便攜式拉曼探頭及檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)產(chǎn)品光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同時檢測果蔬表皮和內(nèi)部信息的便攜式拉曼探頭及檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)外已有研究將拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用于果蔬中類胡蘿卜素含量的檢測，并針對相關(guān)應(yīng)用研制了多種類型的便攜式拉曼光譜檢測設(shè)備。拉曼光纖檢測探頭作為拉曼檢測設(shè)備的核心部件，其光路結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定了整個系統(tǒng)的性能。目前商品化的拉曼光纖探頭均為原位檢測結(jié)構(gòu)，即激發(fā)點與信號采集點為同一位置，這種方式只能檢測到果蔬表面的拉曼信號，而無法獲取果蔬內(nèi)部信息。為了能夠獲取表面以下的組織信息，需要進(jìn)行非原位檢測，即將激發(fā)點與探測點分開，此時光子將進(jìn)入表皮，并在表皮下方的內(nèi)部組織中從激發(fā)點向探測點迀移，從而將所經(jīng)過路徑的光譜信息傳輸?shù)教綔y點處并被收集光纖所檢測。光子在果蔬內(nèi)部迀移路徑所達(dá)到的深度就代表了能夠檢測到的內(nèi)部組織深度。隨著激發(fā)-探測間距增加，光子傳輸深度也相應(yīng)增大，此時在表面區(qū)域檢測到的光譜信息中將以內(nèi)部組織信息為主，同時大幅度消除了表皮的影響。
[0003]為了能夠?qū)咂焚|(zhì)進(jìn)行較為全面的表征，需要同時對果蔬表皮和內(nèi)部組織信息進(jìn)行檢測?，F(xiàn)有技術(shù)中Pavel Matousek等人在2006年提出了一種同時進(jìn)行原位和非原位檢測的拉曼探頭，7根光纖排布于探頭中心，用于檢測原位拉曼信號；26根光纖呈環(huán)形排布于中心周圍，用于檢測非原位拉曼信號；在光纖輸出端所有光纖按照編號排布成一條直線，用于匹配光譜儀的入射狹縫。該研究所涉及的拉曼探頭僅能夠收集光譜信號，激發(fā)樣品需要額外引入激發(fā)光路，未能實現(xiàn)激發(fā)與檢測一體化，從而增加了系統(tǒng)調(diào)整的復(fù)雜性，難以滿足便攜式應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的其中一個目的在于提供一種同時檢測果蔬表皮和內(nèi)部信息的便攜式拉曼探頭及檢測裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中需要引用額外的激發(fā)光路而無法同時實現(xiàn)激發(fā)與檢測的技術(shù)問題。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種便攜式拉曼探頭，包括:激發(fā)光纖、若干根近原位收集光纖、若干根非原位收集光纖、隔層、聚焦透鏡組、窗口和封裝外殼，其中:
[0006]所述若干根近原位收集光纖環(huán)繞在所述激發(fā)光纖的周圍；
[0007]所述隔層設(shè)置在所述若干根近原位收集光纖周圍，用于將非原位收集光纖和近原位收集光纖隔開一定距離；
[0008]所述若干根非原位收集光纖環(huán)繞在所述隔層周圍，并且與所述若干根近原位收集光纖呈同心圓環(huán)排布；
[0009]所述聚焦透鏡組設(shè)置在所述激發(fā)光纖和收集光纖的一端，其中心位于所述激發(fā)光纖的中心軸線上；
[0010]所述窗口設(shè)置在所述聚焦透鏡組遠(yuǎn)離所述激發(fā)光纖的一側(cè)；
[0011]所述封裝外殼設(shè)置在所述若干根非原位收集光纖、所述聚焦透鏡組以及所述窗口的周圍，用于包覆所述激發(fā)光纖、所述若干根近原位收集光纖與所述若干根非原位收集光纖和固定所述聚焦透鏡組與所述窗口。
[0012]可選地，還包括觸發(fā)按鍵，所述觸發(fā)按鍵設(shè)置在所述封裝外殼中，其接線端子處設(shè)置有沿所述激發(fā)光纖的中心軸線方向排布的導(dǎo)線。
[0013]可選地，任意一根所述近原位收集光纖與任意一根所述非原位收集光纖的芯徑與數(shù)值孔徑相同。
[0014]可選地，所述近原位收集光纖與所述非原位收集光纖的芯徑為200 μ m，數(shù)值孔徑為 0.37。
[0015]可選地，所述封裝外殼與所述隔層采用相同材質(zhì)的不銹鋼制成。
[0016]可選地，所述隔層厚度為3_。
[0017]可選地，所述聚焦透鏡組包括準(zhǔn)直透鏡與會聚透鏡，其中:
[0018]所述準(zhǔn)直透鏡的平面?zhèn)仍O(shè)置在所述激發(fā)光纖和收集光纖的一端，凸面?zhèn)扰c所述會聚透鏡的凸面?zhèn)认鄬?；所述會聚透鏡平面?zhèn)仍O(shè)置有所述窗口。
[0019]可選地，所述準(zhǔn)直透鏡的中心與所述激發(fā)光纖的端面之間的距離d等于該準(zhǔn)直透鏡的焦距；所述會聚透鏡的中心與所述窗口之間的距離d’等于該會聚透鏡的焦距。
[0020]可選地，所述準(zhǔn)直透鏡與所述會聚透鏡的焦距為10cm ;所述距離d與所述距離d’為 10cm。
[0021]第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種便攜式檢測裝置，包括:上文所述的便攜式拉曼探頭、控制器、激光器和光譜儀，其中:
[0022]所述便攜式拉曼探頭中激發(fā)光纖遠(yuǎn)離窗口的一端通過入射光闌彈片后與所述激光器的尾纖相連接；
