多样品光致发光测试装置的制作方法

1.本发明涉及光学测试领域，进一步的，涉及一种多样品光致发光测试装置，尤其涉及一种可对现有温控腔内的多个样品进行光致发光测试的装置。


背景技术：

2.在荧光光谱测试中，通过对样品在不同温度或不同气氛环境(即：测试环境中所充入的气体)下的荧光强度及荧光寿命变化进行测试，是常用的一种分析手段。变温测试为从最低温度条件下逐渐升温，并对样品进行测试，当在测试过程中需要更换样品时，样品环境会遭到破坏，将更换后的样品放入预设测试位置后，为达到相同的样品环境，则需要重新对样品环境进行抽真空，并进行降温，不同的样品环境氛围需要充入不同的环境气或保持真空状态。
3.如图1所示，现有技术中，应用荧光光谱仪对样品进行变温或不同环境氛围测试时，通常需要将样品放入温控腔100(即：环境腔)中，并将温控腔100放入荧光光谱仪的样品仓200内，将样品耦合进荧光光路中，通过温控腔100上一聚焦透镜300射入激发光，而样品由激发而产生的荧光则由温控腔100上的另一聚焦透镜300射出。采用现有的荧光光谱仪对样品进行测试的缺点在于：
4.一、若需要测试多个样品时，每更换一次样品均需要重复进行上述操作(如：样品杆回温、干燥、再次装配样品、抽真空、降温等)，不仅步骤繁琐、过程耗时，大幅降低了测试效率，而且大量消耗实验耗材(如：需要充入温控腔100内的液氮或者其他环境氛围气体)；
5.二、若需要测试同一样品上的不同测试点(非微区样品)时，需要调节样品位置，因此也会对温控腔100已有的氛围环境造成破坏；
6.三、现有的常规荧光样品架无法满足同时对多个样品进行固定的需求，如果仅是简单地将多个样品摆放于温控腔100内，则无法保证光谱系统的一致性，测试准确度较低，且给实际操作人员带来不便。
7.针对相关技术中对多个样品进行测试或者对同一样品上的不同测试点进行测试时，存在操作繁琐、测试效率低的问题，目前尚未给出有效的解决方案。
8.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种多样品光致发光测试装置，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种多样品光致发光测试装置，在不破坏对原样品进行测试的环境氛围的前提下，可实现对多个样品进行测试或者对同一样品上的不同测试点进行测试，简化测试步骤，有效提高测试效率。
10.本发明的目的可采用下列技术方案来实现：
11.本发明提供了一种多样品光致发光测试装置，所述多样品光致发光测试装置包括营造测试所需环境氛围的温控腔，所述温控腔内设置有至少一个样品，所述温控腔的外部
设置有至少两个光纤模组，一所述光纤模组用于发射激发光，另一所述光纤模组用于接收所述样品发出的信号光，两所述光纤模组分别与对应的聚焦透镜模组连接，两所述聚焦透镜模组分别设置于对应的位移台上，两所述位移台分别调节对应的所述聚焦透镜模组的位置，以使两所述聚焦透镜模组可分别透过所述温控腔上对应的光窗聚焦于所述样品的同一点上。
12.在本发明的一较佳实施方式中，所述光纤模组包括第一外壳、光纤和激光器，所述第一外壳上形成有第一端、第二端和公共端，所述光纤耦合进所述第一端，所述激光器耦合进所述第二端，且所述光纤与所述激光器在所述第一外壳内形成光纤簇延伸并连接至所述公共端。
13.在本发明的一较佳实施方式中，所述光纤的数量为多根，在所述第一外壳的内部，各所述光纤以所述激光器为中心沿其周向排布，以形成所述光纤簇。
14.在本发明的一较佳实施方式中，所述激光器为氦氖激光器。
15.在本发明的一较佳实施方式中，所述聚焦透镜模组包括第二外壳和聚焦透镜组，所述第二外壳设置有相贯通的进口和出口，所述聚焦透镜组设置于所述第二外壳内且靠近所述出口位置；
16.所述光纤模组上的所述公共端与所述第二外壳的所述进口连接，所述第二外壳的所述出口对准所述温控腔上的所述光窗。
17.在本发明的一较佳实施方式中，所述位移台包括底座、第一位移滑块、第二位移滑块和第三位移滑块，所述第一位移滑块能沿水平方向移动地设置于所述底座的顶部，所述第二位移滑块能沿水平方向移动地设置于所述第一位移滑块的顶部，且所述第二位移滑块与所述第一位移滑块在水平方向上的移动方向相垂直，所述第三位移滑块能沿竖直方向移动的设置于所述第二位移滑块的顶部，所述聚焦透镜模组设置于所述第三位移滑块上。
