水下激光拉曼光谱仪的制作方法

本发明涉及深海探测技术领域，尤其涉及一种水下激光拉曼光谱仪。

背景技术：

海洋占地球表面积的71％，蕴藏着丰富的油气、矿产和生物资源。进入21世纪，走向深海已成为我国面对全球化发展的必然选择。世界各国已经认识到了开发深海的战略意义，围绕着海洋利益的海洋竞争日趋激烈，而与之相伴的海洋科技实力的较量也日益凸显。

由于海洋物理化学环境、地质地形条件等的差异，海底资源品种、数量/储量、品位等都有着差别，为了有效开发利用深海资源，有必要对海底的矿藏(例如锰结核)、水合天然气、水溶物和生物环境进行检测。原位测试技术是海洋强国海底测试技术的趋势，但是目前的探测方式比较麻烦，尤其是对深海的环境检测，检测效率与检测能力均较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水下激光拉曼光谱仪，旨在用于解决现有的深海探测比较麻烦，检测能力较低的问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种水下激光拉曼光谱仪，包括密封筒，于所述密封筒上设置有视窗组件，于所述密封筒内设置有激光发生器、分光室、ccd以及计算处理单元，且于所述密封筒内还设置有发射光路以及反射光路，其中所述激光发生器及所述视窗组件依次设置于所述发射光路上，且所述视窗组件、所述分光室以及所述ccd依次设置于所述反射光路上，所述ccd与所述激光发生器均与所述计算处理单元电连接，所述ccd传输光谱信息至所述计算处理单元，所述计算处理单元控制所述激光发生器发射激光。

进一步地，所述视窗组件包括位于所述密封筒内侧的物镜以及安设于所述密封筒外侧的视窗座，且所述视窗座上的透明视窗盖，所述物镜正对所述视窗盖。

进一步地，所述计算处理单元包括：

计算机，读取所述ccd中的光谱信息；

激光控制器，控制激光发生器产生激光；

主板，接收上位机指令，控制计算机实现ccd的冷却及读取其中的光谱信息，命令所述激光控制器控制所述激光发生器产生激光；

电源，实现对所述激光发生器、所述ccd、所述计算机、所述主板以及所述激光控制器供电。

进一步地，于所述密封筒内设置有固定架组件，所述固定架组件包括安设于所述密封筒内壁上的支架以及安设于所述支架上的安装板，所述ccd安设于所述安装板上，所述激光发生器、所述分光室以及所述计算处理单元均安设于所述支架上。

进一步地，所述密封筒包括筒体以及两个端盖，两个所述端盖分别密封所述筒体的两个端口，且其中一所述端盖上设置有透光孔，所述视窗组件设置于所述透光孔处。

进一步地，所述端盖包括面板以及位于所述面板上的凸台，所述面板盖封所述筒体的对应端口且与所述筒体连接固定，所述凸台沿所述筒体的对应端口伸入所述筒体内且与所述筒体的内壁贴合，且所述筒体的内壁与所述凸台之间设置有密封圈。

进一步地，于所述密封筒上还设置有水密插座，所述水密插座与所述计算处理单元电连接。

进一步地，所述激光发生器产生355nm紫外激光。

进一步地，所述密封筒采用钛合金材料制成。

本发明具有以下有益效果：

本发明的光谱仪中，激光发生器产生的激光经分光室以及视窗组件照射至被测物表面，从而产生拉曼散射光，且拉曼散射光经视窗组件并耦合至分光室内，拉曼散射光为复色光，其在分光室内按照不同的波长在空间上分离后进入ccd内，ccd将光信号转换为数字信号(光谱信息)，计算处理单元获取该光谱信息且存储。通过上述工作方式表明光谱仪可以实现对被测物拉曼光谱的检测，且由于各部件均位于密封筒内，这种光谱仪比较适用于深海环境，可以实现对深海环境的有效检测，不但检测准确性比较高，而且保证检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的水下激光拉曼光谱仪的结构示意图；

图2为图1的水下激光拉曼光谱仪的剖视图；

图3为图1的水下激光拉曼光谱仪的密封筒打开后的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1以及图2，本发明实施例提供一种水下激光拉曼光谱仪，包括密封筒1，密封筒1为密封结构，可以防水，在密封筒1上设置有视窗组件2，视窗组件2主要是透视作用，同时能够防水，在密封筒1内设置有激光发生器3、分光室4、ccd5以及计算处理单元6，其中激光发生器3能够发出激光，分光室4可以根据波长的不同分离复色光，而ccd5则可以将光信号转换为数字信号(光谱信息)，对于计算处理单元6，其为光谱仪的控制中心，激光发生器3与ccd5均电连接该计算处理单元6，激光发生器3以及ccd5等均由计算处理单元6控制工作，且ccd5能够将转换的光谱信息发送至计算处理单元6储存，在密封筒1内还设置有发射光路以及反射光路，其中激光发生器3以及视窗组件2依次设置于发射光路上，且沿激光的发出方向依次设置，且视窗组件2、分光室4以及ccd5依次设置于反射光路上，且沿发射后的复色光的路径依次设置。本发明中，计算处理单元6接收到指令后控制激光发生器3工作，激光发生器3产生激光，且激光经视窗组件2照射至密封筒1外的被测物上，且在被测物上产生拉曼散射光，拉曼散射光被反射后经视窗组件2进入密封筒1内，由于拉曼散射光为复色光，其在分光室4内按照不同的波长在空间上分离，分离后的单色光在ccd5内转换为光谱信息，将光谱信息储存于计算处理单元6内。通过上述过程中可以获取被测物的光谱信息，进而能够根据该光谱信息判断出被测物，且由于各部件均位于密封筒1内，这种光谱仪比较适用于深海环境，可以实现对深海环境的有效检测，不但检测准确性比较高，而且保证检测效率。

