[發(fā)明專利]基于激光測距自動(dòng)調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610972219.7
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN106645082B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚齊峰;祝連慶;張雯;婁小平;董明利;李紅;辛璟燾
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65
• 代理公司: 北京律恒立業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 顧珊;龐立巖

1.一種基于激光測距自動(dòng)調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀的測距方法，其特征在于，基于激光測距自動(dòng)調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀包括激光探測系統(tǒng)、拉曼散射光收集系統(tǒng)和信號(hào)觸發(fā)延時(shí)及數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)；

所述的激光探測系統(tǒng)包括激光發(fā)射探測系統(tǒng)和激光反射探測系統(tǒng)；

所述的激光發(fā)射探測系統(tǒng)包括脈沖激光器、環(huán)形器、第一準(zhǔn)直器、反射棱鏡和二向分色棱鏡；

所述的激光反射系統(tǒng)為所述激光發(fā)射系統(tǒng)的逆向系統(tǒng)，所述激光反射系統(tǒng)包括所述的脈沖激光器、環(huán)形器、第一準(zhǔn)直器、反射棱鏡和光電探測器；

所述的拉曼散射光收集系統(tǒng)包括所述二向分色棱鏡，望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)，第二準(zhǔn)直器，濾光片和門控光譜儀；

所述的脈沖激光器和第一準(zhǔn)直器分別與環(huán)形器通過光纖連接，所述的反射棱鏡和第一準(zhǔn)直器沿光路置于二向分色棱鏡的反射方向；

所述望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)、濾光片和第二準(zhǔn)直器沿光路依次置于二向色分色棱鏡的透射方向；所述門控光譜儀與第二準(zhǔn)直器通過光纖連接；

所述脈沖激光器設(shè)有激光脈沖觸發(fā)器，光電探測器與環(huán)形器通過光纖連接，望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)設(shè)有電控調(diào)焦裝置；

所述的激光脈沖觸發(fā)器、光電探測器、電控調(diào)焦裝置和門控光譜儀分別與數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)通過串行總線連接；

所述方法包括如下步驟：

1)脈沖激光器發(fā)出ns量級(jí)脈沖激光，通過環(huán)形器順次經(jīng)過第一準(zhǔn)直器和反射棱鏡，同時(shí)脈沖激光器發(fā)出一個(gè)觸發(fā)電信號(hào)；

2)激光束經(jīng)過反射棱鏡反射進(jìn)入二向分色棱鏡，然后經(jīng)過二向分色棱鏡再次反射，激光束傳播方向與經(jīng)過第一準(zhǔn)直器發(fā)出的激光束平行同向；

3)激光束到達(dá)樣品表面發(fā)生反射和散射，部分瑞利散射光和反射光會(huì)沿著原光路進(jìn)入環(huán)形器，通過環(huán)形器被光電探測器檢測，如果探測器檢測不到反射光，對(duì)設(shè)備方向進(jìn)行調(diào)整；如果檢測到反射光，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄到達(dá)光電探測器的時(shí)間，經(jīng)過與觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間作比較得到用來開啟門控光譜儀的延時(shí)參考信號(hào)，在下一次激光脈沖產(chǎn)生時(shí)啟動(dòng)門控光譜儀；

4)部分拉曼散射光經(jīng)過二向分色棱鏡透射進(jìn)入望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)，經(jīng)過前段物鏡收集和后端物鏡匯聚到濾光片，濾光片去除部分瑞麗散射光和反射光，剩下拉曼散射光匯聚到第二準(zhǔn)直器，通過光纖傳輸?shù)介T控光譜儀；

5)利用延時(shí)時(shí)間計(jì)算待測物體與門控光譜儀的距離，由數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)和電控調(diào)焦裝置調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)中透鏡的位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦；

6)門控光譜儀開啟由步驟3)中的延時(shí)時(shí)間確定，開通時(shí)間由脈沖激光器脈沖寬度決定；

7)門控光譜儀的讀出信號(hào)被數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)處理整理后，判斷是否需要更多次數(shù)的脈沖信號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光測距自動(dòng)調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀的測距方法，其特征在于，所述的環(huán)形器為三端口環(huán)形器，所述的光纖為單模光纖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光測距自動(dòng)調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀的測距方法，其特征在于，所述反射棱鏡和第一準(zhǔn)直器相對(duì)平行放置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光測距自動(dòng)調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀的測距方法，其特征在于，所述門控光譜儀可以是基于光纖F-P可調(diào)濾波器掃面的光纖門控光譜儀，或基于光柵色散的門控光譜儀，或基于空間傅里葉變換的門控光譜儀。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光測距自動(dòng)調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀的測距方法，其特征在于，所述的二向分色棱鏡可以是一個(gè)特制的鍍膜棱鏡，也可以是組裝的分光系統(tǒng)；所述的反射棱鏡是表面鍍膜99％的一次等腰直角棱鏡。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光測距自動(dòng)調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀的測距方法，其特征在于，所述的反射棱鏡和二向分色棱鏡可以分立安裝還可以兩者組合安裝。