专利名称：便携式激光诱导多种光谱测试终端的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及物理领域，尤其涉及光谱测量技术，特别是一种便携式激光诱导
多种光谱测试终端。
技术背景 光是一种电磁辐射波，具有一定的能量，不同波长光的能量与分子或原子内电子的某个量子化能级差相对应，当光作用于待测物质时，会引起反射、吸收和散射等现象，从而产生入射光信号的变化，入射光信号的变化直接反映了化合物原子或分子电磁辐射的吸收量、反射量或散射量，光谱技术就是测量其变化，得到光吸收、反射或散射的光谱图，从而进行定性或者定量分析，识别化合物。 常用的光谱技术方法有紫外_可见吸收光谱法，也称为紫外_可见分光光度法，多用于有机材料的分析。分析所用仪器的主要构造包括光源、波长控制装置、吸收池和信号检测器。光源有紫外线和可见光两个系统，吸收池供放置检材、样本溶液之用。紫外线或可见光光束射入吸收池中的检材或样本溶液，有些波长被吸收，有些波长被通过，因而形成谱图，通过检测器记录系统记录下来或在荧光屏上显示。然后对所形成的谱图进行分析，从而对检材、样本加以识别。 常用的光谱技术方法还有红外光谱(IR)法，测定依据取决于检材、样品对红
外光的吸收波长以及强度。习惯上，把红外光谱按照波长分为三个区域，即近红外区
(0. 78um-2. 5um)、中红外区(2. 5um-50um)、远红外区(50um-1000um)，而其中特别有实际应
用意义的是中红外区，各种物质在这个区域的红外线都有各自特有的红外吸收光谱，往往
把它和指纹相比，称为"红外指纹区"，所以利用红外波段来进行化合物、特别是有机化合物
的识别，效果显著。但需要强调的是，如果不对检材、样本进行基体分离，就对其关键成分进
行分析，这种识别就可能不准确，因其只能完成对化合物的主要功能团的描述，另外也存在
着一定的局限性。想得到一张高质量的谱图，除了需要好的仪器、合适的操作条件外，样品
的制备技术也很重要，要求在采样过程中尽量避免对样品的任何污染，才能保证样品测试
结果的准确有效。而且在分析微量气体样品和微量液体样品方面也存在着困难，红外吸收
谱带的位置、强度和形状随着测定时样品的物理状态以及制样方法而变化。 常用的光谱技术方法还有激光诱导光谱分析法。激光具有下列特征①光子通量
大，峰值功率高；②空间相干性好，可将光束精确定位于小范围内；③时间相干性好，可得
皮秒短脉冲，使检测系统将激发信号和发射信号分开；④谱线窄且波长可调。由于激光可聚
焦成很小的光斑，使用不到1微升的试样便可进行分析，这极有利于生物化学的研究工作。
激发诱导光谱检测方法主要是利用强激光照射被测样品，产生荧光、等离子体和发生拉曼
散射等，通过光谱仪探测、检测荧光、等离子体和拉曼散射的特性和强度，从而进行物质的
定性分析或定量分析的方法。它是一种探测浓度极小的分子物质的灵敏技术比常规的吸收
光谱学的灵敏度提高了许多个数量级。而且对被测材料无损伤、测量环境要求低。 其中，激光诱导荧光谱的原理是激光照射被测物质上，被测物质中的分子、原子吸收激发光的能量后，从低能级跃迁到高能级。该高能级是不稳定的，经过一段时间后，分子、原子自发的从非稳态的高能级跃迁到稳态或亚稳态的较低能级，同时发出一个光子。不同的原子、分子的能级是固定的，因此它们发出的光子能量是一定的，即波长一定。我们只要测出该荧光的波长，即可以识别所测物质的元素和成份，而比较荧光强度，我们可以测出它的含量。荧光激发光谱可作为定性分析的一种手段，用以鉴定物质。根据试样的图谱和波长峰与已知样品进行比较，可以鉴别试样和标准样品是否同一物质。 激光拉曼光谱法，主要用于识别物质的种类，因为每一种物质(分子)都有自己的特征拉曼光谱，可以作为表征这一物质之用。当一束波长为A的光照射到物质上之后，一部分光被反射， 一部分光被透射，还有一部分光被散射，在散射光中，其中一部分光的波长和入射光相同，一部分和入射光的波长不同，与入射光不同的散射就称为拉曼散射。由于拉曼散射与入射光的波长无关，只与物质本身的分子结构和振动有关，每个分子产生的拉曼光谱的谱带数目、谱带强度、位移大小等都直接与分子的振动和转动相关联，所以拉曼光谱属于分子的振动和转动光谱。使用拉曼光谱法进行材料检验，具有操作简便、快速、不破坏和污染检材、无需准备样本或者进行其他的特殊处理等优点。 