参见图2以及图3，优化上述实施例，细化视窗组件2的结构，其包括位于密封筒1内侧的物镜21以及安设于密封筒1外侧视窗座22，通常在密封筒1对应视窗座22的位置设置有透光孔，且在视窗座22设置有透明的视窗盖23，该视窗盖23与透光孔对应且与物镜21正对。本实施例中，视窗座22凸出密封筒1的外表面，视窗盖23密封视窗座22，激光发生器3产生的激光经物镜21后进入透光孔，再由视窗盖23透射至密封筒1外侧的被测物上，而被测物上产生的拉曼散射光经视窗盖23进入密封筒1内，且由物镜21聚焦后耦合至分光室4内。

参见图2，继续优化上述实施例，细化计算处理单元6，其包括计算机61、激光控制器62、主板63以及电源64，其中计算机61与ccd5连接，可以读取ccd5中转换的光谱信息，主板63为主要的控制部件，其可以接收上位机指令，通过计算机61实现ccd5的冷却以及读取其中的光谱信息，且将光谱信息储存于主板63上，激光控制器62为激光发生器3的直接控制部件，主板63命令激光控制器62控制激光发生器3产生激光，具体由水下机器人rov、auv或者着陆器等水下平台携带至指定深度后，再由平台发出指令至主板63，而对于电源64，则主要是为光谱仪内的各电气部件提供电能，具体地可实现对激光发生器3、ccd5、计算机61、主板63以及激光控制器62等供电，其中主板63可以控制电源64对另外各电气部件供电电路的通断，电源64可以采用自容式工作，可为铁锂电池。针对这种结构形式，在密封筒1上还设置有水密插座7，水密插座7与计算处理单元6电连接，通过水密插座7可以使得外部设备与主板63连接，外部设备经由水密插座7获取深度信息以触发ccd5采集。一般情况下各电气部件关闭，处于休眠状态。

参见图3，进一步地，在密封筒1内设置有固定架组件8，细化固定架组件8的结构，其包括安设于密封筒1内壁上的支架81以及安设于支架81上的安装板82，上述的ccd5安设于安装板82上，而激光发生器3、分光室4以及计算处理单元6均安设于支架81上。本实施例中，密封筒1内的各部件均没有直接安设于密封筒1的内壁上，而是通过固定架组件8安装，其中支架81可采用螺钉固定的方式安装于密封筒1的内壁上，密封筒1无需通孔，进而可以保证密封筒1的密封性能，且密封筒1只需与支架81连接固定，其它部件均安装于支架81上，可以有效避免其它部件与密封筒1之间产生连接结构，不但安装方便，而且保证密封筒1的结构强度。

再次参见图2以及图3，进一步地，密封筒1包括筒体11以及两个端盖12，筒体11为具有两个端口的通孔结构，两个端盖12分别密封筒1体的两个端口，且在其中一端盖12上设置有上述的透光孔，视窗组件2设置于该透光孔处，而在另一端盖12上设置有上述的水密插座7，当然两个端盖12与筒体11之间均为可拆卸连接。细化端盖12结构，包括面板121以及位于面板121上的凸台122，两者为一体成型结构，面板121盖封筒体11的对应端口且与筒体11之间连接固定，具体为螺钉连接，而当面板121与筒体11连接后，凸台122沿筒体11的对应端口伸入筒体11内且与筒体11的内壁贴合，且在筒体11的内壁与凸台122之间设置有密封圈123，端盖12采用这种结构可以提高筒体11与端盖12之间的接触面积，进而提高筒体11与端盖12之间的密封性能。

再次参见图1以及图2，进一步地，在激光选用上，激光发生器3产生355nm紫外激光，而这种波长的激光可以与深海环境中的水合天然气、水溶物等物质的拉曼光谱“指纹”契合，进而可以使得激光照射至水合天然气以及水溶物等物质上可以产生拉曼散射光。对于密封筒1的材料，可以为钛合金，通过钛合金材料制成的密封筒1，不但保证光谱仪整体质量较小，而且具有较高的耐压以及抗腐蚀性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。