專利名稱：拉曼光譜系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種拉曼光謙系統(tǒng).本實用新型還涉及一種利用該 系統(tǒng)測量被檢物的拉曼光謙的方法.背景技術(shù)光照射到物質(zhì)上時會發(fā)生散射.在發(fā)生散射時，大部分"l^射光的波長并不發(fā)生變化，這種波長不發(fā)生變化的散射稱為瑞利散射；少部分散射光 的波長會增大或減小，這種波長發(fā)生變化的散射稱作拉曼散射，其對應(yīng)的 光謙稱為拉更光謙.拉曼光謙屬于分子的振動光謙.每一種物質(zhì)都有自己的特征拉曼光謙，所以，拉曼光謙可以作為識別物質(zhì)的"指故".拉曼光謙識別物質(zhì)的能力依賴于拉曼光謙分析儀的分辨率.分辨率與 光謙分析儀的焦距、光柵刻線數(shù)等有關(guān). 一般情況下，為了提高分辨率， 需要采用焦距足夠大的拉曼光謙分析儀，這時整套系統(tǒng)的體積必然會增大， 從而喪失了便攜性.此外，拉曼光謙分析儀中的部分光學(xué)元件價格昂責(zé)， 且對環(huán)境的潔凈度、溫度、濕度等要求較為苛刻，影響了拉曼光謙分析儀 在安全檢查、環(huán)境監(jiān)測、化學(xué)分析、藥物檢測、食品檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用.實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種拉曼光謙系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠兼顧分辨率 和便攜性，并且可以適應(yīng)不同環(huán)境的檢測現(xiàn)場的要求，而不會受到環(huán)境的 潔凈度、溫度、濕度等要求的限制.根據(jù)本實用新型的一個方面，提供一種拉曼光詳系統(tǒng)，包括檢測中心，包括至少一個光源，用于輸出^L被檢物產(chǎn)生拉曼散射光的激發(fā)光；分析 裝置，用于獲得^L檢物的拉曼光謙，還包括至少一個檢測終端，每個檢測 終端包括至少一個拉曼探頭，所述每個拉曼探頭將激發(fā)光引導(dǎo)至被檢物， 并將被檢物產(chǎn)生的拉曼散射光傳送回檢測中心.根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述檢測中心還包括分束器，用于將光源輸出的^tic光分成多束.
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述分束器包括一級或多級分束 器，當(dāng)分束器為多級時，可以在兩級分束器之間設(shè)置功率放大器，用于放
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述檢測中心還包括控制裝置，用 于控制所述至少一個光源和分析裝置的操作，并對分析裝置獲得的拉曼光 謙進(jìn)行處理，
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述控制裝置具有用于存儲標(biāo)準(zhǔn)拉 曼光謙數(shù)據(jù)庫的存儲器，在所述控制裝置對分析裝置所獲得的拉曼光謙進(jìn) 行處理時，將被檢物的拉曼光謙與從存儲器中讀取的標(biāo)準(zhǔn)拉曼光謙進(jìn)行比 較，以確定該被檢物是否含有不符合規(guī)定的物質(zhì).
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述檢測中心還包括轉(zhuǎn)換器，用 于轉(zhuǎn)換所述拉曼光謙并將轉(zhuǎn)換后的拉曼光誥傳送給控制裝置；通信裝置，
用于在檢測中心和檢測終端之間傳送數(shù)據(jù).
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述控制裝置將比較結(jié)果通過所述 通信裝置分別傳送給各自的檢測終端.
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述檢測終端還包括控制器，用 于接收檢測指令，控制所述至少一個拉曼探頭；通信裝置，用于在檢測中 心和檢測終端之間傳送數(shù)據(jù).
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述通信裝置是有線通信裝置或無 線通信裝置.
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述檢測中心還包括耦合裝置，用 于將來自光源的^L光耦合到所述至少一個拉曼探頭中，以及將來自所述 至少一個拉曼探頭的拉曼^t射光傳送給分析裝置.
