本发明专利技术涉及一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪，包括激光器，滤光片，棱镜分光系统、会聚透镜组、面阵CCD、电控模块、计算机、电源和壳体，所述激光器发出的激光照射待测物质，水平方向散射光经滤光片后进入棱镜分光系统色散，经会聚透镜聚组聚焦在面阵CCD光敏面，所述面阵CCD记录光谱图像，经电控模块输入计算机进行处理生成一维拉曼光谱。本发明专利技术采用405nm激光提高了拉曼散射光激发效率，同时利用棱镜分光的高光能利用率及其在短波段的高分辨率特性，以及面阵CCD的并行分析能力，有效增强了激光拉曼光谱仪的灵敏度和信噪比。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种拉曼光谱测量仪器，尤其涉及一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪。
技术介绍
拉曼散射是介质分子对入射光子非弹性散射的一种，1928年C.V.拉曼首次发现。由于拉曼光谱特征直接与介质分子振动或转动能级有关，因此拉曼光谱分析技术已成为研宄物质分子结构和物质的鉴定的有效手段。该方法不需要对样品进行预处理，用于无损伤的定性定量分析测量，具有操作简单，测量速度快，灵敏度低等优点，目前已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。拉曼光谱仪用于物质的拉曼光谱的高精度测量，是拉曼光谱分析技术的基础。典型拉曼光谱仪构造包括激光器，入射狭缝，准直透镜，色散系统，聚焦系统，出射狭缝，光电探测器及信号处理系统组成。由于一般拉曼信号很弱，需要精密复杂的光学装置进行测量。目前已有的拉曼光谱仪大多采用光栅进行分光，光电倍增管或单光子计数器作为光电探测器，通过长时间的波长扫描测得完整光谱图，如专利CN201247201Y激光拉曼荧光光谱仪。作为一种分光元件，光栅具有分辨率高，形成匀排光谱便于定标和校正的优点，但同时存在光能损失大，光谱级重迭，易出现假谱线等缺点。同时，这类拉曼光谱仪还具有体积庞大、结构复杂且造价昂贵等缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种构造合理，体积小、操作便利，系统成本低，能够实现微弱拉曼光谱信号快速检测，检测灵敏度和信噪比高的基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案是，一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪，包括激光器、滤光片、棱镜分光系统、会聚透镜组、面阵CCD、电控模块、计算机、电源和壳体，所述激光器通过固定架安装在壳体前侧，所述滤光片、棱镜分光系统、会聚透镜组和面阵CCD均置于密封的壳体内，电控模块固定在壳体后端面板上，其特征是:所述棱镜分光系统包括狭缝、准直透镜和分光棱镜；激光器发射激光照射固态或液态待测物质，待测散射光信号通过滤光片滤除米散射和瑞利散射光后进入棱镜分光系统的狭缝，经准直透镜形成平行线光源，经分光棱镜色散，不同波长单色光对应不同折射方向，经会聚透镜组聚焦在面阵CCD光敏面，面阵CCD记录光谱图像，经电控模块输入计算机进行处理生成一维拉曼光谱。本专利技术采用405nm激光器提高了拉曼散射光激发效率，同时充分利用了棱镜分光系统在短波波段的高分辨率特性和高光能利用率，以及面阵CCD的并行分析能力，有效增强了激光拉曼光谱仪的灵敏度和信噪比，能实时测量水、白酒等的微弱拉曼光谱信号。对照现有技术，所述激光拉曼光谱仪不受外界光线影响，可以在正常室内光照下直接测量，并且透明包装待测物质无需取样，可以直接无损测量。本专利技术结构简单，易于加工装调，生产成本低，体积小，携带方便，操作便利。【附图说明】图1是本专利技术组成结构原理示意图。图2是本专利技术在正常室内光照环境下测量的市售白酒的拉曼光谱图。图中的标号为:1.激光器，2.待测物质，3.滤光片，4.棱镜分光系统，5.会聚透镜组，6.面阵(XD，7.电控模块，8.计算机，9.电源，10.壳体，11.激光器固定架，12.激光器电源线。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图1所不，一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪，由激光器(1)，滤光片(3)，棱镜分光系统(4)、会聚透镜组(5)、面阵CCD(6)、电控模块(7)、计算机(8)、电源(9)和壳体(10)等组成。本专利技术所述密封的壳体(10)的作用是固定激光器(1)、滤光片(3)、棱镜分光系统(4)、聚焦透镜组(5)和面阵CCD(6)的相对位置，同时降低外界杂散光的干扰。