一种基于拉曼滤波的物质检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于拉曼滤波的物质检测装置，包括光源、拉曼滤波片以及光电传感器，所述光源出射光束入射至待测物质后生成散射光，所述的光源和所述的待测物质之间设置有分光镜，所述散射光经所述分光镜反射后的反射光路上依次设置有所述拉曼滤波片和所述光电传感器。本实用新型的一种基于拉曼滤波的物质检测装置无需分光元件、无需线阵光电传感器，装置结构简单、构建灵活度高、装置体积易于微型化、实现成本低、便于集成和功能扩展。
【专利说明】一种基于拉曼滤波的物质检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光学【技术领域】，涉及一种物质检测装置，特别是一种基于拉曼滤光片滤波的非气态物质检测装置，主要用于食品安全、环境监测、质量控制、生化分析、生命科学、医学医药、节能减排、过程控制、风险评估等领域中的非气态物质检测。
【背景技术】
[0002]非气态物质检测需求广泛存在于食品安全、环境监测、质量控制、生化分析、生命科学、医学医药、节能减排、过程控制、风险评估等领域，并且对相关领域发展起着非常重要的作用。在线技术中，存在基于拉曼的非气态物质检测装置，例如参见褚小立编著的《化学计量学方法与分子光谱分析技术》一书中第331页中提到的便携式非气态物质激光拉曼检测装置有:B&W Tek公司的便携式拉曼光谱仪、Thermo TruScan便携式拉曼光谱仪、Agiltron公司RSL PLUS便携式拉曼光谱仪、美国DeltaNu公司Inspector便携式拉曼光谱仪、Inphotonics公司的InPhotote?便携式拉曼光谱仪此在先技术具有一定优点,但是仍存在一些本质不足系统只均采用含有色散元件的光谱检测原理，检测宽光谱信息，使用线阵光电光感器，导致系统结构复杂、构建灵活度不高、装置体积难于微型化、实现成本高、模块化程度不高、适用范围受影响、不便于集成和功能扩展。
实用新型内容
[0003]本实用新型针对现有技术中存在的技术问题提出了一种基于拉曼滤波的物质检测装置，具体方案如下:
[0004]一种基于拉曼滤波的物质检测装置，包括光源、拉曼滤波片以及光电传感器，所述光源出射光束入射至待测物质后生成散射光，所述的光源和所述的待测物质之间设置有分光镜，所述散射光经所述分光镜反射后的反射光路上依次设置有所述拉曼滤波片和所述光电传感器。
[0005]本实用新型的基本构思是:采用拉曼特征谱提取技术，基于拉曼滤光片(窄带滤光片，用于滤光得到特定波段的拉曼散射光)滤波，光源出射光束照射到非气态待测物质，待测物质经入射光作用发生散射效应并出射散射光，激发得到的散射光(沿入射光光路逆向返回)经置于光路中的分光镜反射后光路方向发生改变，反射后的散射光经过拉曼滤光片滤光(特定波段的拉曼散射光透过，其它散射光截止)，拉曼特征光谱光束被过滤出来，由光电传感器接收特征拉曼光谱信息，并经分析后得到被检测物质信息。在光源和待测物质之间设置分光镜可以使激发光和探测器在样品同一侧，便于构建探头式装置且缩短系统光路从而使系统微型化。此装置无需分光元件(将各个波段的光束依不同角度或不同时间分离的器件)、无需线阵光电传感器，装置结构简单、构建灵活度高、装置体积易于微型化、实现成本低、便于集成和功能扩展。
[0006]作为优选，所述的待测物质外围罩设有轴线位于所述光路上的且开口朝向所述光源方向的旋转抛物面，所述待测物位于所述旋转抛物面的焦点区域。激发得到的散射光(向各个方向发散传播)经置于待测物质外围的旋转抛物面反射后朝向入射光光路方向传播，该旋转抛物面用于聚焦富集所产生的拉曼散射光。
[0007]作为优选，所述的光源与所述的分光镜之间设有光束整形装置。光束整形装置用于对光源出射光束进行整形，如扩束、准直等，以满足系统对光源出射光束的要求。
[0008]作为优选，所述的分光镜和所述的待测物质之间设有第一聚焦透镜。该第一聚焦透镜的作用包括两方面，一方面，当入射光束透过分光镜后投射到待测物质之前，第一聚焦透镜可将入射光束聚焦至待测物质放置区域，以增强散射效应；另一方面，当散射效应发生后，散射光沿各个方向散射，此时第一聚焦透镜可将沿入射光束光路逆向一侧传播的散射进行聚焦，并使散射光聚焦至分光镜上，从而使更多的散射光进入后续光学系统，以使检测结果显著。
[0009]作为优选，所述的分光镜和所述的拉曼滤波片之间设有第二聚焦透镜。该第二聚焦透镜置于分光镜之后用于聚焦散射光，其本质在于收集更多的拉曼散射光进入后续光路系统，以进一步提高装置光信号强度，改善装置检测性能。
