一种基于单反相机的光谱分析系统的制作方法

本发明涉及一种基于单反相机的光谱分析系统。

背景技术：

目前实验室所具备的光谱分析系统主要有3个缺点：1、结构复杂，系统光路部分需要实现自动对焦与成像功能，在搭建及调整过程中非常复杂，需要较强的专业知识才能完成；2、仪器成本高，器件造价昂贵，在市场购买一套光谱分析系统花费太大；3、系统体积大，不便于携带，对于一些采样难度较高的物体就无法实现。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供了一种基于单反相机的光谱分析系统，其通过借助单反相机的成像和对焦功能，使得光路调节更简便，整个光谱分析系统的搭建也较为便利；利用胶片单反相机的自动对焦功能实现了对激光的快速聚焦，提高了系统的工作效率，缩短了搭建系统的时间，大幅降低成本，将现有最为复杂的部分使用集成度较高的单反相机代替；将单反相机运用于该系统后，光路部分的简化直接使整体体积较小，且便于携带；其采用的技术方案如下：

一种基于单反相机的光谱分析系统，包括激光器、单反相机、光路耦合模块、电路时序控制模块和光谱仪，所述激光器、光路耦合模块和单反相机依次排列，且经过同一光路；所述电路时序控制模块与单反相机的快门电连接，且通过电路时序控制模块控制单反相机的快门的通断；所述光路耦合模块与光谱仪通过光纤相连，所述激光器发出的光线经过光路耦合模块至单反相机，光线汇聚至单反相机的焦平面上，通过电路时序控制模块控制单反相机的快门开启，光线通过单反相机的自动对焦聚焦到待测物上，待测物表面激发的光信号按相同线路返回至光路耦合模块，经光路耦合模块汇集并收集于光纤上，通过光谱仪进行成份分析。

在上述技术方案的基础上，所述光路耦合模块包括第一透镜、第二透镜和二向色镜，所述第一透镜和第二透镜相互垂直，且第一透镜与快门相平行；所述二向色镜倾斜放置，其能够透过激光器发出的光线，对第一透镜进行反射返回的信号光线。

在上述技术方案的基础上，还包括扩束镜，其设置于激光器与二向色镜之间。

在上述技术方案的基础上，还包括用于显微镜，其设置于光路耦合模块与光纤之间的光线上。

在上述技术方案的基础上，所述电路时序控制模块包括时间继电器，通过开启时间继电器触发单反相机打开快门。

在上述技术方案的基础上，还包括观测待测物的成像模块，其包括成像镜头、摄像头和显示屏，待测物反射的光线通过单反相机至成像镜头，并通过摄像头传递至显示屏。

本发明具有如下优点：通过借助单反相机的成像和对焦功能，使得光路调节更简便，整个光谱分析系统的搭建也较为便利；利用单反相机的自动对焦功能实现了对激光的快速聚焦，提高了系统的工作效率，缩短了搭建系统的时间，大幅降低成本，将现有最为复杂的部分使用集成度较高的单反相机代替；将单反相机运用于该系统后，光路部分的简化直接使整体体积较小，且便于携带。

附图说明

图1：本发明的示意图；

图2：本发明所述待测物成像的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本实施例的一种基于单反相机的光谱分析系统，包括激光器1、单反相机2、光路耦合模块3、电路时序控制模块4和光谱仪5，所述激光器1、光路耦合模块3和单反相机2依次排列，且经过同一光路；所述电路时序控制模块4与单反相机2的快门电连接，且通过电路时序控制模块4控制单反相机2的快门的通断；所述光路耦合模块3与光谱仪5通过光纤相连，所述激光器1发出的光线经过光路耦合模块3至单反相机2，光线汇聚至单反相机2的焦平面上，通过电路时序控制模块4控制单反相机2的快门开启，光线通过单反相机2的自动对焦聚焦到待测物100上，待测物100表面激发的光信号按光路可逆原理，经相同线路返回至光路耦合模块3，经光路耦合模块3汇集并收集于光纤上，通过光谱仪5进行成份分析。

所述成份分析包括元素、分子基团、有机物、无机物的成份分析以及物质分析。

优选的，所述光路耦合模块3包括第一透镜3-1、第二透镜3-2和二向色镜3-3，所述第一透镜3-1和第二透镜3-2相互垂直，且第一透镜3-1与快门2-1相平行；所述二向色镜3-3倾斜放置，其能够透过激光器1发出的光线，对第一透镜3-1进行反射返回的信号光线。

优选的，还包括扩束镜6，其设置于激光器1与二向色镜3-3之间。

优选的，还包括用于显微镜(图中未示出)，其设置于光路耦合模块3与光纤之间的光线上。

优选的，光路耦合模块与光谱仪之间，实际是第二透镜聚焦至光纤端口上(图中未示出)，光纤与光谱仪连接。

进一步，所述电路时序控制模块4包括时间继电器，通过开启时间继电器触发单反相机打开快门。

更进一步，还包括观测待测物的成像模块，其包括成像镜头7、摄像头8和显示屏9，待测物100反射的光线通过单反相机2至成像镜头7，并通过摄像头8传递至显示屏9。

打开快门后，激光再通过镜头聚焦在待测物体表面一个很小的分析点。在激光照射的光斑区域，样品中的材料被烧蚀剥离，并在样品上方形成发光的等离子体。由于聚焦后的激光功率密度很高，激光聚焦位置处的待测样品，在激光与物质的相互作用下，瞬间被激发形成处于不稳定、激发态、呈电中性的物质粒子团，也就是瞬态等离子体。在瞬态等离子体逐渐冷却的过程中，高能物质粒子团由于能量损失将辐射出原子线、离子线等光线，即为带有物质成分信息的信号光。

打开单反相机，单反相机即刻对待测物体进行自动对焦，并将待测物的图像传递至成像模块且在显示屏显示；对焦完成后，打开激光器，使激光光束通过光路耦合模块最终聚焦在单反相机的焦平面处；然后，打开时间继电器，触发单反相机打开快门，使得激光光束再通过单反相机镜头汇聚在待测物体表面，在表面激发出等离子体的光信号；这些光信号再通过单反相机和光路耦合模块汇聚到光纤上被收集，通过光谱仪进行分析以确定样品的物质成分及含量。

对单反相机的具体改装：1、拆除单反相机的后盖。2、在单反相机机身部位钻孔固定，安装入系统。3、将单反相机视窗与成像镜头和摄像头连接，形成图像，便于观察待测物。4、将快门控制电路与单反相机进行连接，控制快门。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于单反相机的光谱分析系统。其包括激光器、单反相机、光路耦合模块、电路时序控制模块和光谱仪，激光器发出的光线经过光路耦合模块至单反相机，光线汇聚至单反相机的焦平面上，通过电路时序控制模块控制单反相机的快门开启，光线通过单反相机的自动对焦聚焦到待测物上，待测物表面激发的光信号按相同线路返回至光路耦合模块，经光路耦合模块汇集并收集于光纤上，通过光谱仪进行成份分析。通过借助单反相机的成像和对焦功能，使得光路调节更简便，整个光谱分析系统的搭建也较为便利；提高了系统的工作效率，缩短了搭建系统的时间，大幅降低成本，光路部分的简化直接使整体体积较小，且便于携带。

技术研发人员：卢渊;梁可达;何明柯
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2019.06.21
技术公布日：2019.10.22