本實用新型解決了傳統(tǒng)拉曼光謙分析儀便攜性與分辨率之間的矛 盾，因為在現(xiàn)有技術(shù)中對高分辨率的要求導(dǎo)致傳統(tǒng)的拉曼光謙分析儀體 積龐大，不利于攜帶，而在本實用新型中對拉曼光謙的分析在檢測中心 完成，可以滿足對高分辨率的要求，同時由于多探頭并行檢測而使得本 系統(tǒng)具有便攜性，因為拉曼探頭可以很方便地移動，

圖1示出本實用新型的拉曼光諉系統(tǒng)的第一實施方式的示意圖.圖2示出本實用新型的拉曼光謙系統(tǒng)的第二實施方式的示意圖. 圖3示出本實用新型中的光學(xué)分束器的一種可能的示意困. 圖4示出本實用新型中的檢測終端的一種可能的示意圖. 圖5示出包含在本實用新型的檢測終端中的拉曼探頭的一種可能的 詳細(xì)布置.圖6示出解釋本實用新型的拉曼探頭的工作流程的示意圖.具體實施方式
圖1示出本實用新型的拉曼光謙系統(tǒng)的笫一實施方式的示意圖.該拉曼光譜系統(tǒng)包括用于對光謙進(jìn)行分析的檢測中心1和多個檢測終端， 每個檢測終端可以包括一個或多個拉曼探頭311...31n.在機(jī)場、車站、海關(guān)、大樓、運(yùn)動場、監(jiān)獄、法院等場所中，所述檢測中心可以安放在 潔凈的、空調(diào)控溫的房間中，所述拉曼探頭可以與檢測中心分離地設(shè)置 在多個不同位置，用于對不同位置的被檢物進(jìn)行檢測，或者對同一被檢 物的不同部位進(jìn)行檢測，這些拉曼探頭相互之間可以間隔幾米至幾百米.在圖1中，檢測中心1主要包括光源11、計算機(jī)13、分析裝置14、 光纖接口 17、分束器18.光源ll發(fā)射用于激發(fā)被檢樣品產(chǎn)生拉曼散射 光的激發(fā)光.原則上，任何可以提供線寬窄、頻率和功率穩(wěn)定的激發(fā)光 的光源都可以在本實用新型中使用.在本實施例中，采用輸出波長為 785咖、輸出功率為100mW的激光器作為光源11，其輸出光經(jīng)過分束器 18分光.當(dāng)光源11的光強(qiáng)度不足時，可以設(shè)置多個激光器作為光源， 和/或在分束器18之前或之后設(shè)置功率放大器.分束器18將來自光源1 的激發(fā)光分成多路光束，這些光束通過光纖或者根據(jù)需要通過自由空間 耦合到檢測終端中的各拉曼探頭311...31n.這些拉曼探頭311...31n分 別收集被檢物在激發(fā)光輻射下所產(chǎn)生的拉曼散射光，并通過光纖接口 17 傳輸回檢測中心l.各拉曼探頭311...31n收集的拉曼光信號優(yōu)選通過濾 光片15濾除干擾，并傳送給分析裝置用于獲得各被檢物的拉曼光語. 該分析裝置14在此例如是光譜分析儀14.濾光片15要依據(jù)光源11來 選擇，在本實施例中，濾光片15采用中心波長為785nm的全息陷波片— 由分析裝置14獲得的各被檢物的拉曼光謙傳送給轉(zhuǎn)換器16用于將拉曼光信號轉(zhuǎn)化為電信號，該電信號傳送給計算機(jī)13以進(jìn)行處理.在本實 施例中，轉(zhuǎn)換器16例如是1024 x 256的CCD( Charge Coupled Device ).
