全文摘要
本实用新型公开了一种手持式拉曼光谱检测仪，包括：激光发生器、第一光学组件、第二光学组件和光谱仪，其中，激光发生器用于产生激光，第一光学组件用于将激光聚焦至待测样品上，并在待测样品上形成一狭长光斑，第二光学组件用于将待测样品上产生的拉曼散热光聚焦至光谱仪中。本实用新型设置柱透镜，对激光光束进行整形，使垂直于激光传播方向的X、Y两个方向上形成不同的发散角。由于整形后的激光光束在水平和垂直方向上具有不同的发散角，其经过第二光学透镜聚焦后会在待测样品上形成一狭长形的激光光斑。
主设计要求
1.一种手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，包括：激光发生器、第一光学组件、第二光学组件和光谱仪，其中，激光发生器用于产生激光，第一光学组件用于将激光聚焦至待测样品上，并在待测样品上形成一狭长光斑，第二光学组件用于将待测样品上产生的拉曼散热光聚焦至光谱仪中。
设计方案
1.一种手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，包括：激光发生器、第一光学组件、第二光学组件和光谱仪，其中，激光发生器用于产生激光，第一光学组件用于将激光聚焦至待测样品上，并在待测样品上形成一狭长光斑，第二光学组件用于将待测样品上产生的拉曼散热光聚焦至光谱仪中。
2.根据权利要求1所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，所述的第一光学组件包括：顺次排列的第一光学透镜、柱透镜、第一滤光片和第二光学透镜，其中，第一光学透镜和柱透镜对齐设置，第一滤光片倾斜设置，第一滤光片使得柱透镜方向的激光可射入第二光学透镜、第二光学透镜方向的激光可射入第二光学组件。
3.根据权利要求2所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，所述的第一滤光片为分色滤光片。
4.根据权利要求1、2或3所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，所述的第二光学组件包括：第二滤光片和第三光学透镜，第二滤光片对齐第一滤光片设置，第三光学透镜对齐第二滤光片设置，第三光学透镜设置于光谱仪之前。
5.根据权利要求1所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，还包括中央处理器，中央处理器与光谱仪和激光发生器相连。
6.根据权利要求5所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，还包括壳体，激光发生器、第一光学组件、第二光学组件、光谱仪和中央处理器均设置于壳体内，壳体的端部设置一凸出容腔，凸出容腔用于容纳第二光学透镜。
7.根据权利要求1、5或6所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，所述的激光发生器采用体布拉格光栅稳定输出的半导体激光器。
8.根据权利要求5所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，还包括触摸显示屏，触摸显示屏设置于壳体的表面，触摸显示屏与中央处理器相连，触摸显示屏为有机发光二极管显示屏。
9.根据权利要求5所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，还包括麦克风，麦克风设置于壳体表面，麦克风与中央处理器相连。
10.根据权利要求8所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，还包括电容式手写笔，电容式手写笔用于在触摸显示屏上操作。
11.根据权利要求5所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，还包括扫码器，扫码器设置于壳体表面，扫码器与中央处理器相连。
12.根据权利要求6所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，还包括无线通信模块，无线通信模块设置于壳体内，无线通信模块与中央处理器相连，无线通信模块与外部数据中心相连。
13.根据权利要求12所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，所述的无线通信模块与外部远程控制单元相连。
14.根据权利要求12所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，所述的无线通信模块为蓝牙、Wi-Fi或蜂窝。
15.根据权利要求6所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，还包括成像传感器，成像传感器设置于壳体表面，成像传感器与无线通信模块相连。