18.在本发明的一较佳实施方式中，所述底座的顶部沿水平方向设置有第一导轨，所述第一位移滑块与所述第一导轨滑动连接，所述第一位移滑块的顶部与第一连接块的底部连接，所述第一连接块的顶部沿水平方向设置有第二导轨，所述第二位移滑块与所述第二导轨滑动连接，且所述第一导轨与所述第二导轨在水平方向上相垂直，所述第二位移滑块的顶部设置有连接件，所述连接件上设置有第二连接块，所述第二连接块的侧壁上沿竖直方向设置有第三导轨，所述第三位移滑块与所述第三导轨滑动连接。
19.在本发明的一较佳实施方式中，所述连接件包括沿水平方向设置的第一连接板和沿竖直方向设置的第二连接板，所述第一连接板的底部与所述第二位移滑块的顶部连接，所述第二连接板的底端与所述第一连接板的顶部的一侧边缘连接，所述第二连接块连接于所述第二连接板的一侧壁面上，所述第二连接板的另一相对侧壁面与所述第一连接板的顶部之间设置有至少一个加强筋；所述第三位移滑块306上设置有锁紧套，且所述锁紧套固定套设于所述聚焦透镜模组上。
20.在本发明的一较佳实施方式中，所述底座与所述第一位移滑块之间设置有测量所述第一位移滑块移动距离的第一测距装置，所述第一连接块与所述第二位移滑块之间设置有测量所述第二位移滑块移动距离的第二测距装置，所述第二连接块与所述第三位移滑块之间设置有测量所述第三位移滑块移动距离的第三测距装置。
21.在本发明的一较佳实施方式中，所述温控腔的内部形成有容置空间，所述温控腔
的侧壁上沿其周向设置有多个光窗。
22.在本发明的一较佳实施方式中，所述多样品光致发光测试装置还包括多样品架，所述多样品架设置于所述容置空间内，所述多样品架且在透过所述光窗可照射的范围内设置有多个样品固定位置，各所述样品分别固定于对应的所述样品固定位置上。
23.在本发明的一较佳实施方式中，所述多样品架包括安装板和样品固定板，所述安装板和所述样品固定板均为沿竖直方向设置的矩形板状结构，所述安装板固定于所述容置空间内，所述样品固定板固定于所述安装板的一侧壁面上，在所述样品固定板上开设有多个样品固定孔，以形成所述样品固定位置。
24.在本发明的一较佳实施方式中，各所述样品固定孔集中设置于所述样品固定板的中间位置，且相邻两所述样品固定孔相外切。
25.在本发明的一较佳实施方式中，所述样品固定板上固定有所述样品一侧的板面分别与用于射入所述激发光的所述光窗的垂线方向和用于射出所述信号光的所述光窗的垂线方向之间成一夹角。
26.由上所述，本发明的多样品光致发光测试装置的特点及优点是：将至少一个样品设置于温控腔内，根据测试需要在温控腔内营造环境氛围，在温控腔的外部设置有至少两个光纤模组，在进行测试过程中，其中一个光纤模组通过温控腔上的光窗向温控腔内发射激发光，激发光聚焦于样品的测试点上，另一光纤模组需聚焦于样品的同一测试点上，使得其能够对样品上该测试点激发所产生的信息光进行接收，通过接收到的信息光对其进行强度以及寿命变化的进一步分析，可实现对样品的光谱测试；当需要对不同样品进行测试或者对需要对同一样品上的不同测试点进行测试时，通过位移台对聚焦透镜模组的位置进行调节，使得两个聚焦透镜模组可分别透过温控腔上对应的光窗聚焦于样品的测试点上，即可在不破坏温控腔内环境氛围的前提下，对多个样品进行测试或者对同一样品上的不同测试点进行测试，简化测试步骤，有效提高测试效率。
附图说明
27.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
28.其中：
29.图1：为现有技术中对样品进行光致发光测试的原理图。
30.图2：为本发明多样品光致发光测试装置的结构示意图。
31.图3：为本发明多样品光致发光测试装置中光纤模组的结构示意图。
32.图4：为本发明多样品光致发光测试装置中聚焦透镜模组的结构示意图。
33.图5：为本发明多样品光致发光测试装置中位移台的结构示意图。
34.图6：为本发明多样品光致发光测试装置中温控腔的正视图。
35.图7：为图6中a-a方向的截面示意图。