計算機(jī)13作為控制裝置安裝有控制光源11和分析裝置14以及進(jìn) 行模式識別的軟件模塊，并且具有用于存儲標(biāo)準(zhǔn)拉曼光諉數(shù)據(jù)庫的存儲 器(未示出)和顯示結(jié)果的顯示器(未示出).當(dāng)計算機(jī)13從分析裝置 14接收到被檢物的拉曼光謙時，從存儲器中讀取標(biāo)準(zhǔn)拉曼光諉，并將被 檢物拉曼光語與標(biāo)準(zhǔn)拉曼光謙進(jìn)行比較.如果比較的結(jié)果顯示被檢物含 有標(biāo)準(zhǔn)拉曼光諉數(shù)據(jù)庫中特定的、不符合規(guī)定的物質(zhì)，如安檢領(lǐng)域的毒 品、爆炸物等，食品安全領(lǐng)域的不安全食品，環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的有害物4 等，計算機(jī)13產(chǎn)生報警信號.不管被檢物是否含有不符合規(guī)定的物質(zhì)； 計算機(jī)13將檢測結(jié)果顯示在顯示器上，同時也可以選擇顯示各被檢物 的拉曼光諉.不管被檢物是否含有不符合規(guī)定的物質(zhì)，計算機(jī)13都將 各被檢物的檢測結(jié)果通過通信裝置12分別發(fā)送給各自的檢測終端 3a…3n,并由各檢測終端3a…3n顯示.所述通信裝置12可以是有線的， 單獨(dú)布線或者與光纖一起布線；也可以是無線的.
圖2示出本實用新型的拉曼光諍系統(tǒng)的第二實施方式的示意圖.該 第二實施方式與本實用新型拉曼光謙系統(tǒng)的笫一實施方式的特征基本 相同，區(qū)別在于本實施方式中光源21發(fā)出的光經(jīng)過了多次分光.光源 21的輸出功率一般比較有限，因此經(jīng)過一級分束器281而得到的光束通 常不超過IO.如果需要耦合更多的拉曼探頭，則可以將一級分束器281 的一個或多個光束輸出傳送給一級功率放大器29，經(jīng)過放大之后，將碑 大之后的光束輸出的一個或多個傳送給二級分束器282.如果還需要梆 合更多的拉曼探頭，則又可以將二級分束器282的一個或多個光束輸出 傳送給二級功率放大器，經(jīng)過放大之后，將放大之后的光束輸出的一個
或多個傳送給三級分束器.......依此類推.
概括地說，在本實施方式的n (n之2)次分光的系統(tǒng)配置中 -連接到光源的分束器稱為一級分束器，通過功率放大器與一級分
束器連接的分束器稱為二級分束器，再通過功率放大器與二級分束器連
接的分束器稱為三級分束器，依此類推.
—連接到i (1^Sn)級功分器上的拉曼探頭稱為i級拉曼探頭， -連接到i (15^n)級功率放大器上的拉曼探頭稱為i+l級拉曼探頭. -連接到i (la^i)級功分器上的功率放大器稱為i級功率放大器.入射到每一拉曼探頭的入射光功率可以相同，也可以不同.通過采用一級或多級分束器，本實用新型的拉曼系統(tǒng)可以適用于多 任務(wù)的運(yùn)行，即多個拉曼探頭同時工作.對于在這種情況下拉曼探頭的 工作流程將在下面描述.圖3示出本實用新型中分束器18的一種可能的示意困.在該圖中， 分束器18將來自光源的光1。均分成5束.同時示出反射率與透射率的 比值R:T.圖4示出本實用新型的檢測終端3的一種可能的示意困.