便携式拉曼探头及检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及农产品光谱检测技术领域，尤其涉及一种同时检测果蔬表皮和内部信息的便携式拉曼探头及检测装置。
【背景技术】
[0002]国内外已有研究将拉曼光谱技术应用于果蔬中类胡萝卜素含量的检测，并针对相关应用研制了多种类型的便携式拉曼光谱检测设备。拉曼光纤检测探头作为拉曼检测设备的核心部件，其光路结构和参数决定了整个系统的性能。目前商品化的拉曼光纤探头均为原位检测结构，即激发点与信号采集点为同一位置，这种方式只能检测到果蔬表面的拉曼信号，而无法获取果蔬内部信息。为了能够获取表面以下的组织信息，需要进行非原位检测，即将激发点与探测点分开，此时光子将进入表皮，并在表皮下方的内部组织中从激发点向探测点迀移，从而将所经过路径的光谱信息传输到探测点处并被收集光纤所检测。光子在果蔬内部迀移路径所达到的深度就代表了能够检测到的内部组织深度。随着激发-探测间距增加，光子传输深度也相应增大，此时在表面区域检测到的光谱信息中将以内部组织信息为主，同时大幅度消除了表皮的影响。
[0003]为了能够对果蔬品质进行较为全面的表征，需要同时对果蔬表皮和内部组织信息进行检测。现有技术中Pavel Matousek等人在2006年提出了一种同时进行原位和非原位检测的拉曼探头，7根光纤排布于探头中心，用于检测原位拉曼信号；26根光纤呈环形排布于中心周围，用于检测非原位拉曼信号；在光纤输出端所有光纤按照编号排布成一条直线，用于匹配光谱仪的入射狭缝。该研究所涉及的拉曼探头仅能够收集光谱信号，激发样品需要额外引入激发光路，未能实现激发与检测一体化，从而增加了系统调整的复杂性，难以满足便携式应用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的其中一个目的在于提供一种同时检测果蔬表皮和内部信息的便携式拉曼探头及检测装置，以解决现有技术中需要引用额外的激发光路而无法同时实现激发与检测的技术问题。
[0005]为实现上述实用新型目的，第一方面，本实用新型实施例提供了一种便携式拉曼探头，包括:激发光纤、若干根近原位收集光纤、若干根非原位收集光纤、隔层、聚焦透镜组、窗口和封装外壳，其中:
[0006]所述若干根近原位收集光纤环绕在所述激发光纤的周围；
[0007]所述隔层设置在所述若干根近原位收集光纤周围，用于将非原位收集光纤和近原位收集光纤隔开一定距离；
[0008]所述若干根非原位收集光纤环绕在所述隔层周围，并且与所述若干根近原位收集光纤呈同心圆环排布；
[0009]所述聚焦透镜组设置在所述激发光纤和收集光纤的一端，其中心位于所述激发光纤的中心轴线上；
[0010]所述窗口设置在所述聚焦透镜组远离所述激发光纤的一侧；
[0011]所述封装外壳设置在所述若干根非原位收集光纤、所述聚焦透镜组以及所述窗口的周围，用于包覆所述激发光纤、所述若干根近原位收集光纤与所述若干根非原位收集光纤和固定所述聚焦透镜组与所述窗口。
[0012]可选地，还包括触发按键，所述触发按键设置在所述封装外壳中，其接线端子处设置有沿所述激发光纤的中心轴线方向排布的导线。
[0013]可选地，任意一根所述近原位收集光纤与任意一根所述非原位收集光纤的芯径与数值孔径相同。
[0014]可选地，所述近原位收集光纤与所述非原位收集光纤的芯径为200 μ m，数值孔径为 0.37。
[0015]可选地，所述封装外壳与所述隔层采用相同材质的不锈钢制成。
[0016]可选地，所述隔层厚度为3_。
[0017]可选地，所述聚焦透镜组包括准直透镜与会聚透镜，其中:
[0018]所述准直透镜的平面侧设置在所述激发光纤和收集光纤的一端，凸面侧与所述会聚透镜的凸面侧相对；所述会聚透镜平面侧设置有所述窗口。
[0019]可选地，所述准直透镜的中心与所述激发光纤的端面之间的距离d等于该准直透镜的焦距；所述会聚透镜的中心与所述窗口之间的距离d’等于该会聚透镜的焦距。
[0020]可选地，所述准直透镜与所述会聚透镜的焦距为10cm ;所述距离d与所述距离d’为 10cm。
[0021]第二方面，本实用新型实施例还提供了一种便携式检测装置，包括:上文所述的便携式拉曼探头、控制器、激光器和光谱仪，其中:
[0022]所述便携式拉曼探头中激发光纤远离窗口的一端通过入射光阑弹片后与所述激光器的尾纤相连接；
[0023]所述入射光阑弹片由与所述控制器相连接的执行器进行控制；
