一種近紅外光譜儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種近紅外光譜儀，包括紅外光采集探頭，其外部套裝有一聚光透鏡，所述聚光透鏡包括一倒置的透明半球體以及設(shè)置在半球體下方的中空透明四棱錐體；所述四棱錐體的頂部與半球體底部連接，且四棱錐體的中心軸線與半球體的中心軸線處于同一軸線上。本實(shí)用新型通過在現(xiàn)有探頭結(jié)構(gòu)上增設(shè)了聚光透鏡，極大增加了紅外光采集探頭的靈敏度，使之可以被適用于濁度較高的樣品檢測(cè)當(dāng)中。
【專利說明】一種近紅外光譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及紅外光譜儀【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種近紅外光譜儀。

【背景技術(shù)】
[0002]紅外光譜儀是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室中常見的儀器，一般用于對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性測(cè)試。其原理為由紅外發(fā)光二極管芯片產(chǎn)生連續(xù)波長或發(fā)散波長的紅外光，使之穿透樣品，再由設(shè)有紅外感應(yīng)二極管芯片的紅外光采集探頭采集穿透樣品的紅外光信號(hào)，便可獲得樣品的紅外光譜。一般而言采用紅外光譜儀測(cè)試樣品時(shí)，需將樣品進(jìn)行純化除雜，使樣品的保持足夠的透光度。如對(duì)不經(jīng)純化除雜而濁度較高的樣品進(jìn)行測(cè)試，比如乳制品、果汁制品等膠體，由于膠體顆粒對(duì)紅外光的阻擋、折射(如丁鐸爾現(xiàn)象的存在)，紅外光穿透樣品后其強(qiáng)度將大幅下降，難以被探頭所感知。但對(duì)樣品現(xiàn)象純化除雜，則會(huì)降低檢測(cè)效率，嚴(yán)重限制紅外光譜儀在生產(chǎn)中的應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種應(yīng)用于濁度較高的樣品檢測(cè)的一種近紅外光譜儀。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種近紅外光譜儀，包括紅外光采集探頭，其特征在于:所述紅外光采集探頭其外部套裝有一聚光透鏡組，所述聚光透鏡組包括一倒置的透明半球體透鏡以及設(shè)置在半球體透鏡下方的中空透明四棱錐體透鏡；所述四棱錐體的頂部與半球體底部連接或分離，且四棱錐體的中心軸線與半球體的中心軸線處于同一軸線上。
[0006]近紅外光譜儀一般包括閃耀光柵、數(shù)字微鏡組件、單光子探測(cè)器、線性探測(cè)器。其組裝方式與現(xiàn)有產(chǎn)品一致。倒置的透明半球體其底面朝向紅外光的入射方向，具有較大的感光面積。紅外光進(jìn)入透明半球體后，經(jīng)折射最終在半球體底部聚集獲得較高強(qiáng)度的紅外光。包含有紅外感應(yīng)二極管芯片的探頭本體則設(shè)置在所述空心四棱錐體的內(nèi)部。四棱錐體可以將紅外光保持而不發(fā)生散射，進(jìn)而保證有足夠強(qiáng)度的紅外光被紅外感應(yīng)二極管所采集。所述半球體及四棱錐體均可采用任一現(xiàn)有的透明材料制成，如玻璃、聚碳酸酯等。特別優(yōu)選的，半球體及四棱錐體可選用同一種材料一體成型制成，以降低紅外光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)的損失。特別優(yōu)選的，所述近紅外光譜儀還包括LED紅外光源組件，所述LED紅外光源組件采用T0封裝，主要結(jié)構(gòu)包括:紅外LED芯片、光學(xué)耦合元件、微片式腔體，還包括溫度監(jiān)測(cè)和控制裝置、承接熱沉、探測(cè)器、導(dǎo)通Η)與紅外LED芯片Pin腳的引線、帶窗口片的管殼。其中，所述的紅外LED芯片為可輸出連續(xù)波長近紅外輻射的紅外LED芯片，為一T0封裝、無管殼，至少有4根Pin腳。Pin腳的定義請(qǐng)參閱附圖3 ;溫度監(jiān)測(cè)和控制裝置202，包括一個(gè)兩極鍍金的貼片熱敏電阻和一個(gè)兩極鍍金的貼片加熱電阻。