一种便携式拉曼光谱爆炸物识别仪的制作方法
【专利摘要】为了克服现有技术中对爆炸物识别仪的使用地域和便携性的限制，本发明提供了一种便携式拉曼光谱爆炸物识别仪。本发明中的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪简化了激光源和探测器的结构，极大地提高了拉曼光谱爆炸物识别仪的便携性。本发明将分析单元集成入拉曼光谱仪，同时对分析单元的结构进行了特别的优化，并在此基础上形成了便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，极大地便利了拉曼光谱仪的携带。
【专利说明】一种便携式拉曼光谱爆炸物识别仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种物质分析仪器，尤其涉及一种便携式拉曼光谱爆炸物识别仪。
【背景技术】
[0002]当今世界，反恐反暴已经成为保障人民安居乐业和国家经济社会正常运转的重要内容。恐怖和暴力袭击中，爆炸物因为其强大的破坏力，属于各国严格防范的物品。为了公共安全等安全目的，在机场、车站等公共场所以及其它特定场所进行爆炸物检测越来越彰显出其必要性。爆炸物一般由炸药、引爆装置和填充物、包裹物等构成。
[0003]目前常用的爆炸物探测技术有探测炸药本身(如离子迁移谱)，有探测引爆装置(如金属探测)，还有探测爆炸物形状(如单能X光)，当然也有能同时探测炸药和包裹形状(如双能X光)。其中炸药探测有痕量炸药和常量炸药探测之分，痕量炸药探测是通过分析炸药挥发出来的蒸气或者残留在物体表面的炸药颗粒来实现，而常量炸药探测所需的炸药有一定质量和体积，一般通过炸药的等效原子序数、密度、外形特征等方式来实现。
[0004]炸药蒸气或者炸药受到激光照射时会吸收或发射某些特定波长的激光，这些吸收或发射光谱具有指纹特征，与原光谱库比对就可以判断出是否存在炸药。具有这种探测能力的激光光谱技术主要有拉曼光谱、激光诱导荧光光谱和光声光谱等。
[0005]拉曼散射是光散射现象的一种，单色光束的入光光子与分子相互作用时可发生弹性碰撞和非弹性碰撞，在弹性碰撞过程中，光子与分子间没有能量交换，光子只改变运动方向而不改变频率，这种散射过程称为瑞利散射。而在非弹性碰撞过程中，光子与分子之间发生能量交换，光子不仅仅改变运动方向，同时光子的一部分能量传递给分子，或者分子的振动和转动能量传递给光子，从而改变了光子的频率，这种散射过程称为拉曼散射。拉曼谱线的数目、位移值的大小和谱带的强度等都与物质分子的振动和转动有关，这些信息都反映了分子的构象及其所处的环境。
[0006]申请号为CN201010249416.9的发明专利申请公开了一种简易型拉曼远距离爆炸物检测仪，所述检测仪包括激光器、望远系统、光纤耦合装置、光纤分束器、光滤波器、光探测器和数据处理单元。该检测仪虽然结构简单，但没有充分体现出体积小的结构，导致实际使用过程中不便于携带。
[0007]申请号为CN201210115490.0的发明专利申请公开了一种物品快速检测的便携式拉曼光谱测量装置和系统。该拉曼光谱测量装置包括至少一个光源，用于输出激发被检测物品产生拉曼散射光的激发光；分析装置，用于获得被检测物品的拉曼光谱。该拉曼光谱测量装置还包括至少一个检测终端，每个检测终端至少包括一个拉曼探头，将激发光引导至被检测物品，并将被检测物品产生的拉曼散射光传送回检测中心。该拉曼光谱测量装置还包括一个条形码扫描设备，一个将条形码、拉曼光谱信息等直接上传至信息中心服务器的网络设备。该结构中，虽然简化了分析设备，但是，在地铁站等无线信号不稳定的区域，很有可能出现爆炸物所处位置的无线信号较弱，信息无法及时传达的问题。因此，这种便携性设计带来的仪器分析性能是不稳定和不可靠的。
【发明内容】
[0008]本发明针对所述技术问题，设计开发了一种便携式拉曼光谱爆炸物识别仪。本发明中的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪简化了激光源和探测器的结构，极大地提高了拉曼光谱爆炸物识别仪的便携性。
[0009]本发明提供的技术方案为:
[0010]一种便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，包括:测试单元，其包括有激光器、光纤探测器以及样品测试台，所述样品测试台上承载待识别的爆炸物样品；分析单元，包括分析模块和成像单元，其中，所述激光器、光纤探测器、所述分析模块和所述成像单元依次连接，所述光纤探测器包括一个分析单元以及两端分别连接该子单元和DMD探头的探测光纤，还包括一端连接有分析单元且具有DMD接口的具有DMD接口的发射光纤。进一步地，所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪被集成在箱体内，且所述箱体下方设置有轮子。进一步地，所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪中，所述探测器位于所述箱体外侧，其中，所述箱体在与所述样品测试台对应的位置设置有隙缝，所述样品测试台通过所述隙缝与所述箱体的外部相通。进一步地，所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，还包括:控制芯片，其中，所述测试单元连接于所述控制芯片，所述测试单元受所述控制芯片控制，所述激光器向所述探测器发出激光，所述分析模块对拉曼信号进行采集和分析，所述成像单元显示拉曼谱图。进一步地，所述激光器向所述显微镜光学系统发出激光，所述显微镜光学系统将激光聚焦于位于所述样品测试台的载玻片上的样品，并将拉曼信号传递给所述分析单元。
[0011 ] 进一步地，所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，还包括:电源芯片，所述电源芯片连接于所述控制芯片，同时连接于所述测试单元和分析单元，所述电源芯片受所述控制芯片控制，向所述测试单元供电，或所述电源芯片受所述控制芯片控制，同时向所述测试单元和分析单元供电。进一步地，所述的分析单元包括一个金属套管以及设置在金属套管内的滤光装置以及设置在滤光装置一侧的反射装置；所述探测光纤与分析单元连接的一端插入金属套管至滤光装置另一侧；所述具有DMD接口的发射光纤与分析单元连接的一端插入金属套管至滤光装置另一侧。
[0012]进一步地，所述探测光纤为6根，以具有DMD接口的发射光纤为中心围绕该发射光纤呈圆形排列。进一步地，所述滤光装置包括一环形长通滤光片以及设置在长通滤光片中部圆孔处并与圆孔内壁接触的带通滤光片，所述探测光纤插入金属套管的一端与长通滤光片接触；所述具有DMD接口的发射光纤插入金属套管的一端与带通滤光片接触，所述金属套管内壁设有一安置孔，所述反射装置包括一设置在金属套管内位于滤光装置一侧的光路以及设置在光路下方金属套管内壁的安置孔内的镀膜球透镜，所述光路与金属套管内壁呈45°倾斜设置。
[0013]本发明的有益效果:本发明将分析单元集成入拉曼光谱仪，同时对分析单元的结构进行了特别的优化，并在此基础上形成了便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，极大地便利了拉曼光谱仪的携带。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪的内部结构示意图。
[0015]图2为本发明的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪的分析单元光路图。
[0016]图3为本发明的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪的光路结构图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0018]如图1所示，本发明提供一种便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，包括:测试单元，其包括有激光器3、光纤探测器；分析单元，包括分析模块2和成像单元；以及样品测试台，所述样品测试台上承载待识别的爆炸物样品。激光器3、光纤探测器、分析模块2和成像单元依次连接，其中，所述光纤探测器包括一个分析单元以及两端分别连接该子单元和DMD探头的探测光纤，还包括一端连接有分析单元且具有DMD接口的具有DMD接口的发射光纤。
[0019]所述便携式拉曼光谱爆炸物识别仪就是在拉曼光谱测试单元上集成了分析单元。所述测试单元包含了激光器3、探测器、分析模块2和成像单元(未示出)，并且，所述四部分依次连接。其中，成像单元集成于分析模块2内部。使用测试单元进行在线检测时，激光器3生成的激光经由探测器8照射于样品表面，探测器同时对来自于样品表面的散射光进行收集，并传递至分析模块2对此拉曼信号进行采集和分析，分析结果经由成像单元以拉曼谱图的形式显示于显示器。