激光诱导等离子体光谱是利用强激光与被测材料相互作用产生等离子体发光后，利用光谱技术，并借助于等离子体的理论模型，测量分析等离子体光谱，如谱线强度、谱线轮廓以及谱线的分裂、位移等后，就可以得到等离子体的一些参量，如等离子体成分、温度、密度等。在高温作用下，物质离解为原子或离子，因此，被激发后产生的特征光谱为线状光谱，它只反映原子或离子的性质，与原子状态无关，所以只能确定检材元素组成和含量，而不能给出检材分子结构的信息 虽然激光诱导光谱测量精度高，对采样要求低。但现有技术中，常规激光光谱仪设备昂贵，体积较大，需要专业人员操作，并通过对图谱中谱带的位置、形状和相对强度进行分析、识别。另外为了提高探测灵敏度和精度，必须提高激光的功率，但是需要受实验室条件限制，并不是任何时候都可行，同时，紫外波段的激光器价格比较昂贵。这使得光谱分析技术一直停留在实验室，无法广泛使用。
发明内容 本实用新型的目的在于提供一种便携式激光诱导多种光谱测试终端，所述的这种
便携式激光诱导多种光谱测试终端要解决现有技术中激光诱导光谱分析过程中需要专业人员比对图谱、设备昂贵、受实验室条件限制、无法广泛使用的技术问题。 本实用新型的这种便携式激光诱导多种光谱测试终端由激光器、激光谐波变换系统、光学聚焦系统、样品室、光学采集透镜、光纤光谱仪以及智能手机或PC机构成，其中，所
述的激光谐波变换系统、光学聚焦系统和样品室均设置在激光器的激光出射光路中，光学聚焦系统设置在激光器与样品室之间，激光谐波变换系统设置在激光器与光学聚焦系统之
间，所述的光学采集透镜设置在与样品室的激发光路成15到165度之间的夹角的位置上，所述的光纤光谱仪的输入端设置在光学采集透镜的焦点处，光纤光谱仪的输出端与所述的智能手机或PC机连接。 进一步的，所述的激光器和光纤光谱仪均与一个电池连接。 进一步的，所述的智能手机或PC机通过网络与一个中心服务器连接，所述的中心服务器通过一个数据交换系统与一个激光诱导多种光谱联合指纹网络数据库连接。[0014] 进一步的，所述的激光器采用微片激光器。 进一步的，所述的激光谐波变换系统中设置有KTP、 LB0、 BB0和KDP光学晶体。[0016] 本实用新型的工作过程是将被测样品放置到样品室内，激光器产生的1064nm脉冲激光通过激光谐波变换系统，即使用两块KDP光学晶体产生激光波长为266nm的四次谐波，实现荧光光谱测试；另外通过改变激光谐波变换系统光学参数，即使用单块KDP光学晶体产生532nm二次谐波激光，用于样品拉曼光谱测试；再通过266nm的紫外激光或者532nm绿激光经过光学聚焦系统聚焦于样品室中央，激发被测样品产生荧光或拉曼散射光。荧光或拉曼散射光通过光学采集透镜进入光纤光谱仪测试产生被测材料激光诱导荧光和拉曼光谱。荧光光谱和拉曼光谱数据通过智能手机或者计算机采集编辑，然后通过网络传输到中心服务器。中心服务器对这些光谱数据进行处理，首先通过数据交换系统从激光诱导多种光谱联合指纹网络数据库中调用标准光谱指纹数据，然后采用聚类分析、人工神经网络等方法对获得的被测材料光谱指纹图谱进行解读、比较和判断，最终得到被测材料成分和特性。并实时通过网络传回给智能手机或者计算机，将检测结果告知用户。[0017] 本实用新型更详细的工作原理是激光诱导多种光谱主要包括激光诱导荧光光谱、等离子光谱和拉曼光谱等。本实用新型中的第一步骤通过便携式激光诱导多种光谱测试终端来实现，所述的便携式激光诱导多种光谱测试终端主要包括激光器、激光谐波变换系统、光学聚焦系统、样品室、光学采集透镜、光纤光谱仪以及智能手机或PC机用于采集显示编辑和控制传输。利用激光诱导多种光谱分析测试材料，它们最大的特点是不需要对待测样品进行预处理、不破坏和污染检材、受环境影响小和测量精度高。可以被大量非专业人员使用。尤其是随着激光技术和CCD技术的发展，激光诱导多种光谱测量手段更加多样。本实用新型中使用了一种全新的多波长亚纳秒脉冲激光作为光谱激励光源，同时利用光纤光谱仪测量样品的激光诱导多种光谱数据，整套测量设备非常轻便，可以使用电池供电工作，非常适合在任何环境下在线检测使用。多波长亚纳秒脉冲激光采用微片激光器作为基频光，脉冲宽度小于lns，虽然单脉冲激光能量很低(微焦级)，但激光脉宽小于lns，激光峰值功率可高达几十千瓦，非常适用于作为荧光、拉曼和等离子体光谱测量用激励光源。