36.图8：为本发明多样品光致发光测试装置中多样品架的结构示意图。
37.背景技术中的附图标号为：
38.100、温控腔；
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200、样品仓；
39.300、聚焦透镜。
40.本发明中的附图标号为：
41.1、光纤模组；
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101、第一外壳；
42.102、第一端；
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103、第二端；
43.104、公共端；
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2、聚焦透镜模组；
44.201、第二外壳；
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2011、进口；
45.2012、出口；
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202、聚焦透镜组；
46.3、位移台；
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301、底座；
47.3011、第一导轨；
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302、第一位移滑块；
48.303、第一连接块；
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304、第二位移滑块；
49.305、第二连接块；
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306、第三位移滑块；
50.307、第一测距装置；
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308、第二测距装置；
51.309、第三测距装置；
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310、连接件；
52.3101、第一连接板；
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3102、加强筋；
53.3103、第二连接板；
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311、锁紧套；
54.4、温控腔；
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401、容置空间；
55.402、光窗；
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5、光纤；
56.6、激光器；
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7、多样品架；
57.701、安装板；
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702、样品固定板；
58.7021、样品固定孔。
具体实施方式
59.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
60.如图2至图8所示，本发明提供了一种多样品光致发光测试装置，该多样品光致发光测试装置包括温控腔4，温控腔4用于营造测试所需的环境氛围，温控腔4内设置有至少一个样品(当需要对同一样品上的不同测试点进行测试时，可设置一个样品；当需要分别对不同样品进行测试时，可设置多个样品)，在温控腔4的外部设置有至少两个光纤模组1，两个光纤模组1中一个光纤模组1用于发射激发光，另一个光纤模组1用于接收样品发出的信号光(即：样品激发后所产生的荧光)，两光纤模组1分别与对应的聚焦透镜模组2连接，两聚焦透镜模组2分别设置于对应的位移台3上，通过两位移台3可分别调节对应的聚焦透镜模组2的位置，从而调节两光纤模组1在样品上的聚集点，以使两聚焦透镜模组2可分别透过温控腔4上对应的光窗402聚焦于样品的同一点(即：聚焦点)上。
