远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪制造技术

本发明专利技术涉及拉曼光谱技术领域，公开了一种远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪，包括紫外激光器、样品扫描系统、物镜、中继光学系统、第一分束器、激光照相机、第二分束器、拉曼透镜、点转线光纤束、成谱系统、闸控电路或距离选通同步控制电路、数据处理和无线收发系统、红外照相机；物镜为望远镜；第一分束器用于反激光和绿光，透红外光和拉曼光，激光和绿光成像到激光照相机上；第二分束器用于反拉曼光透红外光，红外光成像到红外照相机上，拉曼光经拉曼透镜成像到点转线光纤束上。本发明专利技术可以将激光、拉曼、红外三通道点对点精确融合，在看清激光照明点和光轴、显示目标热象和温度的同时，测出目标是什么物质。

Remote gate-controlled three-channel ultraviolet Raman spectrometer

【技术实现步骤摘要】
远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪
本专利技术涉及拉曼光谱
，尤其涉及了一种远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪。
技术介绍
根据政府调查报告，天津大爆炸主要是由于某些集装箱和危险品仓库内的硝化棉因湿润剂散失产生局部干燥,在高温天气下自燃爆炸引起的，然后再引爆其它危险品。根据2014年当地环保局验收文件及爆炸后调查，仓库存有800吨硝酸铵，600吨氰化钠，290吨硝化棉以及电石、硅钙合金和甲苯二异氰酸酯等危险品。因氰化钠遇水会产生剧毒氰化氢气体，电石遇水会爆炸，硝酸铵受热也会爆炸,硅钙合金遇水则会产生氢气，与空气中的氧气结合就会产生氢氧大爆炸。因此，消防员在未搞清楚起火原因的情况下就用水灭火，产生氢氧大爆炸，一次就炸死99名消防员。目前，对化工园区污染的监控是在大烟囱中设抽气管，然后用气相色谱、液相色谱和质谱联用，离子迁引，远红外吸收光谱仪，近红外吸收光谱仪和气体探测器对化工生产过程进行检测。但是上述设备只能作极近距离的抽样检测，不能作哪怕是只离开几公分的不接触测量，当然对遥测化工园区上方的空气污染及雾霾毫无办法，对大烟囱不抽气作遥测也毫无办法，如果工厂要蒙混过关只要在抽气管中加点新鲜空气就能达标。因此，需要研发一种能在工厂外面对大烟囱上方的气体和微粒、工厂内部车间洩漏的气体和微粒、方圆1-2公里的化工园区上空污染的气体和微粒、城市上空的雾霾气体和微粒、以及集装箱久放散发出来的和打开时释放出来的气体作实时遥测的仪器。此外，天津大爆炸发生后，政府动用大量人力物力把各处泥土挖起来送到实验室分析，不仅浪费时间也浪费劳动力。因此，还需要一种能够在实验室外就能遥测污染物的仪器，这种仪器就是远程紫外拉曼光谱仪。拉曼光谱(Ramanspectra)是一种散射光谱，当光碰到物质时，被分子散射的光由于获取或损失能量会发生频率变化，测出这种频率变化或拉曼光谱就能测定物质的性质，并且物质的拉曼光谱是唯一的，不隨激发波长和环境变化，十分准确，因此测出拉曼谱等于找到了物质的手指印。但是拉曼光谱由于是散射光谱不是吸收光谱其灵敏度不高，若被测物质的散射截面在10-30(cm2/melecule.srd)以下往往探测不到，因此现有的近红外和可见光拉曼光谱仪只能探测到眼睛看得见的毫克级的物质，对于眼睛看不见的微量物质则无法探测。对于可见光和近红外拉曼，由于不能将荧光分开，受到干扰，使信噪比更低；并且可见光、近红外激光会透过眼球损坏视网膜，并非拉曼光谱仪探测光源的理想选择。另外，如果受野外(太阳光等)或者室内环境光(灯光等)的干扰也不能使用。即使想使用，也必须将物体取样放在遮光观察腔体内或把物体罩在观察腔体内才能测量，对距离较远或无法遮光的物体就无法测量。此外，目前的拉曼光谱仪大多采用显微镜结构，距离短，时间长，体积大，费用高，无法对大气污染作遥测。