[0010]作为优选，所述的滤波片抵贴于所述的光电传感器的受光面，且所述滤波片的尺寸大于所述光电传感器的受光面的尺寸。滤波片紧贴于光电传感器受光面之前并使滤波片的尺寸略大于光电传感器的受光面尺寸，如此设置的目的在于:一方面，尽可能减少滤波片的尺寸以降低系统成本；另一方面，滤除除拉曼特征光谱散射光(目标光束)之外的其他杂光，降低系统噪声。
[0011]作为优选，所述的分光镜与所述光源光束出射光路的夹角为45度。分光镜与光路夹角成45度时便于光路系统的外部结构设计。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的优点:
[0013]现有技术采用含有色散元件的光谱检测原理，检测宽光谱信息，使用线阵光电光感器，导致系统结构复杂、构建灵活度不高、装置体积难于微型化、实现成本高、模块化程度不高、适用范围受影响、不便于集成和功能扩展。本实用新型采用拉曼特征谱提取技术，基于拉曼滤波片滤波，散射光经过拉曼滤波片，特征光谱光束被过滤出来，由光电传感器接收到特征拉曼光谱信息，得到待测物质信息，因此，此装置无需分光元件、无需线阵光电传感器，装置结构简单、构建灵活度高、装置体积易于微型化、实现成本低、便于集成和功能扩展。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的一种基于拉曼滤波的物质检测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
[0016]如图1所示为本实用新型实施例的一种基于拉曼滤波的物质检测装置结构示意图，包括激光器1，沿激光器I出射光束方向上依次设置有光束整形装置2、分光镜3、第一聚焦透镜4、待测物质5以及罩设在待测物质5之外的旋转抛物面9，待测物质5位于旋转抛物面5的焦点区域；激光器I出射光束经光束整形装置2整形后先透过分光镜3并经第一聚焦透镜4聚焦至待测物质5所在区域，待测物质5经入射光激发后发生散射效应向各个方向发出散射光，散射光经旋转抛物面9反射后沿入射光路逆向一侧传播并经第一聚焦透镜4聚焦收集后投射到分光镜3的反射面并发生反射，在散射光的反射光路方向上依次设有第二聚焦透镜6、拉曼滤波片7以及光电传感器8，经分光镜3反射后的散射光经第二聚焦透镜6聚焦至光电传感器8的受光面，光电传感器8的受光面前紧贴有尺寸略大于受光面尺寸的拉曼滤波片，拉曼滤波片7用于滤除除具有拉曼特征光谱的拉曼散射光之外的其他光束，包括其他散射光(如瑞利散射光)和环境杂光，光电传感器8通过受光面接收到特征拉曼光谱信息，并分析得到待测物质信息。
[0017]其中，激光器I采用二极管激光器，波长为785纳米；分光镜3与入射光路的夹角为45度；拉曼滤波片7采用干涉型窄带滤光片，参数0D5 ;光电探测器8采用雪崩管。
[0018]以上所述的【具体实施方式】对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于拉曼滤波的物质检测装置，包括光源、拉曼滤波片以及光电传感器，所述光源出射光束入射至待测物质后生成散射光，其特征在于，所述的光源和所述的待测物质之间设置有分光镜，所述散射光经所述分光镜反射后的反射光路上依次设置有所述拉曼滤波片和所述光电传感器。
2.根据权利要求1所述的一种基于拉曼滤波的物质检测装置，其特征在于，所述的待测物质外围罩设有轴线位于所述光路上且开口朝向所述光源方向的旋转抛物面，所述待测物质位于所述旋转抛物面的焦点区域。
3.根据权利要求1所述的一种基于拉曼滤波的物质检测装置，其特征在于，所述的光源与所述的分光镜之间设有光束整形装置。
4.根据权利要求1所述的一种基于拉曼滤波的物质检测装置，其特征在于，所述的分光镜和所述的待测物质之间设有第一聚焦透镜。
5.根据权利要求1所述的一种基于拉曼滤波的物质检测装置，其特征在于，所述的分光镜和所述的拉曼滤波片之间设有第二聚焦透镜。
6.根据权利要求1所述的一种基于拉曼滤波的物质检测装置，其特征在于，所述的滤波片抵贴于所述的光电传感器的受光面，且所述滤波片的尺寸大于所述光电传感器的受光面的尺寸。
7.根据权利要求1所述的一种基于拉曼滤波的物质检测装置，其特征在于，所述的分光镜与所述光源光束出射光路的夹角为45度。
【文档编号】G01N21/65GK204028004SQ201420425128
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】高秀敏, 樊兆华 申请人:高秀敏