智能手持式拉曼光谱仪

1.本发明属于光学分析仪器技术领域，具体涉及一种智能手持式拉曼光谱仪。


背景技术：

2.拉曼是一种光散射技术。激光光源照射物体时其高强度入射光被分子散射，大多数散射光与入射激光具有相同的波长，这种散射称为瑞利散射；还有极小一部分散射光的波长与入射光不同，其波长的改变由测试样品(所谓散射物质)的化学结构所决定，这部分散射光称为拉曼散射。光和材料内化学键的相互作用而产生的，能够反映样品化学结构、相和形态、结晶度以及分子相互作用的详细信息，因此拉曼光谱具备作为识别物质的“指纹”的能力，能够无损分析识别物质。在拉曼光谱数据库中包含着数千条光谱，通过快速搜索，找到与被分析物质相匹配的光谱数据，即可鉴别被分析物质拉曼光谱主要用于物质的鉴定，分子结构的研究，可对样品进行无损伤的定性定量分析。
3.现有技术公开的手持式拉曼光谱仪通过调节机构对光路装调，光路调节是拆卸装配的方式实现的，无法实现智能便捷调焦；此外，对于非实验室的应用，在人员流动复杂的环境中，激光照射会对人体产生危害，现有技术中公开的是设置有激光安全锁装置控制激光发射器发射激光的时间来避免激光对周围人员的辐射和伤害，但在激光发射器发射激光时，如果有人正对着激光或者人员误开启激光安全锁装置，同样不可避免会对人体造成损伤。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，即为了解决现有技术中的手持式拉曼光谱仪对焦效率低且安全等级低的问题，本发明提供了一种智能手持式拉曼光谱仪，该智能手持式拉曼光谱仪包括拉曼光谱主体、控制模块、激光模块、光路系统、调节模块和信号采集处理模块，所述控制模块、所述激光模块、所述光路系统、所述调节模块、所述信号采集处理模块均设置于所述拉曼光谱主体的内部；
5.所述激光模块、所述光路系统、所述调节模块、所述信号采集处理模块均与所述控制模块信号连接；
6.所述光路系统包括二向色镜和拉曼聚集镜头，所述二向色镜、所述拉曼聚集镜头均与所述调节模块信号连接；
7.所述拉曼光谱主体的端部设置有激光镜头；
8.所述激光模块配置为发射光束；在工作状态下，发射的光束经过所述光路系统、所述激光镜头反射至被测物上，被测物上接收的光束与被测物相互作用产生的拉曼光再次通过所述光路系统收集到所述信号采集处理模块；所述控制模块实时获取所述光路系统的光路信息，以在所述光路信息异常时控制所述调节模块实时调节所述二向色镜与所述拉曼聚集镜头之间的间距。
9.在一些优选实施例中，所述激光镜头的底部设置有与所述拉曼光谱主体固定的连
接件，所述连接件的一端设置有自旋外螺纹段，另一端设置有容纳腔室，所述容纳腔室的内部周侧设置有卡球限位槽；
10.所述激光镜头的一端设置于所述容纳腔室，所述激光镜头的周侧设置有与所述卡球限位槽匹配的卡球；所述激光镜头的另一端内置有采样聚集镜头；
11.所述拉曼光谱主体的端部设置有凹槽、以及与所述自旋外螺纹段匹配的螺纹孔，所述螺纹孔设置于所述凹槽的一侧；当所述激光镜头处于工作状态时，所述自旋外螺纹段与所述螺纹孔咬合，所述卡球在所述卡球限位槽的作用下处于压缩状态，所述激光镜头的纵向轴线与所述拉曼光谱主体的纵向轴线一致设置；
12.当所述激光镜头处于非工作状态时，所述卡球弹出所述卡球限位槽，所述激光镜头旋转平放至所述凹槽。
13.在一些优选实施例中，所述凹槽的外部还设置有与所述凹槽可拆卸设置的启闭盖。
14.在一些优选实施例中，所述信号采集处理模块包括ccd传感器和ccd处理器，所述ccd处理器与所述ccd传感器信号连接；
15.所述ccd传感器配置为将拉曼光的信号转换为电信号，并发送至所述ccd处理器；
16.所述ccd处理器配置为对所述电信号处理，并将处理后的电信号传递至所述控制模块。
17.在一些优选实施例中，所述光路系统还包括第一路光纤、第二路光纤、采样聚集镜头、滤光片和聚集透镜，所述激光模块发射的激光经所述第一路光纤传送到所述采样聚集镜头并到达被测物上；被测物上的激光与化学键反应产生的拉曼光再次经过所述采样聚集镜头传送到所述第二路光纤，然后经所述滤光片、所述聚集透镜传送至所述二向色镜，又透过所述拉曼聚集镜头由所述ccd传感器获取。
18.在一些优选实施例中，所述凹槽内部设置有人体接近传感器，所述人体接近传感器与所述控制模块信号连接；
19.所述人体接近传感器配置为实时获取预设范围内的人体信息；
20.当所述人体接近传感器检测到预设范围内存在人体信息时，所述控制模块控制所述激光模块停止发射激光。
21.在一些优选实施例中，所述拉曼光谱主体的内部设置有与所述控制模块信号连接的微打印模块；
22.所述拉曼光谱主体上开设有卷纸容纳腔室，所述卷纸容纳腔室的外侧设置有可启闭的打印机上盖；