61.本发明将至少一个样品设置于温控腔4内，根据测试需要在温控腔4内营造环境氛围，在温控腔4的外部设置有至少两个光纤模组1，在进行测试过程中，其中一个光纤模组1通过温控腔4上的光窗402向温控腔4内发射激发光，激发光聚焦于样品的测试点上，另一光纤模组1需聚焦于样品的同一测试点上，使得其能够对样品上该测试点激发所产生的信息光进行接收，通过接收到的信息光对其进行强度以及寿命变化的进一步分析，可实现对样品的荧光光谱测试。
62.在本发明中，当需要对不同样品进行测试或者对需要对同一样品上的不同测试点进行测试时，通过位移台3对聚焦透镜模组2的位置进行调节，使得两个聚焦透镜模组2可分
别透过温控腔4上对应的光窗402聚焦于样品的测试点上，即可在不破坏温控腔4内环境氛围的前提下，对多个样品进行测试或者对同一样品上的不同测试点进行测试，简化测试步骤，有效提高测试效率。
63.在本发明的一个可选实施例中，如图2、图3所示，光纤模组1包括第一外壳101、光纤5和激光器6，第一外壳101为沿水平方向设置的、两端封口的圆筒状结构，在第一外壳101的一端部位置形成有第一端102和第二端103，在沿第一外壳101的长度方向的另一端部位置形成有公共端104，将光纤5耦合进第一端102，将激光器6耦合进第二端103，且光纤5与激光器6在第一外壳101内形成光纤簇延伸并连接至公共端104。通过光纤5既可向样品发射激发光，也可接收样品激发后所产生的信息光，因此，一光纤模组1中的光纤5作为激发端发射激发光聚焦于样品的测试点上时，另一光纤模组1中的光纤5则作为发射端用于接收样品激发后所产生的信息光，两光纤模组1的作用可互换，在测试过程中需要确保两光纤模组1聚焦于同一测试点上，可实现不同方向激发光的射出以及信息光的收集。其中，两光纤模组1中的激光器6通过向样品发射激光进行定位，以确保两光纤模组1精准的聚焦于同一测试点上。当然，不限于激光定位，也可采用其他可见光进行定位。
64.进一步，本发明中光纤5与光谱仪连接，通过光纤5导入光谱仪的单色光作为激发光，当然，也可采用激光作为激发光源，通过光纤激光器替换光纤5并与光纤模组1连接，若为可见光段激光，可直接进行定位；若为不可见光段激光，仍然需要激光器6所发射的激光进行定位。
65.进一步，光纤5的数量为多根，在第一外壳101的内部，各光纤5以激光器6为中心沿其周向排布，以形成光纤簇。具体的，光纤5的数量为84根，单根光纤5的直径为200μm，84根光纤5来自第一端102，激光器6来自第二端103，且84根光纤5以激光器6为中心沿其周向排布，从而实现通过公共端104输出的激光光斑能够落在样品上的测试点位置。
66.进一步的，激光器6可为但不限于氦氖激光器，通过氦氖激光器的fc(fibre channel)接头耦合进第一外壳101上的第二端103。
67.在本发明的一个可选实施例中，如图2、图4所示，聚焦透镜模组2包括第二外壳201和聚焦透镜组202，第二外壳201为两端开口的圆筒状结构，第二外壳201上的一端开口为进口2011，另一端开口为与进口2011相贯通的出口2012，聚焦透镜组202设置于第二外壳201内且靠近出口2012位置；光纤模组1上的公共端104与第二外壳201的进口2011连接，第二外壳201的出口2012对准温控腔4上的光窗402。通过聚焦透镜模组2中的聚焦透镜组202可对激发光进行聚焦，以保证激发光能够准确聚焦于样品上的测试点。
68.在本发明的一个可选实施例中，如图2、图5所示，位移台3包括底座301、第一位移滑块302、第二位移滑块304和第三位移滑块306，底座301、第一位移滑块302、第二位移滑块304和第三位移滑块306均为矩形块状结构，第一位移滑块302能沿水平方向移动地设置于底座301的顶部，第二位移滑块304能沿水平方向移动地设置于第一位移滑块302的顶部，且第二位移滑块304与第一位移滑块302在水平方向上的移动方向相垂直，第三位移滑块306能沿竖直方向移动的设置于第二位移滑块304的顶部，聚焦透镜模组2设置于第三位移滑块306上。通过第一位移滑块302、第二位移滑块304和第三位移滑块306的设置，可使得聚焦透镜模组2能够在空间x、y、z轴方向上移动，进而可对激发光的射入位置以及信息光的射出位置进行控制，确保聚焦的准确性。本发明中，位移台3可通过手动进行调节，也可采用电动位
