用于便携式拉曼光谱仪的散热结构和便携式拉曼光谱仪的制作方法

本发明涉及光学测试设备领域，具体的是一种用于便携式拉曼光谱仪的散热结构，还是一种含有该用于便携式拉曼光谱仪的散热结构的便携式拉曼光谱仪。

背景技术：

手持式拉曼光谱仪具有信息丰富、分析能力强、处理速度快、样品无需预处理、使用方便等特点，使其广泛用于水污染检测、毒品走私、大气质量检测、文物鉴别、药品检测等领域。

一般拉曼光谱仪主要由激光光源、样品台、外光路采集系统、内光路、检测器和数据处理系统组成。激光器发出激发光，通过反射镜、聚焦透镜后聚焦至样品。样品的拉曼散射光经反射镜反射后，由透镜准直送入分光元件，再由探测器检测到数据送上位机处理，就可以得到拉曼光谱。由于拉曼光谱信号很微弱，所以对于成像器件提出了更高的要求，阵列探测器光谱仪在工作时会产生很多噪声：包括光子噪声、转移噪声和暗电流噪声等。对于其他的噪声可以通过电路设计将其很好的抑制，但是对于暗电流噪声由于其大小与温度有关，想要提高采集设备的工作性能，控制探测器的工作温度就显得至关重要。半导体制冷法利用半导体的peltier效应，体积小、功耗低，是便携检测仪器最常用的制冷方法。

工作环境温度提高5℃-7℃，探测器的暗电流就会增加一倍，而且随着温度的增加暗电流增长的速度会越来越快，同时，拉曼光谱测量需要较长的积分时间，积分时间的增长也会增加暗电流噪声。因此，需要对探测器进行制冷并做好散热，良好的散热是获得最低冷端温度的先决条件。

技术实现要素：

为了提高散热效果，本发明提供了一种用于便携式拉曼光谱仪的散热结构和便携式拉曼光谱仪，该用于便携式拉曼光谱仪的散热结构能够有效将探测器发热端的热量散出，将探测器控制在-10℃的工作温度，直接提高了便携式拉曼光谱仪的整体性能，并且对仪器进一步小型化，模块化提供了可能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于便携式拉曼光谱仪的散热结构，包括导热块、热管压片、热管和热管固定片，导热块的正面设有凹槽，导热块与热管压片连接，热管的蒸发段固定于凹槽的底面与热管压片之间，热管的冷凝段与热管固定片连接。

导热块呈长条形结构，在以x、y、z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，导热块的长度方向与y轴平行，凹槽的底面平行于x轴和y轴所在的平面。

凹槽的四周含有依次设置的第一围挡部、第二围挡部、第三围挡部和缺口部。

第一围挡部含有沿y轴方向依次设置的第一扇热片、第一固定块、第二扇热片，第一扇热片与第二扇热片平行，第一扇热片平行于x轴和z轴所在的平面，第一固定块内设有第一螺纹孔，第一螺纹孔的轴线与z轴平行。

第二围挡部和缺口部内均设有第一安装通孔，第一安装通孔的轴线与z轴平行，导热块在x轴和z轴所在的平面上的投影呈t型。

第三围挡部含有沿y轴方向依次设置的第一挡片、第二固定块、第三扇热片，第一挡片呈长条形结构，第一挡片的长度方向与y轴平行，第二固定块内设有第二螺纹孔，第二螺纹孔的轴线与z轴平行，第三扇热片平行于x轴和z轴所在的平面。

热管压片呈长方形结构，热管压片的两端通过螺钉分别与第一围挡部和第三围挡部一一对应连接，热管的蒸发段的轴线与y轴平行，热管的蒸发段与凹槽的底面之间连接有导热硅胶片。

热管固定片的断面呈凹字形，热管固定片的两端均设有第二安装通孔，热管的蒸发段位于热管的冷凝段的下方，热管的蒸发段与热管的冷凝段之间通过连接段连接，该连接段为弯曲结构。

所述便携式拉曼光谱仪包括金属外壳，该金属外壳内含有制冷型阵列探测器和上述的用于便携式拉曼光谱仪的散热结构，导热块的背面与制冷型阵列探测器的背面层叠连接固定，热管的冷凝段和热管固定片均与金属外壳的内表面连接。

导热块的背面与制冷型阵列探测器的背面之间设有导热硅脂层，热管的冷凝段与金属外壳的内表面之间连接有导热硅胶片，热管固定片与金属外壳通过螺钉连接固定。

本发明的有益效果是：该用于便携式拉曼光谱仪的散热结构能够有效将探测器发热端的热量散出，将探测器控制在-10℃的工作温度，直接提高了便携式拉曼光谱仪的整体性能，并且对仪器进一步小型化，模块化提供了可能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述便携式拉曼光谱仪的示意图。

图2是导热块的主视图。

图3是导热块的俯视图。

图4是导热块的左视图。

图5是导热块的立体图。

图6是热管压片的主视图。

图7是热管压片的左视图。

图8是热管的主视图。

图9是热管的左视图。

图10是热管固定片的主视图。

图11是热管固定片的左视图。

图12是金属外壳的主视图。

图13是金属外壳的左视图。

图14是金属外壳的后视图。

1、制冷型阵列探测器；2、导热块；3、热管压片；4、热管；5、金属外壳；6、热管固定片；7、测试样品台；8、外光路采集系统；9、激光光源；10、内光路收集系统；

21、凹槽；22、第一围挡部；23、第二围挡部；24、第三围挡部；25、缺口部；26、第一安装通孔；

221、第一扇热片；222、第一固定块；223、第二扇热片；224、第一螺纹孔；

241、第一挡片；242、第二固定块；243、第三扇热片；244、第二螺纹孔；

41、蒸发段；42、连接段；43、冷凝段；

61、第二安装通孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种用于便携式拉曼光谱仪的散热结构，包括导热块2、热管压片3、热管4和热管固定片6，导热块2的正面设有凹槽21，导热块2与热管压片3连接，热管4的蒸发段41固定于凹槽21的底面与热管压片3之间，热管4的冷凝段43与热管固定片6连接，如图1所示。

