專利名稱：一種基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光譜分析技術領域，具體涉及ー種應用于安檢領域的違禁品檢測裝置。
背景技術：
毒品的泛濫，不僅危害著人類的健康，而且破壞國家的社會安寧和經(jīng)濟發(fā)展，已成為嚴重的國際性公害。1991年2月，聯(lián)合國首次禁毒特別會議指出，從社會和經(jīng)濟發(fā)展角度看，其危害大于艾滋病和沙漠化，“世界性販毒吸毒已成為影響我們所有人并對國際和平與安全日益構成威脅的一大問題”。自1969年以來，飛機上的恐怖爆炸已經(jīng)奪去了 2000多人的生命。近年出現(xiàn)的液體爆炸物，易于偽裝攜帯，爆炸カ巨大，若要炸穿機身，僅需半包香煙 大小的液體炸彈就可以。1987年韓國客機爆炸案，2005年倫敦發(fā)生震驚世界7/7爆炸案，造成56人喪生，逾700人受傷，是英國歷史上最嚴重的恐怖襲擊事件。毒品、爆炸品等違禁品的危害日益嚴重，傳統(tǒng)的一些檢查手段已經(jīng)無能為力，而拉曼光譜分析方法是ー種良好的檢測手段。1928年印度物理學家拉曼首次發(fā)現(xiàn)拉曼散射效應(即當光穿過透明介質被分子散射的光發(fā)生頻率變化)，并因此榮獲1930年諾貝爾物理學獎。拉曼效應發(fā)現(xiàn)以后，拉曼光譜分析曾是研究分子結構的主要手段；60年代激光光源的問世以及弱信號檢測技術的發(fā)展給拉曼光譜分析技術帶來了新的契機。70年代中期，激光拉曼探針的出現(xiàn)，給微區(qū)分析注入了活力。80年代以來，凹陷濾波器的出現(xiàn)替代了雙聯(lián)單色器甚至三聯(lián)單色器，極大的提高了光源效率，降低入射光功率，提高了光譜儀的靈敏度。近年來，拉曼光譜技術已發(fā)展到共焦顯微拉曼技術、表面增強拉曼技術、共振拉曼技術等，形成了拉曼光譜分析領域的技術體系O拉曼光譜分析技術是以拉曼效應為基礎建立起來的分子結構表征技術，其信號來源于分子的振動和轉動。不同的物質具有不同的特征光譜，因此可以通過拉曼光譜作定性分析；根據(jù)物質光譜拉曼散射強弱的特點，可以對物質作定量分析；對拉曼光譜譜帶的分析，可進行物質官能團及分子結構作分析。正因如此，激光拉曼光譜技術在物質鑒定、分子結構研究、化工過程、醫(yī)學醫(yī)藥、生物化學、考古及寶石鑒定、公安與法學樣品分析、反恐技術、食品安全、地質及環(huán)境科學等各個領域都得到了廣泛的應用，越來越受研究者的重視。特別是激光拉曼光譜分析技術無需樣品制備過程、是無損探測技術、適合水溶液分析、速度快穩(wěn)定性高，已在反恐禁毒領域逐步開始應用。拉曼光譜技術具有非接觸、檢測速度快、適用于各種溶劑的檢測等優(yōu)點，目前已廣泛應用于物理、化學、材料科學等領域。在安檢領域，由于檢測目標多為酒精、汽油等化學溶齊U，因此通過對其拉曼光譜的測量分析，即可實現(xiàn)對常見違禁品的快速無損檢測。但目前針對人流密集的公共場所的場合，有些檢測裝置無法適應形態(tài)、大小不一的檢測目標而得到快捷檢測結果；有些則抗干擾性差，穩(wěn)定性弱，檢測不夠精確，有些體積大，不便于使用。
實用新型內容有鑒于此，為了克服現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種適用于各種大小、形態(tài)檢測目標的安檢用拉曼檢測裝置，其結構緊湊、測量便捷、抗干擾性強，且成本低。本實用新型提供的一種基于拉曼光譜儀的違禁品快速檢測裝置，包括激光器、光學探頭、微型光譜儀、數(shù)據(jù)采集和分析處理系統(tǒng)，所述光學探頭為具有進光孔、出光孔和探測端的箱體，所述進光孔與激光器相連，所述出光孔與光譜儀相連，所述探測端放置檢測客體，所述箱體中設置反射鏡、ニ向色鏡、聚光鏡和長通濾光片，自激光器發(fā)出的激光從進光孔經(jīng)反射鏡和ニ向色鏡反射后，再經(jīng)聚光鏡照射放置于探測端的檢測客體，從檢測客體發(fā)出的受激輻射光，經(jīng)聚光鏡和ニ向色鏡透射后，再經(jīng)長通濾光片濾除與激發(fā)光同頻率的瑞利光，穿過濾光片的光束再經(jīng)另ー聚光鏡聚焦，從出光孔射入微型光譜儀的接ロ端。進ー步，所述光學探頭還包括擴束鏡組和窄帶濾光片，所述激光器出射的光束經(jīng)擴束鏡組和窄帶濾光片后，再經(jīng)所述反射鏡和ニ向色鏡反射。進ー步，所述反射鏡與所述ニ向色鏡平行設置，所述激光光束以30°入射角射向 反射鏡面。進ー步，所述激光器為半導體泵浦固體激光器或半導體激光器。進ー步，所述激光器發(fā)射波長為400 900nm。進ー步，所述激光器、光學探頭、微型光譜儀、數(shù)據(jù)采集和分析處理系統(tǒng)置于同一箱體中。進ー步，所述微型光譜儀采用CXD型探測陣列。進ー步，所述信號采集與分析處理系統(tǒng)采用嵌入式計算機系統(tǒng)。進ー步，所述微型光譜儀的輸出信號連接到數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)。