移台实现自动位置调节。
69.进一步的，如图2、图5所示，底座301的顶部沿水平方向设置有第一导轨3011，第一位移滑块302的底部与第一导轨3011滑动连接，第一位移滑块302的顶部与第一连接块303的底部连接，第一连接块303的顶部沿水平方向设置有第二导轨(未示出)，第二位移滑块304的底部与第二导轨滑动连接，且第一导轨3011与第二导轨在水平方向上相垂直；第二位移滑块304的顶部设置有连接件310，连接件310上设置有第二连接块305，第二连接块305的侧壁上沿竖直方向设置有第三导轨(未示出)，第三位移滑块306的一侧壁面与第三导轨滑动连接。通过各导轨分别对各位移滑块的移动起到导向的作用。其中，第一连接块303和第二连接块305均为矩形块状结构。
70.具体的，如图2、图5所示，连接件310包括沿水平方向设置的第一连接板3101和沿竖直方向设置的第二连接板3103，第一连接板3101的底部与第二位移滑块304的顶部连接，第二连接板3103的底端与第一连接板3101的顶部的一侧边缘连接，第二连接块305连接于第二连接板3103的一侧壁面上，第二连接板3103的另一相对侧壁面与第一连接板3101的顶部之间设置有至少一个加强筋3102。
71.进一步的，如图2所示，在第三位移滑块306且与第二连接块305相对的侧壁面上固定设置有锁紧套311，且锁紧套311固定套设于聚焦透镜模组2上，从而对聚焦透镜模组2进行固定，使得位移台3能够对聚焦透镜模组2进行三维调节(即：x、y、z轴方向)。由于聚焦透镜模组2与光纤模组1相连接，也可将锁紧套311固定套设于光纤模组1上，保证能够同步对聚焦透镜模组2和光纤模组1的位置进行调节即可。
72.进一步的，如图2、图5所示，底座301与第一位移滑块302之间设置有测量第一位移滑块302移动距离的第一测距装置307，通过第一测距装置307可实时测量第一位移滑块302移动的距离，以确保对第一位移滑块302位置的准确调整。第一连接块303与第二位移滑块304之间设置有测量第二位移滑块304移动距离的第二测距装置308，通过第二测距装置308可实时测量第二位移滑块304移动的距离，以确保对第二位移滑块304位置的准确调整。第二连接块305与第三位移滑块306之间设置有测量第三位移滑块306移动距离的第三测距装置309，通过第三测距装置309可实时测量第三位移滑块306移动的距离，以确保对第三位移滑块306位置的准确调整。
73.进一步的，第一测距装置307、第二测距装置308和第三测距装置309均为但不限于分厘卡。各分厘卡不仅能够分别对各位移滑块的移动距离进行测量，而且能够用于驱动各位移滑块进行移动。当然各位移滑块的位移也可通过工作人员手动控制。
74.在本发明中，温控腔4也可称为环境腔，为现有结构件，可根据测试需要对温控腔4进行抽真空操作，使其内部形成真空环境；也可根据测试需要向抽真空后的温控腔4内充入环境气体，使其内部形成所需的环境氛围；当然，也可对温控腔4进行升温或者降温操作，使其内部达到测试所需的温度。
75.具体的，如图6、图7所示，温控腔4的内部形成有容置空间401，温控腔4的侧壁上沿其周向设置有多个光窗402。其中，光窗402的数量为四个，四个光窗402两两相对设置。
76.在本发明的一个可选实施例中，如图6至图8所示，多样品光致发光测试装置还包括多样品架7，多样品架7设置于容置空间401内，多样品架7上且在透过光窗402可照射的范围内设置有多个样品固定位置，各样品分别固定于对应的样品固定位置上。通过对各样品
固定位置的设置，既可将不同样品分别固定于对应的样品固定位置上，又能够确保各样品均位于激发光所能照射的范围内，以保证对多样品光致发光测试的顺利进行。
