[發明專利]基于微機電系統光譜分析的便攜式拉曼光譜儀

無效

• 申請號: 201310132023.3
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN103196889A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 許春;殷海瑋;章煒毅
• 申請（專利權）人: 許春;殷海瑋;章煒毅
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/44
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

1.一種基于微機電系統光譜分析的便攜式拉曼光譜儀，基于微機電系統，包括：一個激光光源，一個拉曼探頭和一個光譜儀的光譜檢測系統（4），由激光器（1）發出的激光束通過拉曼探頭(2)照射在樣品(3)上，激發出樣品(3)的拉曼散射光，拉曼探頭(2)收集部分拉曼散射光并傳輸到光譜檢測系統(4)，其特征在于：

所述的激光光源包括一個半導體激光器(1)，產生不小于200毫瓦的功率和線寬不大于0.2納米的窄線寬的激光；

所述的拉曼探頭(2)包含輸出激光光路和收集拉曼散射光光路這兩條光路，其中收集拉曼散射光的光路不包含過濾瑞利散射光的濾光片；

所述的光譜儀包括：依序由聚焦透鏡一(5)、數字微鏡元件（DMD）模塊一(6)、準直透鏡(7)、色散光柵(8)、聚焦透鏡二(9)、數字微鏡元件（DMD）模塊二(10)、消色散光柵(11)、聚焦透鏡三(12)、單點探測器(13)和信號處理器(14)構成的光譜檢測系統(4)，其中：所述的數字微鏡元件（DMD）模塊包括數字微鏡陣列器件和微鏡控制電路，所述的數字微鏡陣列器件由微機電系統（MEMS）工藝制作而成，并由微鏡控制電路控制各個微鏡單元的開關狀態，采用阿達瑪（Hadamard）變換算法對照射到數字微鏡陣列上的光進行編碼；所述的單點探測器為光電倍增管的高靈敏度的單點探測器；所述的信號處理器(14)與微鏡控制電路相連，對單點探測器接收到的信號進行阿達瑪（Hadamard）變換算法的解碼，得到樣品(3)的拉曼光譜信息。

2.根據權利要求1所述的基于微機電系統光譜分析的便攜式拉曼光譜儀，其特征在于：所述的數字微鏡陣列器件中的微鏡單元由平面反射鏡(16)與懸臂梁(17)連接，微鏡控制電路通過改變控制電極(18)的電壓或電流，調節懸臂梁(17)轉動，懸臂梁(17)帶動平面反射鏡產生一定角度的偏轉，所述微鏡單元的擺角幅度為????????????????????????????????????????????????，當使用Hadamard變換算法對光進行編碼時，偏轉+10^o對應“1”，光通道為“開”，經過該通道的光可以進入后續光路；偏轉-10^o對應“0”，光通道為“關”，經過該通道的光不能進入后續光路。

3.根據權利要求1所述的基于微機電系統光譜分析的便攜式拉曼光譜儀，其特征在于：所述的微鏡控制電路，基于微機電系統，包括光電探測器、數字微鏡元件（DMD）陣列，其特征在于：入射光自數字微鏡元件（DMD）陣列將光譜按阿達瑪編碼進行調制，調制光進入光電探測器轉換成電信號，經前置放大電路、模數轉換器（ADC）轉換模塊進行模數轉換，產生數字信號；該數字信號被現場可編程門陣列（FPGA）控制模塊讀取，經現場可編程門陣列（FPGA）控制模塊FPGA內置的解調算法實時計算之后，由現場可編程門陣列（FPGA）控制模塊調制和解調后經外觸發，由通用串行總線（USB）傳輸模塊，傳送至上位機，其中，所述的現場可編程門陣列（FPGA）控制模塊中內置了協調各個模塊同時工作的邏輯，并內置了用于調制和解調光譜的阿達瑪變換算法的模塊。

4.根據權利要求1至3之一所述的基于微機電系統光譜分析的便攜式拉曼光譜儀的使用方法，包括以下步驟：

第一，由激光器(1)產生高功率、窄線寬的激光束，通過拉曼探頭(2)照射在樣品(3)上，激發出樣品(3)的拉曼散射光；拉曼探頭(2)收集部分拉曼散射光并傳輸到光譜檢測系統(4)中；

第二，拉曼散射光通過聚焦透鏡一(5)匯聚在數字微鏡元件（DMD）模塊一(6)上，由微鏡控制電路控制各微鏡單元的開關狀態，采用N階阿達瑪（Hadamard）變換算法對照射到數字微鏡元件（DMD）模塊一(6)上的光進行編碼，通過數字微鏡元件（DMD）模塊一(6)編碼后的光經準直透鏡(7)準直后照射到色散光柵(8)上，色散光柵(8)將復色光分解為不同波長的單色光，再經過聚焦透鏡二(9)匯聚到DMD數字微鏡元件（DMD）模塊二(10)的不同位置的微鏡單元上，數字微鏡元件（DMD）模塊二的控制電路進一步采用阿達瑪（Hadamard）變換算法對光進行二次編碼，編碼時閉合瑞利散射光聚焦位置的微鏡單元，以去除信號中的瑞利線；編碼后的光經過消色散光柵(11)和聚焦透鏡三(12)后，形成復色光會聚至單點探測器(13)上，單點探測器(13)將接收到的光信號轉為電信號并傳輸至信號處理器(14)，信號處理器(14)對其進行阿達瑪（Hadamard）變換算法的解碼，得到不同波長光的光譜信息，從而得到樣品原始的拉曼光譜。