測量時檢測目標直接放置于設置探頭的探測端，通過對其拉曼光譜信號的采集、處理并與光譜數(shù)據(jù)庫進行實時對比分析，從而實現(xiàn)對違禁品的快速無損檢測。本實用新型的違禁品快速檢測裝置以拉曼光譜技術為基礎，可用于對液態(tài)炸藥、毒品、危險化學品等常見違禁品的檢查。所述激光器采用波長在可見光或近紅區(qū)的中低功率的半導體泵浦固體激光器，如波長為671nm中低功率半導體泵浦激光器、785nm激光器等。所述光學探頭為一具有進光孔、出光孔和探測端的箱體，進光孔和出光孔分別與激光器和光譜儀相連，客體(如瓶裝液體)放置于探測端。自激光器發(fā)出的激光經(jīng)反射鏡、ニ向色鏡和聚光鏡后照射到放置于探測端的檢測客體。從客體發(fā)出的受激輻射光，通過聚光鏡和ニ向色鏡后，經(jīng)長通濾光片濾除與激發(fā)光同頻率的瑞利光，穿過濾光片的光束再經(jīng)聚光鏡聚焦到微型光譜儀的接ロ端。微型光譜儀的輸出信號連接到數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)。所述微型光譜儀為采用成熟技術的CCD型探測陣列。所述信號采集與分析處理系統(tǒng)采用嵌入式計算機系統(tǒng)。通過對客體樣品光譜數(shù)據(jù)進行預處理，并實時建立拉曼分析計算模型，從而大大提高檢測速度?？稍?0秒內對待測客體樣品進行識別。所用分析計算軟件以已知的樣品拉曼光譜數(shù)據(jù)庫為基礎，結合模式分類技術，可對樣品進行實時鑒定識別。[0023]本實用新型的有益效果在于I.本實用新型提供的違禁品快速檢測裝置，由于激光器采用中低功率的半導體固體激光器，微型光譜儀采用CCD型檢測器陣列，使得儀器在保證檢測性能的前提下成本大大降低。2.本實用新型提供的違禁品快速檢測裝置，整機系統(tǒng)無可動部件，抗干擾性強，穩(wěn)定性好，體積小，且重量輕、功耗低、無放射性、不受環(huán)境光照影響，便于使用。3.本實用新型提供的違禁品快速檢測裝置，適用于安檢領域對常見違禁品的鑒定識別，特別適用于透光性較好的液相客體檢測。4.本實用新型提供的違禁品快速檢測裝置，適用于各種大小、形態(tài)的檢測目標，只要經(jīng)聚光鏡的激光束能夠到達檢測客體即可進行檢測。5.本實用新型提供的違禁品快速檢測裝置，其光路設置簡單、高效，損耗小。
圖I是本實用新型基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置的整體結構示意圖；圖2是本實用新型基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置的光學探頭結構示意圖；圖3是本實用新型基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置測量所得酒精的拉曼光譜圖；其中I-激光器，2-光學探頭，3-微型光譜儀，4-數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，5-檢測客體，6為擴束鏡組，7為窄帶濾光片，8為反射鏡，9為ニ向色鏡，10為聚光鏡組，11為長通濾光片，12為聚光鏡組，13為微型光譜儀接ロ端。
具體實施方式
現(xiàn)結合附圖對本實用新型作進ー步詳細說明。參考圖1，是本實用新型的結構示意圖。其中為激光器1，為光學探頭2。光學探頭為ー具有進光孔、出光孔和探測端的結構體，其中進光孔與激光器相連，出光孔與微型光譜儀相連。測量時，檢測客體5直接放置于光學探頭的探測端。檢測客體如液相物體需存放于透明的玻璃或塑料容器內。自激光器發(fā)出的激光束經(jīng)擴束、轉折后，通過反射鏡和ニ向色鏡的2次反射以及聚光鏡聚焦后照射到放置于探測端的客體。自客體發(fā)出的受激輻射光，經(jīng)ニ向色鏡和長通濾光片濾除與激發(fā)光同頻率的瑞利光后，通過出光孔處的聚光鏡聚焦到微型光譜儀3的接ロ端。微型光譜儀的輸出信號連接至數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)4。數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)對被檢測客體的拉曼光譜數(shù)據(jù)進行預處理后，再通過與系統(tǒng)內建圖譜庫的函數(shù)關系進行識別鑒定。本實用新型將激光器、光學探頭、微型光譜儀和數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)置于同一箱體內。測量時，客體直接放置在箱體ー側光學探頭探測端。整個裝置具有成本低、體積小、快速測量等優(yōu)點。參考圖2，是本實用新型光學探頭的結構示意圖。6為擴束鏡組，7為窄帶濾光片，8為反射鏡,9為ニ向色鏡，10為聚光鏡組,11為長通濾光片，12為聚光鏡組,13為微型光譜儀接ロ端。