23.所述卷纸容纳腔室的外侧还设置有出纸口，所述出纸口与所述打印机上盖邻接设置。
24.在一些优选实施例中，所述调节模块为微型步进电机。
25.在一些优选实施例中，所述控制模块还设置有安全认证模块；
26.所述安全认证模块配置为基于移动终端的输入信息判断其是否拥有访问权限。
27.在一些优选实施例中，所述控制模块具有wifi、和/或蓝牙无线通信功能。
28.1)本发明提出了一种智能触控对焦、低成本、体积小巧、带有安全防护作用的拉曼
光谱仪，该光谱仪能够有效提高检测人员的监测效率，增加检测人员自身的安全性，能够使得光谱技术朝着更便捷、安全的方向发展。
29.2)本发明能够实现光学组件焦距的自动微调，有效提高检测效率。
30.3)本发明可实现拉曼光谱仪的激光镜头保护，有效保护镜头，保证反复使用的高精度。
31.4)通过本发明可有效对人体或其它生物进行防护，有效预防检测物质的激光器发射的激光对人体的灼伤，对于经验不足或操作不当的检验人员能够有效保护。
附图说明
32.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
33.图1是本发明的一种具体实施例的立体结构示意图；
34.图2是图1的背面外观示意图；
35.图3是本发明中的凹槽的局部示意图；
36.图4是本发明中的激光镜头的示意图；
37.图5是本发明中的激光镜头与凹槽的半剖示意图；
38.图6是本发明的结构组成示意图；
39.图7是本发明的硬件框架示意图；
40.图8是本发明的软硬件系统示意图。
41.附图标记说明依次如下：
42.1、电容屏；2、出纸口；3、打印机上盖；4、激光镜头；5、开关按键；6、返回功能按键；7、主页面功能按键；8、菜单功能按键；9、led灯；10、后置摄像头；11、报警扩音器；12、防滑垫；13、挂坠孔；14、凹槽；15、采样聚集镜头；16、卡球；17、自旋外螺纹段；18、人体接近传感器。
具体实施方式
43.为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
44.本发明公开了一种智能手持式拉曼光谱仪，该智能手持式拉曼光谱仪包括拉曼光谱主体、控制模块、激光模块、光路系统、调节模块和信号采集处理模块，控制模块、激光模块、光路系统、调节模块、信号采集处理模块均设置于拉曼光谱主体的内部；激光模块、光路系统、调节模块、信号采集处理模块均与控制模块信号连接。光路系统包括二向色镜和拉曼聚集镜头，二向色镜、拉曼聚集镜头均与调节模块信号连接；拉曼光谱主体的端部设置有激光镜头；激光模块配置为发射光束；在工作状态下，发射的光束经过光路系统、激光镜头反射至被测物上，被测物上接收的光束与被测物相互作用产生的拉曼光再次通过光路系统收集到信号采集处理模块；控制模块实时获取光路系统的光路信息，以在光路信息异常时控制调节模块实时调节二向色镜与拉曼聚集镜头之间的间距。本发明公开的方案能够对光学
组件自动进行微调，能够有效提高检测的精度和分辨率，以及检测人员的检测效率。
45.以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。
46.参照附图1至附图8，本发明公开了一种智能手持式拉曼光谱仪，该智能手持式拉曼光谱仪包括拉曼光谱主体、控制模块、激光模块、光路系统、调节模块和信号采集处理模块，控制模块、激光模块、光路系统、调节模块、信号采集处理模块均设置于拉曼光谱主体的内部；激光模块、光路系统、调节模块、信号采集处理模块均与控制模块信号连接。
47.光路系统包括二向色镜和拉曼聚集镜头，二向色镜、拉曼聚集镜头均与调节模块信号连接。
48.拉曼光谱主体的端部设置有激光镜头4；激光镜头的底部设置有与拉曼光谱主体固定的连接件，连接件的一端设置有自旋外螺纹段17，另一端设置有容纳腔室，容纳腔室的内部周侧设置有卡球限位槽；激光镜头的一端设置于容纳腔室，激光镜头的周侧设置有与卡球限位槽匹配的卡球16；激光镜头的另一端内置有采样聚集镜头15；拉曼光谱主体的端部设置有凹槽14、以及与自旋外螺纹段匹配的螺纹孔，螺纹孔设置于凹槽的一侧。
49.当激光镜头处于工作状态时(即笔直状态时)，自旋外螺纹段与螺纹孔咬合，卡球在卡球限位槽的作用下处于压缩状态，激光镜头的纵向轴线与拉曼光谱主体的纵向轴线一致设置；当激光镜头处于非工作状态时，卡球弹出卡球限位槽，激光镜头旋转平放至凹槽。
50.激光模块配置为发射光束。
51.在工作状态下，发射的光束经过光路系统、激光镜头反射至被测物上，被测物上接收的光束与被测物相互作用产生的拉曼光再次通过光路系统收集到信号采集处理模块；控制模块实时获取光路系统的光路信息，以在光路信息异常时控制调节模块实时调节二向色镜与拉曼聚集镜头之间的间距。
