专利名称：基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪以及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种光谱检测仪，尤其是一种基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪以及检测方法。
背景技术：
拉曼光谱检测技术是使用激光得到物质分子层面的光谱信息，通过数据库对比分析待测物质的成分和浓度的技术，在无损物性分析及鉴别上具有强大的能力。由于其快速、准确的检测性能和无需样品制备、适于现场使用的特点，该技术目前已被广泛应用于食品安全检测、药品检验、毒品侦测、司法鉴定、珠宝鉴定和环境检测等领域。国外厂家如Thermo, Ocean Optics, B&ff TEK等已推出了多款便携式拉曼光谱产品,被广泛应用于药厂的原料检测等方面。但这些产品的价格高，在国内市场上还难以推广。目前的便携式拉曼检测仪中一般使用的是制冷型面阵背照式的CCD来检测样品发出的拉曼散射光，以得到高信噪比的拉曼能谱。但这种制冷型面阵背照式的CCD探测器的成本较高，这也是目前便携式拉曼检测仪价格居高不下的主要原因，同时面阵式CCD探测器由于制作工艺限制容易造成CCD响应不均匀性并对光谱检测带来的不利影响。
发明内容
本发明目的是·:提供一种体积小，携带方便，信噪比高且成本低的基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪。本发明的技术方案是:一种基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，包括激光器，作为样品检测的激光光源；拉曼探头，用于传输激光束到样品，收集样品发出的拉曼散射光并传输到光谱仪；以及光谱仪，用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱；其特征在于，所述光谱仪包括按照拉曼散射光的入射光路依次放置的入射狭缝、准直透镜、色散光栅、聚焦透镜一、数字微镜阵列、消色散光栅、聚焦透镜二以及单点探测器，该单点探测器将接收到的光信号转为电信号并传输至信号处理器。优选地，所述数字微镜阵列包括数个微镜单元，所述微镜单元通过控制电路控制其偏转角度。优选地，所述微镜单元包括平面反射镜、分别用于固定平面反射镜的悬臂以及与悬臂连接的电极板，控制电路通过改变电极板上的电压或电流来调节悬臂转动，同时该悬臂带动平面反射镜偏转角度。优选地，在所述拉曼探头中、用于收集拉曼散射光的光路上设有一截止滤光片，用于过滤瑞利散射光。优选地，所述激光器为半导体激光器，用于产生高功率、窄线宽的激光束。一种基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪检测方法，其特征在于，包括以下步骤:
(I)首先激光器产生高功率、窄线宽的激光束，然后通过拉曼探头照射在待测样品上，同时激发出该样品的拉曼散射光；
(2)拉曼探头收集部分拉曼散射光，同时通过一截止滤光片过滤拉曼散射光中的瑞利散射光；
(3)拉曼散射光通过入射狭缝进入光谱仪，入射拉曼散射光经准直透镜准直后照射到色散光栅上，色散光栅将复色光分解为不同波长的单色光，再经过聚焦透镜一会聚到数字微镜阵列不同位置的微镜单元上；
(4)微镜单元控制电路控制各个微镜单元的偏转角度，并采用阿达玛变换算法对照射到数字微镜阵列上的光进行编码；
(5)编码后的光经过消色散光栅和聚焦透镜二后，形成复色光会聚至单点探测器上；
(6)单点探测器将接收到的光信号转为电信号并传输至信号处理器，信号处理器对其进行阿达玛变换算法的解码，得到不同波长光的光谱信息，从而得到样品的拉曼光谱。本发明的优点是:
1.采用基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，通过数字微镜阵列对光进行阿达玛变换编码，可以提高了该拉曼检测仪的信噪比，同时由于数字微镜阵列的尺寸小，相对的减小了该拉曼检测仪的体积。.采用单点探测器取代传统拉曼检测仪中的制冷型面阵式CCD探测器，由于单点探测器的成本低，大大降低了拉曼检测仪的成本，同时避免了由于该制冷型面阵式CCD探测器响应不均匀带来的不利影响。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明结构示意 图2为本发明微镜单元结构示意 其中:1激光器，2拉曼探头，3样品，4光谱仪，5入射狭缝，6准直透镜，7色散光栅，8聚焦透镜，9数字微镜阵列，10消色散光栅，11聚焦透镜，12单点探测器，13信号处理器，14控制电路，15平面反射镜，16悬臂，17电极板。
具体实施例方式实施例:参照图1、2所示，一种基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，包括激光器1，作为样品3检测的激光光源；拉曼探头2，用于传输激光束到样品3，收集样品3发出的拉曼散射光并传输到光谱仪4 ;以及光谱仪4，用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱；该光谱仪4包括按照拉曼散射光的入射光路依次放置的入射狭缝5、准直透镜6、色散光栅7、聚焦透镜一 8、数字微镜阵列9、消色散光栅10、聚焦透镜二 11以及单点探测器12，该单点探测器12将接收到的光信号转为电信号并传输至信号处理器13 ；该数字微镜阵列9包括数个微镜单元，该微镜单元又包括两平面反射镜15、分别用于固定两平面反射镜15的两悬臂16以及与两悬臂16连接的电极板17，控制电路14通过改变电极板17上的电压或电流来调节悬臂16转动，同时该悬臂16带动平面反射镜15偏转角度；在拉曼探头2中、用于收集拉曼散射光的光路上设有一截止滤光片，用于过滤瑞利散射光，该激光器I为半导体激光器，用于产生高功率、窄线宽的激光束。
参照图2所示，本发明数字微镜阵列9由MEMS工艺制作而成，数字微镜阵列9的微镜单元可以产生±10度的摆角幅度，当使用阿达玛变换算法对光进行编码时，偏转+10度对应“1”，即此光通道为“开”，经过该通道的光可以进入后续光路；偏转-10度对应“0”，即此光通道为“关”，经过该通道的光不能进入后续光路，微镜单元控制电路14控制数字微镜阵列9上各个微镜单元的开关状态，将阿达玛变换算法编码于照射到数字微镜阵列9的光上。本发明采用阿达玛变换算法对光进行编码和解码时，其编码的状态通过数字微镜阵列9的平面反射镜15镜面的不同偏转角度实现。N阶阿达玛变换算法对光编码后得到N个编码信号，单点探测器12每次测量一个编码信号，经过N次测量后，通过信号处理器13把N个编码信号进行解码，还原得到不同波长光强信息。在常规单通道测量中，阿达玛变换多通道检测技术在同一时间里可以同时检测多个分辨单元里组合信号的总强度，在
相同的实验条件下，经N阶阿达玛变换后，信噪比可提高#/2倍，通过数字微镜阵列9进
行阿达玛变换，有效的压抑背景和干扰信号，特别适用于拉曼微弱信号的处理。一种基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪检测方法，包括以下步骤:首先激光器I产生高功率、窄线宽的激光束，然后通过拉曼探头2照射在待测样品3上，同时激发出该样品3的拉曼散射光；拉曼探头2收集部分拉曼散射光，同时通过一截止滤光片过滤拉曼散射光中的瑞利散射光；拉曼散射光通过入射狭缝5进入光谱仪4，入射拉曼散射光经准直透镜6准直后照射到色散光栅7上，色散光栅7将复色光分解为不同波长的单色光，再经过聚焦透镜一 8会聚到数字微镜阵列9不同位置的微镜单元上；微镜单元控制电路14控制各个微镜单元的偏转角度，并采用阿达玛变换算法对照射到数字微镜阵列9上的光进行编码；编码后的光经过消色散光栅10和聚焦透镜二 11后，形成复色光会聚至单点探测器12上；单点探测器12将接收到的光信号转为电信号并传输至信号处理器13，信号处理器13对其进行阿达玛变换算法的解码，得到不同波长光的光谱信息，从而得到样品3的拉曼光谱。以上所述，仅为发明的具体实施方式