檢測終端 3包括一個或多個拉曼探頭31、控制器32、通信裝置33和報警燈及顯 示器34.拉曼探頭31接收到來自檢測中心1或2的激發(fā)光，通過拉曼 探頭31內(nèi)部的光路將該激發(fā)光輻射到被檢物上，收集由被檢物散射的 光，并將所收集的散射光如困1、 2所述傳送給檢測中心1或2.關(guān)于拉 曼探頭31的詳細(xì)布置將在下面討論.當(dāng)拉曼探頭31為一個時，可以對 被檢物通過檢測多點而進(jìn)行掃描檢測.當(dāng)拉曼探頭31為多個時，多個 拉曼探頭31可以同時對同一被檢物的不同位置進(jìn)行檢測，也可以對該 被檢物進(jìn)行掃描檢測，即每個拉曼探頭都檢測多點.多個拉曼探頭也可 以對不同被檢物進(jìn)行檢測.控制器32控制拉曼探頭31，以及控制報警 燈及顯示器34.操作員可以通過檢測終端3的搮作面板(未示出)上的 檢測按鈕向控制器32下達(dá)檢測的命令，也可以通過控制器32關(guān)閉拉曼 探頭31.另一方面，控制器32還通過通信裝置33接收檢測中心1或2 通過自身的通信裝置發(fā)布的指令和傳送的檢測結(jié)果，并將該檢測結(jié)果顯 示在報警燈及顯示器34上，所述檢測結(jié)果是檢測終端3的各拉曼探— 31的檢測結(jié)果.通信裝置33可以與圖1、 2的檢測中心1或2中的通錦 裝置按照相同的方式實施.圖5示出包含在本實用新型的檢測終端中的拉曼探頭31的一種可 能的詳細(xì)布置.拉更探頭31包括激發(fā)光的導(dǎo)入光路和散射光的收集光 路.在激發(fā)光的導(dǎo)入光路上，通過導(dǎo)入光纖IF從檢測中心1或2接收 的激發(fā)光，先后經(jīng)過透鏡L1、窄帶濾波片NF、兩塊反射鏡R1和R2、透 鏡L3而聚焦到被檢物上.所述窄帶濾波片NF用于濾除干擾，以保證照 射到被檢物上的激發(fā)光具有良好的單色性.如果拉曼探頭31接收到的 激發(fā)光強(qiáng)度不足，可以在導(dǎo)入光纖IF和透鏡Ll之間設(shè)置功率放大器， 被檢物在該激發(fā)光的作用下產(chǎn)生拉曼散射光，該拉曼散射光在散射光的收集光路上經(jīng)過透鏡L3和透鏡L2進(jìn)入收集光纖0F，并最終傳送給檢測 中心1或2.該收集光路還可以包括全息陷波片、長波通濾光片、二向 色鏡等光學(xué)元件，用于濾除瑞利線的干擾.
本實用新型可以適用于多任務(wù)的運(yùn)行.在這種情況下，多個拉曼探 頭可以同時工作.
圖6示出解釋本實用新型的拉曼探頭的工作流程的示意圖.該工作 流程從步驟Sl中判斷拉曼探頭是否接收到檢測指令開始.如果沒有接 收到，則等待檢測指令.如果接收到檢測指令，則在步騍S2中，拉曼 探頭自動判斷其導(dǎo)入光線是否連接了功率放大器.如果連接了功率放大 器，則在步猓S3中拉曼探頭進(jìn)一步判斷功率放大器是否已經(jīng)啟動.如 果功率放大器未啟動，則在步驟S4中啟動該功率放大器.無論拉曼探 頭的導(dǎo)入光纖是否連接功率放大器，拉曼探頭都會在步驟S5中檢查檢 測中心的光源是否開啟.如果該光源尚未開啟，則在步承S6中自動雞 動該光源.接收到來自光源的激發(fā)光之后，拉曼探頭在步稞S7中對被 檢物進(jìn)行檢測，照射被檢物，并收集拉曼散射光，如圖5所示.
