[發明專利]微小型激光熒光光譜儀及光譜檢測方法

有效

• 申請號: 201710144731.7
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN107064084B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 田兆碩;張延超;王玲;劉立寶;劉文軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01J3/443
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

技術領域

本發明涉及測量儀器技術領域，尤其涉及一種體積小、攜帶方便、靈敏度高、造價低的微小型激光熒光光譜儀及光譜檢測方法。

背景技術

激光誘導熒光技術是一種采用激光作為激發光源的熒光檢測技術，具有分析精度高、測量范圍大、速度快等優點，已經發展成為一種十分重要且有效的光譜分析檢測手段。其應用范圍遍及工業、農業、生命科學、環境科學、材料科學、食品科學等諸多領域。目前為滿足現場快速檢測及民用的需要，儀器的發展趨向于智能化、微型化、集成化、芯片化和系統工程化，國際上已經報道了多種小型化、輕量化的光譜檢測儀器。

目前激光誘導熒光光譜探測儀器仍存在體積大、成本高、售價昂貴等問題，一般在實驗室內使用，不適合現場快速檢測，大大限制了其大面積推廣應用。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提出了一種體積小、攜帶方便、靈敏度高、造價低的微小型激光熒光光譜儀及光譜檢測方法。

為了實現上述目的，本發明的一方面提出了一種微小型激光熒光光譜儀，包括激光發射系統、分光系統、探測系統和數據處理系統，其中所述激光發射系統、分光系統以及探測系統集成在殼體內，在所述殼體的前端面上開設有兩個通孔，分別記做第一通孔和第二通孔，所述激光發射系統包括相連接的激光器以及激光控制電源，所述激光器射出的激光經由所述第一通孔射出，所述激光控制電源連接至USB集線器，所述USB集線器連接至設置在所述殼體上的USB接口，在所述殼體內沿著從所述第二通孔入射光的傳播方向依次設有分光系統、會聚鏡頭以及探測系統；所述探測系統連接至所述USB集線器，所述USB接口還與數據處理系統相連接。

優選的是，所述分光系統采用光柵或棱鏡色散結構。

優選的是，所述探測系統采用陣列探測器，所述陣列探測器采用高靈敏陣列CCD或CMOS。

優選的是，在所述分光系統前端放置長波通濾光片。

優選的是，將所述激光器相對于分光系統光軸傾斜放置，使所述激光器形成的激光發射光路與所述分光系統光軸形成小于90°的夾角。

優選的是，將所述激光器相對于分光系統光軸平行放置，在所述殼體的前端經連接件設置平面反射鏡，使所述激光器射出的激光經所述平面反射鏡進行反射，該反射激光的光路與分光系統光軸形成小于或者等于90°的夾角。

優選的是，將所述激光器相對于分光系統光軸平行放置，在所述第一通孔處設置第一光纖接口，在所述第二通孔處設置第二光纖接口，采用Y型光纖，所述Y型光纖的兩端分別與所述第一光纖接口和第二光纖接口相連接，其第三端用于放置在待檢測樣品的檢測位置處。

本發明的上述方案的有益效果在于上述微小型激光熒光光譜儀體積小、攜帶方便、靈敏度高、造價低；可對不同形狀、不同放置方式的固體及液體待檢測樣品進行檢測；其不僅可以應用于科研、工業生產、環保等部門檢測，還可以推廣到普通家庭對水質、食用油、白酒、農藥、食品等進行安全檢測，對于光譜儀器民用化普及推廣具有重要意義。

本發明還提出了一種基于上述微小型激光熒光光譜儀的光譜檢測方法，所述方法包括以下步驟： 步驟1、將待檢測樣品置于所述微小型激光熒光光譜儀的前端； 步驟2、使所述激光器輸出脈沖方式的激光； 步驟3、當有激光照射待檢測樣品時，待檢測樣品受激光照射激發產生熒光； 步驟4、包含背景光信號的激光誘導熒光信號被所述分光系統色散為不同波長的單色光，所述單色光經會聚鏡頭后由探測系統接收按波長依次排列的光譜； 步驟5、所述探測系統將上述光譜信號傳輸至所述數據處理系統中； 步驟6、當無激光照射待檢測樣品時，包含環境的背景光信號被所述分光系統色散為不同波長的單色光，所述單色光經會聚鏡頭后由探測系統接收按波長依次排列的光譜； 步驟7、所述探測系統將上述光譜信號傳輸至所述數據處理系統中； 步驟8、所述數據處理系統將步驟5和步驟7中的相鄰兩幀光譜信號進行相減處理，即可獲得扣除背景光信號干擾的光譜信號，并將得到的光譜曲線進行顯示； 步驟9、重復步驟3至步驟8，實現快速實時顯示扣除背景光后的光譜測量曲線。

其中在所述步驟3和步驟4之間還設有步驟31，通過長波通濾光片，濾除待檢測樣品散射的激光干擾信號。

附圖說明

圖1示出了本發明所涉及的微小型激光熒光光譜儀的一種結構示意圖。

圖2示出了本發明所涉及的微小型激光熒光光譜儀的另一種結構示意圖。

圖3示出了本發明所涉及的微小型激光熒光光譜儀的再一種結構示意圖。

圖4示出了本發明所涉及的微小型激光熒光光譜儀檢測不同食用油的檢測結果圖。