兩個(gè)電阻并聯(lián)，并采用低溫焊料焊接在紅外LED芯片突出的固定半導(dǎo)體LED芯片的矩形熱沉下面，這樣它們的一極與紅外LED芯片的Pin腳共極。它們的另一極，用金線導(dǎo)通紅外LED芯片51的pin腳共極。所述的承接熱沉部分包括承接熱沉、光學(xué)耦合元件、波片、ro探測(cè)器、導(dǎo)通ro與紅外LED芯片Pin腳的引線。光學(xué)耦合元件放置在承接熱沉后半部分的中心通孔里，使用圈狀成型玻璃焊料焊接光學(xué)耦合元件54和承接熱沉53。微片式腔55包括倍頻晶體KTP、玻片。微片式腔55底部的保護(hù)硅片底面鍍金，用低溫焊料焊接在承接熱沉前半部的平面上。PD探測(cè)器底面負(fù)極鍍金，使用低溫焊料將其焊接在承接熱沉頂端的凹坑中，所以H)探測(cè)器的負(fù)極與紅外LED芯片的Pin腳共極。H)探測(cè)器采用磷化鎵材料，只響應(yīng)可見光波段的光。導(dǎo)通ro與紅外LED芯片Pin腳的引線，材質(zhì)與承接熱沉一致，使用絕緣的玻璃焊料將其焊接在承接熱沉的背面凹槽中。引線的前端用金線連接ro探測(cè)器的正極，引線的后端用金線連接紅外LED芯片的Pin腳連接。為了讓承接熱沉53能采用電阻焊的方式焊接在紅外LED芯片的基底上，承接熱沉后半部分的基底的底面設(shè)計(jì)有環(huán)狀的尖角。
[0007]所述四棱錐體的底面積為所述半球體底面積的2— 3倍；所述四棱錐體的高為半球體半徑的0.5—0.8倍。
[0008]所述聚光透鏡外側(cè)還環(huán)繞有一杯型的反光環(huán)；所述反光環(huán)正面覆蓋有反光層；所述反光環(huán)正面設(shè)有多道與反光環(huán)同心的環(huán)形輻射變向槽。
[0009]反光環(huán)可以反射紅外光，將其進(jìn)一步聚集在聚光透鏡處一即增加進(jìn)入聚光透鏡的紅外光，有助于進(jìn)一步提高聚光透鏡對(duì)紅外光信號(hào)的增幅效果。反光層可選用任一種現(xiàn)有的反光材料制成，如二氧化鈦涂料、氧化銀涂料等。輻射變向槽可以改變紅外光輻射的反射角度，使更多的紅外光進(jìn)入半球體中。
[0010]所述半球體的底面設(shè)有至少一道環(huán)形聚光槽。
[0011]環(huán)形的聚光槽可以進(jìn)一步增強(qiáng)半球體的聚光效果。
[0012]本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0013]1、本實(shí)用新型通過在現(xiàn)有探頭結(jié)構(gòu)上增設(shè)了聚光透鏡，極大增加了紅外光采集探頭的靈敏度，使之可以被適用于濁度較高的樣品檢測(cè)當(dāng)中。
[0014]2、本實(shí)用新型在聚光透鏡外側(cè)環(huán)繞有一杯型的反光環(huán)，有助于進(jìn)一步提高聚光透鏡對(duì)紅外光信號(hào)的增幅效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型反光環(huán)的局部放大圖。
[0017]圖3是本實(shí)用新型探頭本體的原理圖。
[0018]圖4是本實(shí)用新型LED紅外光源組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型創(chuàng)造的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例
[0020]如圖1-2所示，本實(shí)施例提供一種近紅外光譜儀，包括紅外光采集探頭，其主體結(jié)構(gòu)可采用任一種現(xiàn)有的紅外光譜儀中的紅外光采集探頭。特別的在本實(shí)施例中，其外部套裝有一聚光透鏡，所述聚光透鏡包括一倒置的透明半球體I以及設(shè)置在半球體I下方的中空透明四棱錐體2 ;所述四棱錐體2的頂部與半球體I底部連接，且四棱錐體2的中心軸線與半球體I的中心軸線處于同一軸線上。探頭的主體3設(shè)置在所述四棱錐體內(nèi)部。
[0021]所述四棱錐體的底面積為所述半球體底面積的3倍；所述四棱錐體的高為半球體半徑的0.5倍。
[0022]所述聚光透鏡外側(cè)還環(huán)繞有一杯型的反光環(huán)4 ;所述反光環(huán)正面覆蓋有反光層；所述反光環(huán)正面設(shè)有3道與反光環(huán)同心的環(huán)形輻射變向槽41。
[0023]所述半球體的底面設(shè)有3道環(huán)形聚光槽11。