總而言之，本實用新型提供了一種拉曼光譜系統(tǒng)，該拉曼光謙系統(tǒng) 包括用于獲得被檢物的拉曼光譜并根據(jù)該拉曼光諉識別被檢物的檢測中 心，以及一個或多個檢測終端.該檢測終端分別可以包括一個或多個拉曼 探頭，每個拉曼探頭將氣發(fā)光引導(dǎo)至被檢物，并將被檢物產(chǎn)生的拉曼^t射 光傳送給檢測中心以得到該被檢物的拉曼光謙.通過本實用新型的拉曼光 諉系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多探頭并行的、高分辨率的拉曼光謙測量.由于拉曼探 頭可以方便地移動，因此該系統(tǒng)具有一定的便攜性.
權(quán)利要求1.一種拉曼光譜系統(tǒng)，包括檢測中心，包括至少一個光源，用于輸出激發(fā)被檢物產(chǎn)生拉曼散射光的激發(fā)光；分析裝置，用于獲得被檢物的拉曼光譜；至少一個檢測終端，每個檢測終端包括至少一個拉曼探頭，所述每個拉曼探頭將激發(fā)光引導(dǎo)至被檢物，并將被檢物產(chǎn)生的拉曼散射光傳送回檢測中心。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼光謙系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測中心還包括分束器，用于將光源輸出的激發(fā)光分成多束.
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉曼光謙系統(tǒng)，其特征在于，所述分束器包 括一級或多級分束器，當(dāng)分束器為多級時，在兩級分束器之間設(shè)置功率放 大器，用于放大激發(fā)光.
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的拉曼光謙系統(tǒng)，其特征在于， 所述檢測中心還包括控制裝置，用于控制所述至少一個光源和分析裝置的搮作，并對分析裝置獲得的拉曼光譜進(jìn)行處理.
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的拉曼光謙系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置具有用于存儲標(biāo)準(zhǔn)拉曼光謙數(shù)據(jù)庫的存儲器，在所述控制裝置對分析裝置 所獲得的拉曼光謙進(jìn)行處理時，將該拉曼光謙與從存儲器中讀取的標(biāo)準(zhǔn)拉 曼光謙進(jìn)行比較，以確定該被檢物是否含有不符合規(guī)定的物質(zhì).
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的拉曼光謙系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測中心 還包括轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換所述拉曼光謙并將轉(zhuǎn)換后的拉曼光謙傳送給控制裝置；通信裝置，用于在檢測中心和檢測終端之間傳送數(shù)據(jù).
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的拉曼光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置 將所述比較的結(jié)果通過所述通信裝置分別傳送給各自的檢測終端.
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的拉曼光謙系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測終端 還包括控制器，用于接收檢測指令，控制所述至少一個拉曼探頭；通信裝置，用于在檢測終端和檢測中心之間傳送數(shù)據(jù).
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的拉曼光謙系統(tǒng)，其特征在于，所述通信裝置是有線通信裝置或無線通信裝置.
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的拉曼光謙系統(tǒng)，其特征在于， 所述檢測中心還包括耦合裝置，用于將來自光源的激發(fā)光耦合到所述至少 一個拉曼探頭中，以及將來自所述至少一個拉曼探頭的拉曼散射光傳送給 分析裝置.
專利摘要本實用新型涉及一種拉曼光譜系統(tǒng)。該拉曼光譜系統(tǒng)包括檢測中心，該檢測中心包括至少一個光源，用于輸出激發(fā)被檢物產(chǎn)生拉曼散射光的激發(fā)光；分析裝置，用于獲得被檢物的拉曼光譜。拉曼光譜系統(tǒng)還包括至少一個檢測終端，每個檢測終端包括至少一個拉曼探頭，所述每個拉曼探頭將激發(fā)光引導(dǎo)至被檢物，并將被檢物產(chǎn)生的拉曼散射光傳送回檢測中心。
文檔編號G08C15/00GK201222037SQ200820108899
公開日2009年4月15日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者俞冬梅, 劉以農(nóng), 麗 張, 李元景, 李明亮, 王紅球, 蓋洪峰, 趙自然, 陳志強(qiáng) 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司;清華大學(xué)