其前端面板上有通光孔径，内嵌滤光片(3)，其后端面板上固定电控模块(7)，对应电控模块的电源开关键、电源指示灯、12V电源接口、激光器电源接口和USB接口 ；方便外部控制或与计算机(8)、12V电源(9)相接。本专利技术所述激光器电源线(12)由电控模块(7)的激光器电源接口引出，其作用是为激光器(I)供电。本专利技术所述激光器(I)发射激光波长405nm，功率100mW，具有连续、脉冲两种工作方式，为通用市售产品。本专利技术所述滤光片(3)是405nm帯阻滤光片，为通用市售产品，其作用是滤除散射光信号中的米散射和瑞利散射光。本专利技术所述会聚透镜组(5)是通用市售镜头，在此不再进一步详细介绍。本专利技术所述面阵CXD (6)是自带模数转换功能的数字式面阵(XD，为通用器件。本专利技术所述电控模块(7)上嵌有电源开关键、电源指示灯、12V电源接口、激光器电源接口和USB接口。本专利技术所述计算机(8)安装有专用数据处理软件，用于拉曼光谱的处理、显示和存储。本专利技术所述棱镜分光系统(4 )包括狭缝、准直透镜和分光棱镜，其作用是将入射的待测拉曼散射光信号色散为不同波长的单色光。待测散射光信号通过滤光片滤除米散射和瑞利散射光后进入棱镜分光系统狭缝，后经准直透镜形成平行线光源，经分光棱镜色散，不同波长单色光对应不同折射方向，经会聚透镜组(5 )聚焦在面阵CCD (6 )光敏面上，所述面阵CXD (6)记录光谱图像，经电控模块(7)的USB接口输入计算机(8)，进行处理生成一维拉曼光谱。本专利技术所述棱镜分光系统(4)，其主要分光元件一一分光棱镜可以是单棱镜或多棱镜组。棱镜分光具有光谱明亮、光强利用率高，光谱级不重叠等优点。同时，虽然棱镜分光光谱存在非线性的问题，但其在短波波段具有很好的波长分辨率。拉曼散射系数与激发激光波长成反比，因此采用短波波段激光激发待测物质拉曼散射光可以获得更高的效率。本专利技术采用较短波段的激光作为激发光，棱镜进行分光可以充分利用棱镜分光能量利用率高的优点及其在短波段较高的波长分辨率特性，使其特别适用于微弱拉曼光谱信号的检测。此外，基于棱镜分光的激光拉曼光谱仪还具有像差校正比较容易，结构简单、易于制造、维护方便、成本低等优点。本专利技术的具体过程是:激光器(I)发射405nm激光直接照射固态或液态待测物质(2)激发产生米散射、瑞利散射和拉曼散射光信号，通光孔接收水平方向的散射光信号并经滤光片(3)滤除其中的米散射和瑞利散射光，允许拉曼散射光信号低损耗透过，入射到棱镜分光系统(4)色散，不同波长单色光对应不同折射方向，经会聚透镜组(5)聚焦在面阵CXD (6)光敏面，面阵CXD (6)记录光谱图像，经电控模块(7)的USB接口输入计算机(8)，进行处理生成一维拉曼光谱，并显示、存储，其测量拉曼光谱范围300-3000(^'光谱分辨率1cm 1O图2是使用本专利技术在正常室内光照环境下直接测量的市售白酒的拉曼光谱图，可见所述一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪具有很好的分辨率。本专利技术采用405nm激光器提高了拉曼光激发效率，同时利用了棱镜分光的高光能利用率及其在短波波段的高分辨率特性，以及面阵CCD的并行分析能力，有效增强了激光拉曼光谱仪的灵敏度和信噪比，并且采用背景扣除算法使之不受外界杂散光影响，可以在正常室内光照下直接测量，透明包装待测物质无需取样，可以直接无损测量。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本专利技术，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本专利技术的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本专利技术做出各种变化，均为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪，包括激光器、滤光片、棱镜分光系统、会聚透镜组、面阵CCD、电控模块、计算机、电源和壳体，所述激光器通过固定架安装在壳体前侧，所述滤光片、棱镜分光系统、会聚透镜组和面阵CCD均置于密封的壳体内，电控模块固定在壳体后端面板上，其特征是：所述棱镜分光系统包括狭缝、准直透镜和分光棱镜；激光器发射激光照射固态或液态待测物质，待测散射光信号通过滤光片滤除米散射和瑞利散射光后进入棱镜分光系统的狭缝，经准直透镜形成平行线光源，经分光棱镜色散，不同波长单色光对应不同折射方向，经会聚透镜组聚焦在面阵CCD光敏面，面阵CCD记录光谱图像，经电控模块输入计算机进行处理生成一维拉曼光谱。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田兆硕，任秀云，张延超，王玲，付石友，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37
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