52.凹槽的外部还设置有与凹槽可拆卸设置的启闭盖，在激光镜头平放到凹槽内后，可用启闭盖盖上以保护激光镜头内的采样聚集镜头不被划花、落灰，这样就保证了拉曼光谱仪检测效果免受采样聚集镜头的影响。当需使用拉曼光谱仪时，打开启闭盖，将激光镜头向一侧旋动至笔直，用手轻压使卡球处于压缩状态，逆时针旋转激光镜头，直到无法旋动为止。
53.具体地，信号采集处理模块包括ccd传感器和ccd处理器，ccd处理器与ccd传感器信号连接；ccd传感器配置为将拉曼光的信号转换为电信号，并发送至ccd处理器；ccd处理器配置为对电信号处理，并将处理后的电信号传递至控制模块。
54.具体地，光路系统还包括第一路光纤、第二路光纤、采样聚集镜头、滤光片和聚集透镜，激光模块发射的激光经第一路光纤传送到采样聚集镜头并到达被测物上；被测物上的激光与化学键反应产生的拉曼光再次经过采样聚集镜头传送到第二路光纤，然后经滤光片、聚集透镜传送至二向色镜，又透过拉曼聚集镜头由ccd传感器获取。
55.进一步地，凹槽内部设置有人体接近传感器18，人体接近传感器与控制模块信号连接；人体接近传感器配置为实时获取预设范围内的人体信息；当人体接近传感器检测到预设范围内存在人体信息时，控制模块控制激光模块停止发射激光；在没有检测到人体信息的情况下才会启动激光镜头发射激光，以照射在物质上进行检测；这样使得检测过程变得更加安全，有效减少对检测人员的伤害。
56.进一步地，拉曼光谱主体的内部设置有与控制模块信号连接的微打印模块；拉曼
光谱主体上开设有卷纸容纳腔室，卷纸容纳腔室的外侧设置有可启闭的打印机上盖3；卷纸容纳腔室的外侧还设置有出纸口2，出纸口与打印机上盖邻接设置。
57.进一步地，控制模块的前面设有电容屏1，电容屏嵌入到拉曼光谱主体的正面靠下方，电容屏有三个辅助功能按键，分别是：返回功能按键6、主页面功能按键7以及菜单功能按键8，拉曼光谱主体的左侧方有一个开关按键5，用于控制拉曼光谱仪的开关电源；拉曼光谱主体顶部相对的一侧设有usb数据接口，可供拉曼光谱仪充电以及与电脑端数据的交互。
58.进一步地，信号采集处理模块与控制模块通过数据线相连，控制模块又通过信号线和电容屏相连，信号采集处理模块运算后的信号经控制模块再次滤除背景噪声，以波形形式展现在电容屏上。
59.控制模块与打印机装置(即微打印模块)通过数据线相连，显示在电容屏上的拉曼光谱波形可以保存为图片文件的形式或点击旁边的按钮选择打印，打印机装置得到图片信息和控制指令后开始打印，打印的纸质版波形会从出纸口打印出来，以供直观观看。
60.拉曼光谱主体背面有led灯9，可供夜间作业；位于led灯9的右侧且与led灯平行位置设有后置摄像头10，可以满足特定的拍照需求；拉曼光谱主体背面后半部分设有一个具有警示作用的报警扩音器11，当被检测物质是有害物质时，报警扩音器可以发出警示的声音；在扩音器的下面设置有防滑垫12，能够提高拉曼光谱仪的防滑功能；拉曼光谱主体的底部设置有挂坠孔13，便于悬挂携带。
61.优选地，调节模块为微型步进电机。
62.进一步地，控制模块还设置有安全认证模块；安全认证模块配置为基于移动终端的输入信息判断其是否拥有访问权限。
63.具体地，控制模块可搭载手机安卓系统，安卓系统具有文件管理系统，除了自身采集到的拉曼光谱数据可以存储，其他设备(手机或同类设备)与之共享的数据也可以存储。
64.优选地，控制模块具有wifi、和/或蓝牙无线通信功能。
65.进一步地，该智能手持式拉曼光谱仪的充电方式分为usb充电方式和无线充电方式；通过普通的usb线就可以对其充电，而无线充电是采用电磁感应原理设计，需要借助于专门的充电底座；充电底座内置送电线圈，拉曼光谱仪内置有受电线圈，当送电线圈通入一定频率的交流电，交流电的磁场使得受电线圈产生感应电流，从而可以为拉曼光谱仪无线补给电能。
66.其中拉曼光谱仪底部的usb接口连接电脑端，可以读取出该拉曼光谱仪的文件，同时带有充电功能。
67.进一步地，激光模块、c信号采集处理模块都携有制冷片。
68.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
69.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
70.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
71.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。