[0024]如圖3所示，本實(shí)施例的近紅外光譜儀優(yōu)選的包括閃耀光柵31、數(shù)字微鏡組件32、單光子探測(cè)器34、線性探測(cè)器35以及控制數(shù)字微鏡器件等部件的光譜信息處理系統(tǒng)33。
[0025]特別優(yōu)選的，如圖4所示，所述近紅外光譜儀還包括LED紅外光源組件，所述LED紅外光源組件采用TO封裝，主要結(jié)構(gòu)，主要包括:紅外LED芯片51、光學(xué)耦合元件54、微片式腔體55，還包括溫度監(jiān)測(cè)和控制裝置52、承接熱沉53、PD探測(cè)器56、導(dǎo)通H)與紅外LED芯片Pin腳的引線57、帶窗口片的管殼58。其中，所述的紅外LED芯片為可輸出連續(xù)波長近紅外輻射的紅外LED芯片，為一 TO封裝、無管殼，至少有4根Pin腳。Pin腳的定義請(qǐng)參閱附圖3 ;溫度監(jiān)測(cè)和控制裝置，包括一個(gè)兩極鍍金的貼片熱敏電阻和一個(gè)兩極鍍金的貼片加熱電阻。兩個(gè)電阻并聯(lián)，并采用低溫焊料焊接在紅外LED芯片突出的固定半導(dǎo)體LED芯片的矩形熱沉下面，這樣它們的一極與紅外LED芯片的Pin腳共極。它們的另一極，用金線導(dǎo)通紅外LED芯片的pin腳304共極。所述的承接熱沉部分包括承接熱沉、光學(xué)耦合元件、波片、PD探測(cè)器、導(dǎo)通H)與紅外LED芯片Pin腳的引線。光學(xué)耦合元件放置在承接熱沉后半部分的中心通孔里，使用圈狀成型玻璃焊料焊接光學(xué)耦合元件54和承接熱沉53。微片式LED腔包括倍頻晶體KTP\玻片。微片式腔55底部的保護(hù)硅片底面鍍金，用低溫焊料焊接在承接熱沉前半部的平面上。PD探測(cè)器底面負(fù)極鍍金，使用低溫焊料將其焊接在承接熱沉頂端的凹坑中，所以H)探測(cè)器的負(fù)極與紅外LED芯片的Pin腳共極。PD探測(cè)器采用磷化鎵材料，只響應(yīng)可見光波段的光。導(dǎo)通H)與紅外LED芯片Pin腳的引線，材質(zhì)與承接熱沉一致，使用絕緣的玻璃焊料將其焊接在承接熱沉的背面凹槽中。引線的前端用金線連接H)探測(cè)器的正極，引線的后端用金線連接紅外LED芯片的Pin腳連接。為了讓承接熱沉能采用電阻焊的方式焊接在紅外LED芯片的基底上，承接熱沉后半部分的基底的底面設(shè)計(jì)有環(huán)狀的尖角。所述的管殼部分包括管殼58和窗口片59。管殼58頂端有斜開的沉孔，放置在里面的窗口片59與光軸的夾角成75度，能把光反射到H)探測(cè)器56上。為了能讓管殼58以電阻焊的方式焊接在承接熱沉53的尾部，管殼58尾部的底面設(shè)計(jì)有環(huán)狀尖角。
[0026]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了實(shí)用新型的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種近紅外光譜儀，包括紅外光采集探頭，其特征在于:所述紅外光采集探頭其外部套裝有一聚光透鏡組，所述聚光透鏡組包括一倒置的透明半球體透鏡以及設(shè)置在半球體透鏡下方的中空透明四棱錐體透鏡；所述四棱錐體的頂部與半球體底部連接或分離，且四棱錐體的中心軸線與半球體的中心軸線處于同一軸線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外光譜儀，其特征在于:所述四棱錐體的底面積為所述半球體底面積的2— 3倍；所述四棱錐體的高為半球體半徑的0.5—0.8倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近紅外光譜儀，其特征在于:所述聚光透鏡外側(cè)還環(huán)繞有一杯型的反光環(huán)；所述反光環(huán)正面覆蓋有反光層；所述反光環(huán)正面設(shè)有多道與反光環(huán)同心的環(huán)形輻射變向槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的近紅外光譜儀，其特征在于:所述半球體的底面設(shè)有至少一道環(huán)形聚光槽。
【文檔編號(hào)】G01N21/01GK204228603SQ201420621343
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】馮海濤, 施光典 申請(qǐng)人:深圳萊特光電有限公司