热管4为现有技术中的产品，热管4含有依次连接的蒸发段41、连接段42和冷凝段43。热管4将封闭的金属管状壳体，抽成1.3×(10^-1-10^-4)pa的负压后充以适量的冷媒。当热管4的蒸发段41受热后，冷媒蒸发汽化，气态冷媒在微小的压差下流向热管4的冷凝段43放出热量，重新凝结成液体，液体冷媒靠毛细力(或重力)作用流回蒸发段41。如此循环不己，热量由热管4的蒸发段41传至冷凝段43。

在本实施例中，导热块2用导热材料较好的紫铜制成，热管压片3、热管4和热管固定片6均为金属材料制成。热管压片3的作用是将热管4的蒸发段41与导热块2连接固定。导热块2呈长条形立方体结构，在以x、y、z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，导热块2的长度方向与y轴平行，凹槽21的底面平行于x轴和y轴所在的平面，如图2至图5所示。凹槽21含有底面，凹槽21的四周含有沿周向依次设置的第一围挡部22、第二围挡部23、第三围挡部24和缺口部25。

在本实施例中，第一围挡部22含有沿y轴方向依次设置的第一扇热片221、第一固定块222、第二扇热片223，第一扇热片221和第二扇热片223的数量均有多个，第一扇热片221与第二扇热片223平行，第一扇热片221平行于x轴和z轴所在的平面，第一固定块222内设有第一螺纹孔224，第一螺纹孔224的轴线与z轴平行。

在本实施例中，第二围挡部23和缺口部25内均设有第一安装通孔26，第一安装通孔26的轴线与z轴平行，导热块2在x轴和z轴所在的平面上的投影呈t型。第三围挡部24含有沿y轴方向依次设置的第一挡片241、第二固定块242、第三扇热片243，第一挡片241呈长条形结构，第一挡片241的长度方向与y轴平行，第二固定块242内设有第二螺纹孔244，第二螺纹孔244的轴线与z轴平行，第三扇热片243平行于x轴和z轴所在的平面，第三扇热片243的数量均有多个。

在本实施例中，热管压片3呈长方形结构，热管压片3的两端通过螺钉分别与第一围挡部22的第一螺纹孔224和第三围挡部24的第二螺纹孔244一一对应连接，热管4的蒸发段41的轴线或中心线与y轴平行，热管4的蒸发段41的轴线或中心线与凹槽21的底面平行，热管4的蒸发段41与凹槽21的底面之间连接有导热硅胶片。导热块2内的热量可以通过导热硅胶片传递给热管4的蒸发段41。

在本实施例中，热管固定片6的断面呈凹字形，热管固定片6的两端均设有第二安装通孔61，热管4呈直立状态，热管4的蒸发段41位于热管4的冷凝段43的下方，热管4的蒸发段41与热管4的冷凝段43之间通过连接段42连接，该连接段42为弯曲结构，如图6至图11所示。热管固定片6的作用是将热管4的冷凝段43与其它的散热物体连接固定。

下面介绍一种便携式拉曼光谱仪，所述便携式拉曼光谱仪包括金属外壳5，该金属外壳5内含有制冷型阵列探测器1和上述的用于便携式拉曼光谱仪的散热结构，导热块2的背面与制冷型阵列探测器1的背面层叠连接固定，热管4的冷凝段43和热管固定片6均与金属外壳5的内表面接触，热管固定片6通过第二安装通孔61和螺钉将热管4的冷凝段43与金属外壳5连接固定，如图1、图12、图13和图14所示。

在本实施例中，导热块2的背面与制冷型阵列探测器1的背面之间设有导热硅脂层，制冷型阵列探测器1内热量可以通过该导热硅脂层传递给制冷型阵列探测器1，热管4的冷凝段43与金属外壳5的内表面之间连接有导热硅胶片，热管固定片6与金属外壳5通过螺钉连接固定，热管4的冷凝段43位于热管固定片6与金属外壳5之间，热管4的冷凝段43内的热量可以通过导热硅胶片传递给金属外壳5。

在本实施例中，该金属外壳5内还含有测试样品台7、外光路采集系统8、激光光源9和内光路收集系统10，制冷型阵列探测器1、测试样品台7、外光路采集系统8、激光光源9和内光路收集系统10均为现有技术产品，可以理解为本发明是在现有的便携式拉曼光谱仪的基础上增加了制冷型阵列探测器1和上述的用于便携式拉曼光谱仪的散热结构。

制冷型阵列探测器1的正面与内光路收集系统10连接，制冷型阵列探测器1通电后制冷，使探测器降温，制冷探测器1的背面为发热端。所述用于便携式拉曼光谱仪的散热结构可以将制冷型阵列探测器1发热端的热量通过热管4有效传递到金属外壳，同时金属外壳采用多凹槽设计，再通过金属外壳较大面积的散热面进行散热。所述用于便携式拉曼光谱仪的散热结构主要给制冷型阵列探测器1散热，将制冷型阵列探测器1控制在恒定的低温，降低噪声，以提高产品性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。