。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，包括 激光器(I)，作为样品(3 )检测的激光光源； 拉曼探头(2)，用于传输激光束到样品(3)，收集样品(3)发出的拉曼散射光并传输到光谱仪(4)； 以及光谱仪(4)，用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱； 其特征在于，所述光谱仪(4)包括按照拉曼散射光的入射光路依次放置的入射狭缝(5)、准直透镜(6)、色散光栅(7)、聚焦透镜一(8)、数字微镜阵列(9)、消色散光栅(10)、聚焦透镜二(11)以及单点探测器(12)，该单点探测器(12)将接收到的光信号转为电信号并传输至信号处理器(13)。
2.根据权利要求1所述的基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，其特征在于，所述数字微镜阵列(9)包括数个微镜单元，所述微镜单元通过控制电路(14)控制其偏转角度。
3.根据权利要求2所述的基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，其特征在于，所述微镜单元包括平面反射镜(15)、分别用于固定平面反射镜(15)的悬臂(16)以及与悬臂(16)连接的电极板(17)，控制电路(14)通过改变电极板(17)上的电压或电流来调节悬臂(16)转动，同时该悬臂(16)带动平面反射镜(15)偏转角度。
4.根据权利要求1所述的基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，其特征在于，在所述拉曼探头中、用于收集拉曼散射光的光路上设有一截止滤光片，用于过滤瑞利散射光。
5.根据权利要求1所述的基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，其特征在于，所述激光器(I)为半导体激光器。
6.一种基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪检测方法，其特征在于，包括以下步骤: (I)首先激光器(I)产生高功率、窄线宽的激光束，然后通过拉曼探头(2 )照射在待测样品(3 )上，同时激发出该样品(3 )的拉曼散射光； (2 )拉曼探头(2 )收集部分拉曼散射光，同时通过一截止滤光片过滤拉曼散射光中的瑞利散射光； (3)拉曼散射光通过入射狭缝(5)进入光谱仪(4)，入射拉曼散射光经准直透镜(6)准直后照射到色散光栅(7)上，色散光栅(7)将复色光分解为不同波长的单色光，再经过聚焦透镜一(8)会聚到数字微镜阵列(9)不同位置的微镜单元上； (4)微镜单元控制电路(14)控制各个微镜单元的偏转角度，并采用阿达玛变换算法对照射到数字微镜阵列(9)上的光进行编码； (5 )编码后的光经过消色散光栅(10 )和聚焦透镜二( 11)后，形成复色光会聚至单点探测器(12)上； (6)单点探测器(12)将接收到的光信号转为电信号并传输至信号处理器(13)，信号处理器(13)对其进行阿达玛变换算法的解码，得到不同波长光的光谱信息，从而得到样品(3)的拉曼光谱。
全文摘要
本发明公开了一种基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，包括激光器，作为样品检测的激光光源；拉曼探头，用于传输激光束到样品，收集样品发出的拉曼散射光并传输到光谱仪；以及光谱仪，用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱；其特征在于，所述光谱仪包括按照拉曼散射光的入射光路依次放置的入射狭缝、准直透镜、色散光栅、聚焦透镜一、数字微镜阵列、消色散光栅、聚焦透镜二以及单点探测器，该单点探测器将接收到的光信号转为电信号并传输至信号处理器；本发明的优点在于，采用基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪，通过数字微镜阵列对光进行阿达玛变换编码，可以提高了该拉曼检测仪的信噪比，同时由于数字微镜阵列的尺寸小，相对的减小了该拉曼检测仪的体积。
文档编号G01N21/65GK103245654SQ201310180069
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月15日 优先权日2013年5月15日
发明者张克勤, 殷海玮, 许春 申请人:苏州大学