[0020]所述分析过程主要是针对样品量较大的情况，在样品量较小时，则启动显微镜。使用显微镜时，激光器3所发生的激光进入显微镜光学系统6的光路,承载有样品的载玻片位于样品测试台7,显微镜光学系统6对激光聚焦，并将照射于样品，样品散射光再经由显微镜光学系统6传递至分析模块2，从而可对拉曼信号进行采集和分析，分析结果由第二成像模块I以拉曼谱图的形式显示于显示器。显微镜光学系统6对激光具有聚焦功能，缩小检测区域，也就降低了对样品量的需要。
[0021]一般情况下，便携式拉曼光谱爆炸物识别仪不具备显微镜，本发明的便携式拉曼光谱仪集成了显微镜，实现了对样品表面的毫米级检测，使得便携式拉曼光谱仪在现场检测中的应用更加广泛。
[0022]在一个实施例中，测试单元和分析单元的工作过程均依赖于控制芯片4。测试单元所包含的激光器3、分析模块2以及成像单元均连接于控制芯片4，受控制芯片4的控制，激光器3向探测器发出激光，分析模块2对来自于样品的散射光进行采集和分析，而成像是依靠成像单元实现，通过第一成像模块将拉曼谱图显示于显示器。
[0023]通过控制芯片4控制显微镜进入工作状态。在一个实施例中，显微镜光学系统6采用共焦显微技术。因此，分析单元还含有扫描装置，扫描装置实现了对样品的扫描观测，与共焦显微技术一起，对样品进行无损地分层扫描，达到“光学切片”的效果，对样品进行三维的逐点、逐行、逐层的微区分析。通过显微镜光学系统6的共焦针孔的拉曼信号，经会聚，至分析模块2的单色仪的入口狭缝，由单色仪分光、成像，通过第二成像模块I显示为拉曼谱图，形成所谓样品物质组分分布的“地形图”。这其中，显微镜光学系统6的工作过程的控制、扫描装置的工作过程的控制、以及成像单元与第二成像模块之间的切换都是由控制芯片4实现。
[0024]进一步地，所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪被集成在箱体100内，且所述箱体下方设置有轮子(未不出)。
[0025]所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，还包括:控制芯片5，其中，所述测试单元连接于所述控制芯片5，所述测试单元受所述控制芯片5控制，所述激光器3向所述探测器发出激光，所述分析模块2对拉曼信号进行采集和分析，所述成像单元显示拉曼谱图，并且，所述分析单元也连接于所述控制芯片5，所述分析单元受所述控制芯片5控制，所述激光器3向所述显微镜光学系统6发出激光,所述显微镜光学系统6将激光聚焦于位于所述样品测试台11的载玻片上的样品，并将拉曼信号传递给所述分析模块2。
[0026]所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，还包括:电源芯片4，所述电源芯片4连接于所述控制芯片5，同时连接于所述测试单元和分析单元，所述电源芯片4受所述控制芯片5控制，向所述测试单元供电，或所述电源芯片4受所述控制芯片5控制，同时向所述测试单元和分析单元供电。
[0027]如图2所示，分析单元包括一个内壁设置有有机填充树脂层28的金属套管23以及设置在金属套管23内的滤光装置以及设置在滤光装置一侧的反射装置；探测光纤29与分析单元连接的一端插入金属套管23至滤光装置另一侧；具有DMD接口的发射光纤20与分析单元连接的一端插入金属套管23至滤光装置另一侧，金属套管23内还设有一松套管27，所述探测光纤29和具有DMD接口的发射光纤20插入金属套管23内的一端均设置在松套管27内，所述松套管27外壁与金属套管23内壁之间设有机填充树脂层8
[0028]滤光装置包括一环形长通滤光片26以及设置在长通滤光片26中部圆孔处并与圆孔内壁接触良好的带通滤光片21，探测光纤29插入金属套管23的一端与长通滤光片26接触；具有DMD接口的发射光纤20插入金属套管23的一端与带通滤光片21接触，金属套管23内壁设有一安置孔，所述反射装置包括一设置在金属套管23内位于滤光装置一侧的光路22以及设置在光路22下方金属套管23内壁的安置孔内的镀膜球透镜24，所述光路22与金属套管23内壁呈45°倾斜设置。
[0029]在本实施例中，镀膜球透镜24直径是1.5mm，所述安置孔直径小于镀膜球透镜24直径，探测光纤直径为400 μ m,所述具有DMD接口的发射光纤直径为150 μ m。金属管的长度为3cm，外部包裹着一层医用软套管，总直径为2.6_。探头外连光纤由软金属套管和医用软套管包裹。
[0030]装配时，首先将DMD接口通过光纤连接到一光纤激光器上，将SMA 905接口连接到拉曼光谱仪上，本实施例中，光纤激光器发射光采用波长为785nm的激光束，长通滤光片26米用可以过滤波长小于785nm光束的滤光片。