16.根据权利要求15所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，所述的成像传感器包括数码相机。
17.根据权利要求6所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，还包括定位传感器，定位传感器设置于壳体内或壳体表面。
18.根据权利要求4所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，所述的狭长光斑的长宽比大于2。
19.根据权利要求18所述的手持式拉曼光谱检测仪，其特征在于，所述的狭长光斑的长宽比大于5。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种手持式拉曼光谱检测仪。
背景技术
拉曼光谱分析是一种强大的无损材料检测和鉴定技术。传统的拉曼光谱仪体积庞大，限制他们只能应用于实验室环境中。最近，随着半导体激光器激发光源和CCD(电荷耦合器件)阵列光谱仪的发展，拉曼光谱仪已经发展为手持式仪器，可以用来进行现场取样分析。由于拉曼效应是一种很微弱的非线性效应，拉曼光的强度通常只有激发光强度的百万分之一。为了获得比较强的拉曼信号，通常需要采用具有较大功率的激光器作为激发光源。然而，过高的激光功率密度有可能烧毁待测样品。
实用新型内容
本实用新型为解决上述技术问题，提供一种手持式拉曼光谱检测仪。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种手持式拉曼光谱检测仪，包括：激光发生器、第一光学组件、第二光学组件和光谱仪，其中，激光发生器用于产生激光，第一光学组件用于将激光聚焦至待测样品上，并在待测样品上形成一狭长光斑，第二光学组件用于将待测样品上产生的拉曼散热光聚焦至光谱仪中。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的第一光学组件包括：顺次排列的第一光学透镜、柱透镜、第一滤光片和第二光学透镜，其中，第一光学透镜和柱透镜对齐设置，第一滤光片倾斜设置，第一滤光片使得柱透镜方向的激光可射入第二光学透镜、第二光学透镜方向的激光可射入第二光学组件。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的第一滤光片为分色滤光片。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的第二光学组件包括：第二滤光片和第三光学透镜，第二滤光片对齐第一滤光片设置，第三光学透镜对齐第二滤光片设置，第三光学透镜设置于光谱仪之前。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括中央处理器，中央处理器与光谱仪和激光发生器相连。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括壳体，激光发生器、第一光学组件、第二光学组件、光谱仪和中央处理器均设置于壳体内，壳体的端部设置一凸出容腔，凸出容腔用于容纳第二光学透镜。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的激光发生器采用体布拉格光栅稳定输出的半导体激光器。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括触摸显示屏，触摸显示屏设置于壳体的表面，触摸显示屏与中央处理器相连，触摸显示屏为有机发光二极管显示屏。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括麦克风，麦克风设置于壳体表面，麦克风与中央处理器相连。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括电容式手写笔，电容式手写笔用于在触摸显示屏上操作。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括扫码器，扫码器设置于壳体表面，扫码器与中央处理器相连。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括无线通信模块，无线通信模块设置于壳体内，无线通信模块与中央处理器相连，无线通信模块与外部数据中心相连。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的无线通信模块与外部远程控制单元相连。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的外部远程控制单元包括电脑、手机。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的无线通信模块为蓝牙、Wi-Fi或蜂窝。