并采用激光谐波技术，使用KTP、LBO、BBO和KDP光学晶体组合实现产生四种波长1000-1100nm基频光、500-550nm二次谐波和333_367nm三次谐波以及250_275nm四次谐波，可以更好的针对不同材料测试。而且价格便宜。光纤光谱仪采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。光纤光谱仪的优势在于测量系统的模块化和灵活性。微型光纤光谱仪的测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价 由于样品多样性和成分复杂，目前的单一光谱测定方法给出信息较少，均无法建立完善的光谱指纹图谱，因此本实用新型利用数据交换系统将中心服务器与激光诱导多种光谱联合指纹网络数据库连接，从而可以逐步建立激光诱导多种光谱联合指纹网络数据库。即采用多波长激光同时测定材料激光荧光、等离子或拉曼光谱指纹图谱，各谱图间相互补充信息，可对复杂样品有更准确的特性识别。材料激光诱导多种光谱联合指纹数据的建立能够系统完整地解决样品多样性和成分复杂的测量诊断，要找出多个图谱信息完全相同的材料几乎是不可能的。本实用新型可通过对大量最终样品采集激光诱导多种光谱，并对其信息化和数字化来建立激光诱导多种光谱联合指纹网络数据库。主要过程为针对某类样品和要求，确定合适的获得激光诱导多种光谱联合指纹的分析方法(如荧光、等离子或拉曼光谱以及联用等)，建立整个分析方法的各种操作条件，进行测试，以获得不同样品的激光诱导多种光谱联合指纹图谱，对所得指纹图谱进行分析，并利用模糊数学、统计学、计算机技术等对指纹图谱数据信息确定其数字特征。然后根据激光诱导多种光谱联合指纹谱图的特性建立网络数据库。光谱指纹网络数据库按一定的结构和规则组织起来的相关激光光谱数据的集合。是综合各样品数据形成的数据集合，是存放数据的仓库。网络数据库技术目前是计算机处理与存储数据的最有效、最成功的技术。把其应用到光谱指纹谱图数据库建立上来，使数据库具有数据量大、增长迅速、更新速度快、使用便捷、数据标准、规范、多元等特点。另外数据库的检索功能强，而且具有很强扩展整合功能，方便与其他数据库的链接与整合，实现资源共享。并且网络数据库产品可与服务紧密结合，这也是网络数据库的又一显著特征。 本实用新型中对于光谱的分析和诊断，则是通过网络和中央服务器，将处在不同地方和空间位置、操作相对独立的激光光谱测试终端连接起来，再配置一定的系统和应用软件，在原本独立的激光诱导光谱测试终端实现软硬件资源共享和信息传递。结合网络激光诱导多种光谱联合指纹图谱数据库构成在线材料成分特性诊断检测系统。光谱指纹的分析和诊断过程是光谱测试终端通过网络将被测材料的光谱传送给中央服务器，而中央服务器对这些数据进行处理，首先通过数据交换系统从数据库中调用标准光谱指纹数据，然后采用聚类分析、人工神经网络等方法对获得的被测材料光谱指纹图谱进行解读、比较和判断，最终得到被测材料成分和特性。并实时通过网络传回给检测终端，将结果告知用户。聚类分析方法非常适合用于大量的数据的分类，常用的聚类算法主要有以下一些方法划分方法，层次方法，基于密度的方法，基于网格的方法，基于模型的方法。聚类分析是一种硬划分，它按照一定的要求和规律将材料光谱指纹进行分类，这种分类的界限是分明的，具有"非此即彼"的性质。将聚类分析应用于数据挖掘中可以大大提高计算效率，可以根据不同的要求获得不同的聚类结果，这样大大地提高了聚类的灵活性并有效地降低了计算量，具有较好的可伸縮性，便于找出孤立点。 人工神经网络是一种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。人工神经网络具有自学习和自适应的能力，可以通过预先提供的一批相互对应的输入_输出数据，分析掌握两者之间潜在的规律，最终根据这些规律，用新的输入数据来推算输出结果。 本实用新型和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本实用新型利用网络与激光诱导多种光谱联合指纹图谱在线连接，利用激光诱导多种光谱分析测试材料，能广泛应用于地质、机械、航空航天、轻工纺织、石油化工、食品、生命健康、医药卫生、材料、能源、农林、环境保护、刑事侦察、商品检验、国防科技、考古、珠宝、文物鉴定等领域，将现代激光光谱分析技术全面运用于质量管理，对产品复杂特性作出精确科学的表达。对于成品质量、工艺操作、原料材料的质量控制和具有重大意义。并且不需要对待测样品进行预处理，不破坏和污染检材，受环境影响小，测量精度高。可以被大量非专业人员使用。