总之，现有的近红外和可见光拉曼光谱仪存在以下缺点必须克服：(1)灵敏度太低，只能探测毫克级的物质；(2)拉曼无共振效应，无法大幅度提高灵敏度；(3)拉曼与荧光重叠，光谱分不开，信噪比降低，有时甚至无法测量；(4)无激光成像通道，看不到系统光轴，校准困难，并且目标难于观察和定位；(5)显微镜结构，探测距离太近，只有几毫米，无法作远距离探测；(6)探测点太小，只有几微米，要很长时间去扫描整个目标；(7)需要将目标人工采样放在显微镜下才能测量，无法作现场不接触分析；(8)容易受阳光和环境光干扰，无法作不屏蔽测量；(9)近红外和可见激光容易损坏操作人员的视网膜致盲。目前，本专利技术人申请的专利申请号为201510732707.6的专利技术专利，公开了一种三通道近紫外拉曼光谱仪，可以实现拉曼、荧光、可见或激光三通道点对点实时融合，但不能探测红外光，无法遥测物质的温度及温度异常情况，预防危险的发生，而且不适用于遥测远距离的物质。
技术实现思路
本专利技术针对现有的拉曼光谱仪无法对目标测温和无法对大气污染作遥测的缺点，提供了一种远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪。为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪，包括紫外激光器、样品扫描系统、物镜、中继光学系统、第一分束器、激光照相机、第二分束器、拉曼透镜、点转线光纤束、成谱系统、闸控电路或距离选通同步控制电路、数据处理和无线收发系统、红外照相机；紫外激光器发射激光，激光经样品扫描系统反射后，照射到样品上；样品扫描系统包括二维光学扫描或者机械扫描，样品扫描系统用于对整个样品逐点取谱；物镜为望远镜，用于会聚样品散射的光；中继光学系统用于将物镜的会聚光准直成平行光，中继光学系统为中继透镜，由于物镜的焦点随被探测样品的距离变化而发生变化，因此，中继透镜也要随焦点的变化而移动；在激光通道中，第一分束器用于反激光和绿光，透红外光和拉曼光，激光和绿光成像到激光照相机上，这对看到样品上的扫描点和使各分系统对准光轴十分重要；在红外光通道中，第二分束器用于反拉曼光透红外光，红外光成像到红外照相机上，在拉曼光通道中，拉曼光经拉曼透镜成像到点转线光纤束上，再到成谱系统；红外通道中由于没有狭缝，目标与红外焦平面是物象关系，因此，红外照相机可以看到和测出物镜整个视场内的目标发出的热量和温度或红外光，区域可以比激光照明的区域更大；点转线光纤束用于将拉曼光转换成与成谱系统数值孔径相匹配的狭缝的形状，点转线光纤束的光纤直径和根数由拉曼光点大小、狭缝宽度和垂直方向的CCD尺寸决定；闸控电路或距离选通同步控制电路设在紫外激光器和成谱系统之间，用于控制激光飞行距离和成谱系统开门时间，用于分层测量；成谱系统包括探测器，闸控电路或距离选通同步控制电路可以用激光测量目标距离，控制激光飞行距离和时间，控制探测器开门时间，以便透过云雾和中间介质分层测出化工排放和雾霾粒子的大小和性质；数据处理系统与成谱系统连接，用于将激光、拉曼光和红外光三通道点对点实时融合，作光谱显示、平滑去噪、基线拉平、叠谱分离、波峰定位、谱库建立和物质识别处理；还包括云，无线收发系统包括GPS定位系统和无线收发器，GPS定位系统用于定位，无线收发器用于无线传输数据，无线收发器与云相连。作为优选，紫外激光器发射激光，激光经样品扫描系统反射后，照射到样品上；样品散射的光，经物镜会聚后，再用中继光学系统准直成平行光；平行光中的激光和绿光经第一分束器反射后，成像到激光照相机上，平行光中的红外光和拉曼光镜从第一分束器透过进入第二分束器；第二分束器透红外光反拉曼光，红外光成像到红外照相机上，拉曼光经拉曼透镜成像到点转线光纤束上；拉曼光经点转线光纤束转换成与成谱系统数值孔径相匹配的狭缝的形状后，在成谱系统中出谱成像；数据处理系统将激光、红外光和拉曼光三通道点对点实时融合以及作数据处理，数据处理包括光谱显示、平滑去噪、基线拉平、叠谱分离、波峰定位、谱库建立和物质识别处理；无线收发系统用于将数据传输到云；闸控电路或距离选通同步控制电路控制激光飞行距离和成谱系统开门时间，以作分层测量。