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括成像传感器，成像传感器设置于壳体表面，成像传感器与无线通信模块相连。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的成像传感器包括数码相机。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括定位传感器，定位传感器设置于壳体内或壳体表面。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的狭长光斑的长宽比大于2。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的狭长光斑的长宽比大于5。
本实用新型设置柱透镜，对激光光束进行整形，使垂直于激光传播方向的X、Y两个方向上形成不同的发散角。由于整形后的激光光束在水平和垂直方向上具有不同的发散角，其经过第二光学透镜聚焦后会在待测样品上形成一狭长形的激光光斑。与聚焦到一点的激光光斑相比，本实用新型的狭长形激光光斑的功率密度明显降低，从而大大降低了激光烧毁样品的可能性。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：
实施例1
如图1所示，本实施例手持式拉曼光谱检测仪，包括：激光发生器104、第一光学组件、第二光学组件和光谱仪107，其中，激光发生器104用于产生激光，第一光学组件用于将激光聚焦至待测样品103上，并在待测样品103上形成一狭长光斑，第二光学组件用于将待测样品103上产生的拉曼散热光聚焦至光谱仪107中。光谱仪107为CCD阵列光谱仪。
所述的第一光学组件包括：顺次排列的第一光学透镜1061、柱透镜1066、第一滤光片1062和第二光学透镜1063，其中，第一光学透镜1061和柱透镜1066对齐设置，第一滤光片1062倾斜设置，第一滤光片1062使得柱透镜1066方向的激光可射入第二光学透镜1063、第二光学透镜1063方向的激光可射入第二光学组件。所述的柱透镜1066为长方体。所述的第一滤光片1062为分色滤光片。
所述的第二光学组件包括：第二滤光片1064和第三光学透镜1065，第二滤光片1064对齐第一滤光片1062设置，第三光学透镜1065对齐第二滤光片1064设置，第三光学透镜1065设置于光谱仪107之前。所述的第二滤光片1064为长波通滤光片。
所述的光谱仪107的输入口形状与第二光学透镜1063聚焦至待测样品103上的光斑形状相适应。
本实施例还包括中央处理器120，简称CPU，中央处理器120与光谱仪107和激光发生器104相连。本实施例还包括壳体102，激光发生器104、第一光学组件、第二光学组件、光谱仪107和中央处理器120均设置于壳体102内，壳体102的端部设置一凸出容腔，凸出容腔用于容纳第二光学透镜1063。
所述的激光发生器104采用体布拉格光栅稳定输出的半导体激光器，优选为美国发明专利7,245,369所描述的输出波长和谱线宽度由体布拉格光栅稳定和压窄的半导体激光器。该半导体激光器的波长可选择为785nm或1064nm或其它合适的波长。
本实施例还包括触摸显示屏108，触摸显示屏108设置于壳体102的表面，触摸显示屏108与中央处理器120相连，触摸显示屏108为有机发光二极管显示屏。本实施例还包括麦克风114，麦克风114设置于壳体102表面，麦克风114与中央处理器120相连。本实施例还包括电容式手写笔，电容式手写笔用于在触摸显示屏108上操作。本实施例还包括扫码器115，扫码器115设置于壳体102表面，扫码器115与中央处理器120相连。
本实施例还包括无线通信模块116，无线通信模块116设置于壳体102内，无线通信模块116与中央处理器120相连，无线通信模块116与外部数据中心相连。所述的无线通信模块116与外部远程控制单元相连。所述的外部远程控制单元包括电脑、手机。所述的无线通信模块116为蓝牙、Wi-Fi或蜂窝。
本实施例还包括成像传感器117，成像传感器117设置于壳体102表面，成像传感器117与无线通信模块116相连。所述的成像传感器117包括数码相机。本实施例还包括定位传感器118，定位传感器118设置于壳体102内或壳体102表面。本实用新型使用电池110供电。
使用时，使用者通过触摸显示屏108或者麦克风114发生命令，中央处理器120控制激光发生器104发生激光，激光经过第一光学透镜1061收集和准直，经准直的激光经过柱透镜1066以对激光进行整形，使激光分别在垂直于激光传播方向的X、Y两个方向上形成不同的发散角，也就是说，激光的传播方向是三维坐标中的Z轴，那么经过柱透镜1066整形后，激光在三维坐标中的X轴和Y轴两个方向上形成不同的发散角。经整形的激光透过第一滤光片1062入射到第二光学透镜1063并由第二光学透镜1063聚焦到待测样品103上以从待测样品103激发拉曼散射光。由于整形后的激光在水平和垂直方向上具有不同的发散角，其经过第二光学透镜1063聚焦后会在待测样品103上形成一狭长形的激光光斑。与聚焦到一点的激光光斑相比，该狭长形激光光斑的功率密度明显降低，从而大大降低了激光烧毁样品的可能性。