[0024]所述便携式拉曼探头中若干根近原位收集光纤与若干根非原位收集光纤远离所述窗口的一端与所述光谱仪相连接，并且所述便携式拉曼探头中每一根近原位收集光纤以及每一根非原位收集光纤远离窗口的一端的中心与所述光谱仪的入射狭缝相匹配。
[0025]本实用新型通过将激发光纤、近原位收集光纤、非原位收集光纤集成在同一个便携式拉曼探头中，实现了果蔬表皮和内部信息的同步一体化检测；通过设置样品窗口消除了工作距离，实现了接触式无损检测，简化了光路调整过程；通过触发按键可方便地控制曝光和采样过程，增加了检测的便捷性。本实用新型结构紧凑、简洁，易于实现，便于随身携带，更适合于田间和现场检测。
【附图说明】
[0026]通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中:
[0027]图1是本实用新型实施例提供的一种便携式拉曼探头剖面示意图；
[0028]图2是图1所示便携式拉曼探头的截面图；
[0029]图3是本实用新型实施例提供的一种便携式检测装置的连接示意图；
[0030]图4是便携式拉曼探头与光谱仪连接示意图；
[0031]【附图说明】:
[0032]100-便携式拉曼探头，101-激发光纤，102-近原位收集光纤，103-非原位收集光纤，104-隔层，105-聚焦透镜组，1051-准直透镜，1052-会聚透镜，106-窗口，107-封装外壳，108-触发按键，109-导线，110-样品，111-激光聚焦中心，112-近原位检测点，113-非原位检测点，200-激光器，300-控制器，301 -执行器，302-入射光阑弹片，400-光谱仪，401-截止滤光片。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0034]第一方面，本实用新型实施例提供了一种便携式拉曼探头，如图1与图2所示，包括:激发光纤101、若干根近原位收集光纤102、若干根非原位收集光纤103、隔层104、聚焦透镜组105、窗口 106和封装外壳107，其中:
[0035]激发光纤101为单进单出光纤束，位于该便携式拉曼探头100中心位置处；
[0036]若干根近原位收集光纤102环绕在激发光纤101的周围；
[0037]隔层104设置在若干根近原位收集光纤102周围，用于将若干根近原位收集光纤102和若干根非原位收集光纤103隔开一定距离；
[0038]若干根非原位收集光纤103环绕在隔层104周围，并且与若干根近原位收集光纤102呈同心圆环排布；
[0039]聚焦透镜组105设置在激发光纤101和若干根近原位收集光纤102和若干根非原位收集光纤103的一端，其中心位于激发光纤101的中心轴线上；
[0040]窗口 106设置在聚焦透镜组105远离激发光纤101的一侧；
[0041]封装外壳107设置在若干根非原位收集光纤103、聚焦透镜组105以及窗口 106的周围，用于包覆激发光纤101、若干根近原位收集光纤102与若干根非原位收集光纤103和固定聚焦透镜组105与窗口 106。
[0042]实际应用中，为方便使用人员操作，可选地，本实用新型实施例提供的便携式拉曼探头100还包括触发按键108。如图1所示，该触发按键108设置在封装外壳107中，由该触发按键108的接线端子连接有沿激发光纤101中心轴线方向排布的导线109。
[0043]实际应用中，由于采用相同的聚焦透镜组105进行准直和聚焦，因此为保证所有光纤都能正确聚焦，可选地，激发光纤101、若干根近原位收集光纤102以及若干根非原位收集光纤103采用相同的光纤制成，它们具有相同的材质、芯径以及数值孔径。本领域技术人员可以根据具体使用场合，分别为激发光纤101、若干根近原位收集光纤102以及若干根非原位收集光纤103选择合适的材质、芯径以及数值孔径，本实用新型不作限定。
[0044]实际应用中，为简化制作工艺，隔层104与封装外壳107采用相同的材质制成。本领域技术人员可以根据具体使用场合进行选择，本实用新型不作限定。
[0045]实际实用中，为获取较高的激发效率，如图1所示，本实用新型实施例提供的聚焦透镜组105包括准直透镜1051和会聚透镜1052。其中，准直透镜1051的中心与激发光纤101端面之间的距离d等于准直透镜1051的焦距。会聚透镜1052的中心与窗口 104之间的距离d’等于会聚透镜1051的焦距。
[0046]第二方面，本实用新型实施例还提供了一种便携式检测装置，如图3所示，包括上文所述的便携式拉曼探头100、控制器300、激光器200和光谱仪400，其中:
[0047]便携式拉曼探头100中激发光纤101远离窗口 106的一端通过入射光阑弹片302后与激光器