自激光器出射的光束經(jīng)擴束鏡組6和窄帶濾光片7后，經(jīng)反射鏡8和ニ向色鏡9反射到主光路，再由聚光鏡組10聚焦到檢測客體上。要求反射鏡8與ニ向色鏡9保持平行，入射激光光束以30°射向反射鏡面。聚光鏡10同時還作為收集透鏡準直來自客體的受激輻射光，準直后的受激輻射光經(jīng)ニ向色鏡9和長通濾光片11后，由聚光鏡組10聚焦到光譜儀接ロ端8?？腕w發(fā)出的光包括三部分拉曼信號、熒光和瑞利散射光。ニ向色鏡用于反射激發(fā)光，透射受激輻射光。長通濾光片選用對拉曼光信號的平均傳輸率大于90%，而對瑞利光的衰減度大于OD6(OD6指經(jīng)長通濾光片濾光后，其光強降至原光強的10_6)的光學濾光 片，以提聞檢測裝置的精度。參考圖3，是采用本發(fā)明裝置測量所得到的拉曼光譜圖，與系統(tǒng)內建圖譜庫中的圖譜相比較可知，所檢測物質為酒精。
權利要求1.ー種基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，包括激光器、光學探頭、微型光譜儀、數(shù)據(jù)采集和分析處理系統(tǒng)，其特征在于，所述光學探頭為具有進光孔、出光孔和探測端的箱體，所述進光孔與激光器相連，所述出光孔與光譜儀相連，所述探測端放置檢測客體，所述箱體中設置反射鏡、ニ向色鏡、聚光鏡和長通濾光片，自激光器發(fā)出的激光從進光孔經(jīng)反射鏡和ニ向色鏡反射后，再經(jīng)聚光鏡照射放置于探測端的檢測客體，從檢測客體發(fā)出的受激輻射光，經(jīng)聚光鏡和ニ向色鏡透射后，再經(jīng)長通濾光片濾除與激發(fā)光同頻率的瑞利光，穿過濾光片的光束再經(jīng)另ー聚光鏡聚焦，從出光孔射入微型光譜儀的接ロ端。
2.按照權利要求I所述的基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，其特征在于，所述光學探頭還包括擴束鏡組和窄帶濾光片，所述激光器出射的光束經(jīng)擴束鏡組和窄帶濾光片后，再經(jīng)所述反射鏡和ニ向色鏡反射。
3.按照權利要求I所述的基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，其特征在于，所述反射鏡與所述ニ向色鏡平行設置，所述激光光束以30°入射角射向反射鏡面。
4.按照權利要求I所述的基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，其特征在于，所述激光器為半導體泵浦固體激光器或半導體激光器。
5.按照權利要求I所述的基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，其特征在于，所述激光器發(fā)射波長為400 900nm。
6.按照權利要求I所述的基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，其特征在于，所述激光器、光學探頭、微型光譜儀、數(shù)據(jù)采集和分析處理系統(tǒng)置于同一箱體中。
7.按照權利要求I所述的基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，其特征在于，所述微型光譜儀采用CCD型探測陣列。
8.按照權利要求I所述的基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，其特征在于，所述信號采集與分析處理系統(tǒng)采用嵌入式計算機系統(tǒng)。
9.按照權利要求I所述的基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，其特征在于，所述微型光譜儀的輸出信號連接到數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型涉及一種基于拉曼光譜分析技術的違禁品檢測裝置，包括激光器、光學探頭、微型光譜儀、數(shù)據(jù)采集和分析處理系統(tǒng)，所述光學探頭為具有進光孔、出光孔和探測端的箱體，所述箱體中設置反射鏡、二向色鏡、聚光鏡和長通濾光片，自激光器發(fā)出的激光從進光孔經(jīng)反射鏡和二向色鏡反射后，再經(jīng)聚光鏡透射進入放置于探測端的檢測客體，從檢測客體發(fā)出的受激輻射光，經(jīng)聚光鏡和二向色鏡透射后，穿過濾光片的光束再經(jīng)另一聚光鏡聚焦，從出光孔射入微型光譜儀的接口端。本實用新型提供的違禁品快速檢測裝置，其光路設置簡單、高效，損耗小。適用于各種大小、形態(tài)的檢測目標，且成本低、抗干擾性強、穩(wěn)定性好、體積小，便于使用。
文檔編號G01N21/65GK202471595SQ20112054831
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者史艷寧, 李躍 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安民分析技術有限公司