聚焦后的激光从所照射的待测样品103上激发拉曼散射光，该拉曼散射光由第二个光学透镜1063收集并准直后被第一滤光片1062反射以滤除瑞利散射和由待测样品103反射的激光。位于第一滤光片1062之后的第二滤光片1064用于进一步从拉曼散射光中滤除瑞利散射。滤波后的拉曼散射光经第三光学透镜1065聚焦到光谱仪107的输入狭缝上形成一狭长形的拉曼散射光光斑。该狭长形拉曼散射光光斑的形状设计为与光谱仪107输入狭缝的形状相匹配，从而在最大程度上提高光谱仪107对拉曼散射光的收集效率。光谱仪107对收集到的拉曼散射光进行光谱分析以获得待测样品103的拉曼光谱。本实施例中光谱仪107输入狭缝上的拉曼散射光光斑与待测样品103上的激光光斑具有相同的形状和长宽比。为了达到使拉曼散射光光斑的形状与光谱仪107输入狭缝的形状相匹配的目的，激光光斑的长宽比至少应大于2，可以是2.1、3或者4，理想情况下应大于5，可以是5.1、6或者7，以最大程度上提高光谱仪107对拉曼散射光的收集效率。
触摸显示屏108作为显示拉曼光谱和接收用户输入的用户交互界面。触摸显示屏108优选为无需背光就能工作的有机发光二极管显示屏。该触摸显示屏108具有较快的显示速度、较宽的视角、更准确的色彩重现、更出色的对比度、和更高的亮度，使其可以兼用于黑暗和明亮环境。而且，有机发光二极管显示屏的低功耗进一步延长了本实施例的电池寿命。利用触摸显示屏108还可以实现其它功能，例如浏览文件列表、光谱的缩放、输入光谱的信息、浏览用户菜单和提供实时帮助信息等等。
另外，本实施例还可配备麦克风114以实现语音输入。用户的口头指令通过识别后与光谱测量和分析的常用指令集相比较，并显示最相匹配的指令列表以供用户选择。语音识别和输入系统使用现有技术。光谱仪的设置，如激光功率、积分时间等的数据输入可以以类似的方式进行。除了语音输入系统，本实施例可配备电容式手写笔，以协助用户通过虚拟键盘或手写字符识别系统进行数据和文字输入。为了进一步减少数据录入的负担，本实施例配备了扫码器115以读入具有条码或二维码的待测样品103的有关数据。待测样品103的拉曼光谱可以与其条码或二维码信息结合起来，以进行分类归档。
本实施例还包括无线通信模块116。通过无线通信模块116，本实施例可以将得到的拉曼光谱传输到外部数据中心进行分析，并与光谱数据库相比较，以完成对样本的鉴定。这种方法允许把光谱数据库存储在外部数据中心而不是在本实施例中，从而节省了大量存储空间。此外，通过无线通信可以使用外部远程控制单元对本实施例进行远程控制。外部远程控制单元可包括平板电脑或智能手机等。为了监测待测样品103的状态，本实施例还可配备成像传感器117以采集样品103的图像并通过无线通信模块116将图像发送到外部远程控制单元上。本实施例还可包括一个定位传感器118，如GPS传感器，以确定其地理位置。获得的地理位置信息可以报告到控制中心，从而将样品103的拉曼光谱与其地理位置联系起来。
实施例2
如图2所示，本实施例不包括触摸显示屏108，而是通过无线通信模块116与外部远程控制单元112进行无线通信，并通过该外部远程控制单元112显示拉曼光谱和接收用户输入对本实施例的操控。无线通信模块116可采用蓝牙、Wi-Fi或蜂窝等等。外部远程控制单元112可包括平板电脑或智能手机等等。其他部分与实施例1相同。
本实用新型设置柱透镜1066，对激光光束进行整形，使垂直于激光传播方向的X、Y两个方向上形成不同的发散角。由于整形后的激光光束在水平和垂直方向上具有不同的发散角，其经过第二光学透镜1063聚焦后会在待测样品103上形成一狭长形的激光光斑。与聚焦到一点的激光光斑相比，本实用新型的狭长形激光光斑的功率密度明显降低，从而大大降低了激光烧毁样品的可能性。
本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920035834.4
申请日:2019-01-09
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209471053U
授权时间:20191008
主分类号:G01N 21/65
专利分类号:G01N21/65
范畴分类:31E;
申请人:必达泰克光电设备（上海）有限公司
第一申请人:必达泰克光电设备（上海）有限公司
申请人地址:201201 上海市浦东新区金桥出口加工区（南区）龙桂路121号2幢103室
发明人:王伟龙
第一发明人:王伟龙
当前权利人:必达泰克光电设备（上海）有限公司
代理人:李强;倪嘉慧
代理机构:31259
代理机构编号:上海脱颖律师事务所
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计