图1是本实用新型的便携式激光诱导多种光谱测试终端的一个实施例的示意图。
具体实施方式
[0023] 实施例1 : 如图1所示，本实用新型的便携式激光诱导多种光谱测试终端，由激光器1、激光谐波变换系统2、光学聚焦系统3、样品室4、光学采集透镜5、光纤光谱仪6和光纤光谱仪7以及智能手机或PC机9、中心服务器11、数据交换系统12和激光诱导多种光谱联合指纹网络数据库13构成，其中，所述的激光谐波变换系统2、光学聚焦系统3和样品室4均设置在激光器1的激光出射光路15中，光学聚焦系统3设置在激光器1与样品室4之间，激光谐波变换系统2设置在激光器1与光学聚焦系统3之间，所述的光学采集透镜5设置在与样品室4的激发光路成15到165度之间的夹角的位置上，所述的光纤光谱仪6和光纤光谱仪7的输入端设置在光学采集透镜5的焦点处，光纤光谱仪6和光纤光谱仪7的输出端与所述的智能手机或PC机9连接，智能手机或PC机9通过网络10与所述的中心服务器11连接，中心服务器11通过所述的数据交换系统12与所述的激光诱导多种光谱联合指纹网络数据库13连接， 进一步的，所述的激光器1和光纤光谱仪6和光纤光谱仪7均与一个充电式锂电池8连接。 进一步的，所述的激光器1采用微片激光器，利用微片激光器产生亚纳秒脉冲激光，脉冲宽度小于lns，激光谐波变换系统2中使用KTP、LB0、BB0和KDP光学晶体组合实现产生1000-1100nm波长的基频光、500-550nm波长的二次谐波和333-367nm波长的三次谐波以及250-275nm波长的四次谐波。 进一步的，所述的光纤光谱仪6和光纤光谱仪7采用光纤作为信号耦合器件，将光学采集透镜5的焦点处的被测光14耦合到光谱仪中。
权利要求一种便携式激光诱导多种光谱测试终端，由激光器、激光谐波变换系统、光学聚焦系统、样品室、光学采集透镜、光纤光谱仪以及智能手机或PC机构成，其特征在于所述的激光谐波变换系统、光学聚焦系统和样品室均设置在激光器的激光出射光路中，光学聚焦系统设置在激光器与样品室之间，激光谐波变换系统设置在激光器与光学聚焦系统之间，所述的光学采集透镜设置在与样品室的激发光路成15到165度之间的夹角的位置上，所述的光纤光谱仪的输入端设置在光学采集透镜的焦点处，光纤光谱仪的输出端与所述的智能手机或PC机连接。
2. 如权利要求1所述的便携式激光诱导多种光谱测试终端，其特征在于所述的激光器和光纤光谱仪均与一个电池连接。
3. 如权利要求1所述的便携式激光诱导多种光谱测试终端，其特征在于所述的智能手机或PC机通过网络与一个中心服务器连接，所述的中心服务器通过一个数据交换系统与一个激光诱导多种光谱联合指纹网络数据库连接。
4. 如权利要求1所述的便携式激光诱导多种光谱测试终端，其特征在于所述的激光器采用微片激光器。
5. 如权利要求1所述的便携式激光诱导多种光谱测试终端，其特征在于所述的激光谐波变换系统中设置有KTP、 LB0、 BB0或KDP光学晶体。
专利摘要一种便携式激光诱导多种光谱测试终端，由激光器、激光谐波变换系统、光学聚焦系统、样品室、光学采集透镜、光纤光谱仪以及智能手机或PC机构成，光纤光谱仪的输出端与智能手机或PC机连接。利用激光诱导多种光谱分析测试材料，不需要对待测样品进行预处理、不破坏和污染检材、受环境影响小和测量精度高，可以被大量非专业人员使用。测量设备使用电池供电工作，轻便易携带，适合在任何环境下在线检测使用。采用激光谐波技术，使用光学晶体组合实现产生四种波长，可以更好的针对不同材料测试。速度快，并可以网络在线分析判断。
文档编号G01N21/63GK201477046SQ20092020791
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月14日 优先权日2009年8月14日
发明者龚辉 申请人:上海镭立激光科技有限公司