔设置第二透明容器109，准直光学透镜1091和聚焦光学透镜1092均设置于第二透明容器109内，第二透明容器109凸出于壳体102的端面设置，聚焦光学透镜1092设置于凸出的部分。

使用时，前部分与实施例1相同，准直光学透镜1091收集到第二光学透镜1063传输的激光，将该激光重新进行准直，聚焦光学透镜1092接收到准直光学透镜1091传输的激光，将激光聚焦至壳体102外部的样品103，在样品103上产生拉曼散热光，拉曼散射光经过原路返回至第二光学透镜1063，再按照实施例1的路线传输至光谱仪107进行光谱分析。其他部分与实施例1相同。

实施例3

如图3所示，本实施例不包括触摸显示屏108，而是通过无线通信模块116与外部远程控制单元112进行无线通信，并通过该外部远程控制单元112显示拉曼光谱和接收用户输入对本实施例的操控。无线通信模块116可采用蓝牙、Wi-Fi或蜂窝等等。外部远程控制单元112可包括平板电脑或智能手机等等。其他部分与实施例1相同。

本实用新型采用封闭的容腔，可以使得激光在壳体102封闭的环境下进行样品103检测，激光不会泄露到壳体102的外部，从而保证了使用者的安全。在使用者具备一定安全训练的情况下，本实用新型提供了一种适应于测量大尺寸或无法置于容腔中的样品103的技术方案，就是采用长距离传输光学附件109，将激光从壳体102内传输至壳体102外的样品103。综上，本实用新型提供了一种安全的手持式拉曼光谱分析仪。

本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。

Claims (20)

1.一种手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，包括：壳体、设置于壳体内的容腔、设置于壳体内的激光发生器、设置于壳体内的光学组件和设置于壳体内的光谱仪，其中，容腔为可封闭结构，激光发生器用于发生激光，光学组件位于激光发生器和容腔之间，光学组件用于将激光发生器发生的激光输入至容腔，并将产生的拉曼散射光传输至光谱仪。

2.根据权利要求1所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的容腔设置于壳体的一端，容腔朝向壳体外部的一端面为不透光材质，容腔朝向光学组件的一端面为透光材质。

3.根据权利要求2所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的容腔包括腔体和盖体，其中，腔体为壳体端部向内凹入所形成，盖体与腔体连接，盖体为不透光材质，腔体朝向光学组件的一端面为透光材质。

4.根据权利要求3所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的腔体内设置第一透明容器，第一透明容器用于容纳样品。

5.根据权利要求1所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的容腔内设置长距离传输光学附件，长距离传输光学附件用于将光学组件处传输来的激光传输至壳体的外部。

6.根据权利要求5所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的长距离传输光学附件包括：准直光学透镜和聚焦光学透镜，其中，准直光学透镜设置于靠近光学组件处，准直光学透镜用于将光学组件传输来的激光进行准直，聚焦光学透镜正对准直光学透镜设置。

7.根据权利要求6所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的容腔设置第二透明容器，准直光学透镜和聚焦光学透镜均设置于第二透明容器内，第二透明容器凸出于壳体的端面设置，聚焦光学透镜设置于凸出的部分。

8.根据权利要求1所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的光学组件包括：第一光学透镜、第一滤光片、第二光学透镜、第二滤光片和第三光学透镜，其中，第一光学透镜、第一滤光片和第二光学透镜顺次排列且相互对准设置，第一光学透镜对准激光发生器，第二光学透镜对准容腔，第一滤光片倾斜设置，第三光学透镜对准光谱仪设置，第二滤光片设置于第一滤光片和第三光学透镜之间。

9.根据权利要求1所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的激光发生器采用体布拉格光栅稳定输出的半导体激光器。

10.根据权利要求1所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，还包括中央处理器，中央处理器设置于壳体内，中央处理器与光谱仪和激光发生器相连。

11.根据权利要求10所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，还包括触摸显示屏，触摸显示屏设置于壳体的表面，触摸显示屏与中央处理器相连，触摸显示屏为有机发光二极管显示屏。

12.根据权利要求10所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，还包括麦克风，麦克风设置于壳体表面，麦克风与中央处理器相连。

13.根据权利要求11所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，还包括电容式手写笔，电容式手写笔用于在触摸显示屏上操作。

14.根据权利要求10所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，还包括扫码器，扫码器设置于壳体表面，扫码器与中央处理器相连。

15.根据权利要求10所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，还包括无线通信模块，无线通信模块设置于壳体内，无线通信模块与中央处理器相连，无线通信模块与外部数据中心相连。

16.根据权利要求15所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的无线通信模块与外部远程控制单元相连。

17.根据权利要求16所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的无线通信模块为蓝牙、Wi-Fi或蜂窝。

18.根据权利要求15所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，还包括成像传感器，成像传感器设置于壳体表面，成像传感器与无线通信模块相连。

19.根据权利要求18所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，所述的成像传感器包括数码相机。

20.根据权利要求1所述的手持式拉曼光谱分析仪，其特征在于，还包括定位传感器，定位传感器设置于壳体内或壳体表面。