77.具体的，如图6至图8所示，多样品架7包括安装板701和样品固定板702，安装板701和样品固定板702均为沿竖直方向设置的矩形板状结构，安装板701固定于容置空间401内，样品固定板702固定于安装板701的一侧壁面上，在样品固定板702上开设有多个样品固定孔7021，以形成样品固定位置。
78.进一步的，如图6至图8所示，为保证各样品固定孔7021均位于多样品架7上且在透过光窗402可照射的范围内，可将各样品固定孔7021集中设置于样品固定板702的中间位置，且相邻两样品固定孔7021相外切。
79.进一步的，如图7所示，样品固定板702上固定有样品一侧的板面分别与用于射入激发光的光窗402的垂线方向和用于射出信号光的光窗402的垂线方向之间成一夹角(约为45
°
)，使得激发光由一光窗402射入后，样品所产生的信息光能够由另一光窗402射出，从而确保测试的顺利完成。其中，用于射入激发光的光窗402与用于射出信号光的光窗402为两相邻光窗402，用于射入激发光的光窗402的垂线方向与用于射出信号光的光窗402的垂线方向相垂直。
80.本发明的测试过程为：将多样品架7固定在温控腔4内，并调整多样品架7与光窗402之间的角度，在激发端：激发光通过光纤导入光纤模组1的第一端102，光纤模组1的第二端103耦合激光器6，激发光以及激光依次通过光纤模组1的公共端104和聚焦透镜模组2的进口2011进入至聚焦透镜模组2内，并通过聚焦透镜组202聚焦于样品上，激光器6所产生的光斑以及激发光均落在样品的同一点(即：聚焦点)上，通过调节位移台3调节聚焦透镜模组2的位置，从而完成激发光在样品上的定位和聚焦；若激发光为可见光，也可关闭激光器6，直接通过激发光对落在样品上的聚焦点进行调节；在发射端：采用与入射端相同方法，仅保证激光器6在样品上的光斑与入射端的聚焦点相重合，确保样品激发后所产生的荧光能够进入发射端的光纤中。完成定位后可关闭激发端和发射端的激光器6，通过发射端的光纤5将样品发出的荧光导入发射端的光纤模组1的第一端102，即可对所接收的荧光进行后续的测试工作。通过以上方式，可以实现在不破坏样品环境下，实现多样品光致发光测试以及单样品多测试点的光致发光测试。
81.当然，本发明可用于荧光测试系统，也可根据实际需要用于其他光谱的测试。
82.本发明为手动测试，通过激光器6定位多个测试点后，采用电动的位移台3，并对温控腔4以及荧光光谱仪进行通讯控制，可实现多样品变温自动测试。
83.本发明的多样品光致发光测试装置的特点及优点是：
84.一、该多样品光致发光测试装置，可在不破坏温控腔4内环境氛围的前提下，对多个样品进行测试或者对同一样品上的不同测试点进行测试，简化测试步骤，有效提高测试效率。
85.二、该多样品光致发光测试装置在进行变温测试时，可在同一温度条件下测试完所有样品(或者同一样品上的所有测试点)后，升温继续进行下一温度条件的测试，不仅简化测试步骤，而且节省因更换样品后的反复降温时间，可实现有一定时效性的多样品比对实验。而现有变温测试过程中，通常以低温开始测试，以一定梯度升到最高温度，单样品测试时间较长，更换样品后需要重新抽真空，并仍需较长时间进行降温，对于有一定时效性的
样品，无法实现多样品比对实验。
86.三、该多样品光致发光测试装置，可在不破坏温控腔4内环境氛围的前提下，对多个样品进行测试或者对同一样品上的不同测试点进行测试，可有效节省因更换样品所造成的耗材(如：减温所用制冷液、营造环境氛围所用环境气体等)浪费，有助于降低测试成本。
87.四、该多样品光致发光测试装置中采用单独光路设计，通过光纤激发样品和收集荧光，且光纤模组1、聚焦透镜模组2和位移台3均设置于光谱仪样品室的外部，不占用光谱仪样品室的空间，对光路进行调整过程中，不会对多样品架7以及样品的位置造成影响，不破坏光谱系统的一致性，保证测试的准确度。目前采用荧光光谱仪测试低温样品时，大多是采用系统本身的宏光路，因此需要卸掉荧光光谱仪内的样品架，才能将温控腔4放入光谱仪样品室内，而对样品架与温控腔4替换过程中会对光谱系统的一致性造成破坏，导致光谱系统测试出现偏差。
88.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。