作为优选，紫外激光器发射的激光波长为200～270nm，是日盲区，仪器可在阳光下使用。此时，激光不会透过眼球，从而不会损坏视网膜，对眼睛相对安全。拉曼光波长取决于紫外激光器，对于波长为266nm的激光，拉曼光谱范围可以取268～304nm；红外光波长为800本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪，其特征在于：包括紫外激光器、样品扫描系统、物镜、中继光学系统、第一分束器、激光照相机、第二分束器、拉曼透镜、点转线光纤束、成谱系统、闸控电路或距离选通同步控制电路、数据处理系统和无线收发系统、红外照相机；样品扫描系统包括二维光学扫描或者机械扫描，样品扫描系统用于对整个样品逐点取谱；物镜为望远镜，用于会聚样品散射的光；中继光学系统用于将物镜的会聚光准直成平行光；第一分束器用于反激光和绿光，透红外光和拉曼光，激光和绿光成像到激光照相机上；第二分束器用于反拉曼光透红外光，红外光成像到红外照相机上，拉曼光经拉曼透镜成像到点转线光纤束上；点转线光纤束用于将拉曼光转换成与成谱系统数值孔径相匹配的狭缝的形状；闸控电路或距离选通同步控制电路设在紫外激光器和成谱系统之间，用于控制激光飞行距离和成谱系统开门时间，以作分层测量；数据处理系统与成谱系统连接，用于将激光、拉曼光和红外光三通道点对点实时融合，作光谱显示、平滑去噪、基线拉平、叠谱分离、波峰定位、谱库建立和物质识别处理；无线收发系统与数据处理系统信号连接，无线收发系统包括GPS定位系统和无线收发器，GPS定位系统用于定位，无线收发器用于无线传输数据，无线收发器与云相连。...

【技术特征摘要】
1.远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪，其特征在于：包括紫外激光器、样品扫描系统、物镜、中继光学系统、第一分束器、激光照相机、第二分束器、拉曼透镜、点转线光纤束、成谱系统、闸控电路或距离选通同步控制电路、数据处理系统和无线收发系统、红外照相机；样品扫描系统包括二维光学扫描或者机械扫描，样品扫描系统用于对整个样品逐点取谱；物镜为望远镜，用于会聚样品散射的光；中继光学系统用于将物镜的会聚光准直成平行光；第一分束器用于反激光和绿光，透红外光和拉曼光，激光和绿光成像到激光照相机上；第二分束器用于反拉曼光透红外光，红外光成像到红外照相机上，拉曼光经拉曼透镜成像到点转线光纤束上；点转线光纤束用于将拉曼光转换成与成谱系统数值孔径相匹配的狭缝的形状；闸控电路或距离选通同步控制电路设在紫外激光器和成谱系统之间，用于控制激光飞行距离和成谱系统开门时间，以作分层测量；数据处理系统与成谱系统连接，用于将激光、拉曼光和红外光三通道点对点实时融合，作光谱显示、平滑去噪、基线拉平、叠谱分离、波峰定位、谱库建立和物质识别处理；无线收发系统与数据处理系统信号连接，无线收发系统包括GPS定位系统和无线收发器，GPS定位系统用于定位，无线收发器用于无线传输数据，无线收发器与云相连。2.根据权利要求1所述的远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪，其特征在于：紫外激光器发射激光，激光经样品扫描系统反射后，照射到样品上；样品散射的光，经物镜会聚后，再用中继光学系统准直成平行光；平行光中的激光和绿光经第一分束器反射后，成像到激光照相机上，平行光中的红外光和拉曼光镜从第一分束器透过进入第二分束器；第二分束器透红外光反拉曼光，红外光成像到红外照相机上，拉曼光经拉曼透镜成像到点转线光纤束上；拉曼光经点转线光纤束转换成与成谱系统数值孔径相匹配的狭缝的形状后，在成谱系统中出谱成像；数据处理系统将激光、红外光和拉曼光三通道点对点实时融合以及作数据处理；无线收发系统用于将数据传输到云；闸控电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张幼文，
申请(专利权)人：杭州赫太克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33