[0031]本实施例中光的具体路径为:785nm激光经由具有DMD接口的发射光纤20穿过带通滤光片21水平射在光路22上，经过光路22的反射穿过镀膜球透镜24，镀膜球透镜24把平行的激发光汇聚打到待测样品25上。从待测样品25上反射回来的拉曼光信号再由镀膜球透镜24收集成平行光入射在光路22上，经由光路22的反射水平入射到长通滤光片26上，再经由探测光纤29收集到光谱仪中。
[0032]如图3所示，光路包括光纤连接器31、入射狭缝32、凹面反射镜33、分光元件34、凹面聚焦镜35和高灵敏度DMD阵列探测器36，待测光信号由光纤连接器31接入光谱仪，所述光纤连接器31的输出光路上装有入射狭缝32，光信号从入射狭缝32射出后射到凹面反射镜33上，光信号经凹面反射镜33反射至分光元件34，分光元件34将入射光信号在不同方向上分散成波长不同的单色光，单色光射到凹面聚焦镜35上，由凹面聚焦镜5会聚并反射到高灵敏度DMD阵列探测器36上，所述分光元件34为大角色散元件，其角色散率为10-2rad/nm。其中，出射到探测器36的光线可以通过反射镜等的角度调整而变为水平。
[0033]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【权利要求】
1.一种便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，包括:测试单元，其包括有激光器、光纤探测器以及样品测试台，所述样品测试台上承载待识别的爆炸物样品；分析单元，包括分析模块和成像单元，其特征在于，所述激光器、光纤探测器、所述分析模块和所述成像单元依次连接，所述光纤探测器包括一个分析单元以及两端分别连接该子单元和DMD探头的探测光纤，还包括一端连接有分析单元且具有DMD接口的具有DMD接口的发射光纤。
2.根据权利要求1的识别仪，其特征在于，所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪被集成在箱体内，且所述箱体下方设置有轮子。
3.根据权利要求1的识别仪，其特征在于，所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪中，所述探测器位于所述箱体外侧，其中，所述箱体在与所述样品测试台对应的位置设置有隙缝，所述样品测试台通过所述隙缝与所述箱体的外部相通。
4.根据权利要求1的识别仪，其特征在于，所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，还包括:控制芯片，其中，所述测试单元连接于所述控制芯片，所述测试单元受所述控制芯片控制，所述激光器向所述探测器发出激光，所述分析模块对拉曼信号进行采集和分析，所述成像单元显示拉曼谱图。
5.根据权利要求1的识别仪，其特征在于，所述激光器向所述显微镜光学系统发出激光，所述显微镜光学系统将激光聚焦于位于所述样品测试台的载玻片上的样品，并将拉曼信号传递给所述分析单元。
6.根据权利要求1的识别仪，其特征在于，所述的便携式拉曼光谱爆炸物识别仪，还包括:电源芯片，所述电源芯片连接于所述控制芯片，同时连接于所述测试单元和分析单元，所述电源芯片受所述控制芯片控制，向所述测试单元供电，或所述电源芯片受所述控制芯片控制，同时向所述测试单元和分析单元供电。
7.根据权利要求1的识别仪，其特征在于，所述的分析单元包括一个金属套管以及设置在金属套管内的滤光装置以及设置在滤光装置一侧的反射装置；所述探测光纤与分析单元连接的一端插入金属套管至滤光装置另一侧；所述具有DMD接口的发射光纤与分析单元连接的一端插入金属套管至滤光装置另一侧。
8.根据权利要求7的识别仪，其特征在于，所述探测光纤为6根，以具有DMD接口的发射光纤为中心围绕该发射光纤呈圆形排列。
9.根据权利要求8的识别仪，其特征在于，所述滤光装置包括一环形长通滤光片以及设置在长通滤光片中部圆孔处并与圆孔内壁接触的带通滤光片，所述探测光纤插入金属套管的一端与长通滤光片接触；所述具有DMD接口的发射光纤插入金属套管的一端与带通滤光片接触，所述金属套管内壁设有一安置孔，所述反射装置包括一设置在金属套管内位于滤光装置一侧的光路以及设置在光路下方金属套管内壁的安置孔内的镀膜球透镜，所述光路与金属套管内壁呈45°倾斜设置。
【文档编号】G01N21/65GK104458697SQ201410745204
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】许驰 申请人:成都鼎智汇科技有限公司