[0023]所述入射光闌彈片由與所述控制器相連接的執(zhí)行器進(jìn)行控制；
[0024]所述便攜式拉曼探頭中若干根近原位收集光纖與若干根非原位收集光纖遠(yuǎn)離所述窗口的一端與所述光譜儀相連接，并且所述便攜式拉曼探頭中每一根近原位收集光纖以及每一根非原位收集光纖遠(yuǎn)離窗口的一端的中心與所述光譜儀的入射狹縫相匹配。
[0025]本發(fā)明通過將激發(fā)光纖、近原位收集光纖、非原位收集光纖集成在同一個便攜式拉曼探頭中，實現(xiàn)了果蔬表皮和內(nèi)部信息的同步一體化檢測；通過設(shè)置樣品窗口消除了工作距離，實現(xiàn)了接觸式無損檢測，簡化了光路調(diào)整過程；通過觸發(fā)按鍵可方便地控制曝光和采樣過程，增加了檢測的便捷性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、簡潔，易于實現(xiàn)，便于隨身攜帶，更適合于田間和現(xiàn)場檢測。
【附圖說明】
[0026]通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中:
[0027]圖1是本發(fā)明實施例提供的一種便攜式拉曼探頭剖面示意圖；
[0028]圖2是圖1所示便攜式拉曼探頭的截面圖；
[0029]圖3是本發(fā)明實施例提供的一種便攜式檢測裝置的連接示意圖；
[0030]圖4是便攜式拉曼探頭與光譜儀連接示意圖；
[0031]【附圖說明】:
[0032]100-便攜式拉曼探頭，101-激發(fā)光纖，102-近原位收集光纖，103-非原位收集光纖，104-隔層，105-聚焦透鏡組，1051-準(zhǔn)直透鏡，1052-會聚透鏡，106-窗口，107-封裝外殼，108-觸發(fā)按鍵，109-導(dǎo)線，110-樣品，111-激光聚焦中心，112-近原位檢測點，113-非原位檢測點，200-激光器，300-控制器，301 -執(zhí)行器，302-入射光闌彈片，400-光譜儀，401-截止濾光片。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0034]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種便攜式拉曼探頭，如圖1與圖2所示，包括:激發(fā)光纖101、若干根近原位收集光纖102、若干根非原位收集光纖103、隔層104、聚焦透鏡組105、窗口 106和封裝外殼107，其中:
[0035]激發(fā)光纖101為單進(jìn)單出光纖束，位于該便攜式拉曼探頭100中心位置處；
[0036]若干根近原位收集光纖102環(huán)繞在激發(fā)光纖101的周圍；
[0037]隔層104設(shè)置在若干根近原位收集光纖102周圍，用于將若干根近原位收集光纖102和若干根非原位收集光纖103隔開一定距離；
[0038]若干根非原位收集光纖103環(huán)繞在隔層104周圍，并且與若干根近原位收集光纖102呈同心圓環(huán)排布；
[0039]聚焦透鏡組105設(shè)置在激發(fā)光纖101和若干根近原位收集光纖102和若干根非原位收集光纖103的一端，其中心位于激發(fā)光纖101的中心軸線上；
[0040]窗口 106設(shè)置在聚焦透鏡組105遠(yuǎn)離激發(fā)光纖101的一側(cè)；
[0041]封裝外殼107設(shè)置在若干根非原位收集光纖103、聚焦透鏡組105以及窗口 106的周圍，用于包覆激發(fā)光纖101、若干根近原位收集光纖102與若干根非原位收集光纖103和固定聚焦透鏡組105與窗口 106。
[0042]實際應(yīng)用中，為方便使用人員操作，可選地，本發(fā)明實施例提供的便攜式拉曼探頭100還包括觸發(fā)按鍵108。如圖1所示，該觸發(fā)按鍵108設(shè)置在封裝外殼107中，由該觸發(fā)按鍵108的接線端子連接有沿激發(fā)光纖101中心軸線方向排布的導(dǎo)線109。
[0043]實際應(yīng)用中，由于采用相同的聚焦透鏡組105進(jìn)行準(zhǔn)直和聚焦，因此為保證所有光纖都能正確聚焦，可選地，激發(fā)光纖101、若干根近原位收集光纖102以及若干根非原位收集光纖103采用相同的光纖制成，它們具有相同的材質(zhì)、芯徑以及數(shù)值孔徑。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體使用場合，分別為激發(fā)光纖101、若干根近原位收集光纖102以及若干根非原位收集光纖103選擇合適的材質(zhì)、芯徑以及數(shù)值孔徑，本發(fā)明不作限定。
[0044]實際應(yīng)用中，為簡化制作工藝，隔層104與封裝外殼107采用相同的材質(zhì)制成。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體使用場合進(jìn)行選擇，本發(fā)明不作限定。
[0045]實際實用中，為獲取較高的激發(fā)效率，如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的聚焦透鏡組105包括準(zhǔn)直透鏡1051和會聚透鏡1052。其中，準(zhǔn)直透鏡1051的中心與激發(fā)光纖101端面之間的距離d等于準(zhǔn)直透鏡1051的焦距。會聚透鏡1052的中心與窗口 104之間的距離d’等于會聚透鏡1051的焦距。
[0046]第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種便攜式檢測裝置，如圖3所示，包括上文所述的便攜式拉曼探頭100、控制器300、激光器200和光譜儀400，其中:
[0047]便攜式拉曼探頭100中激發(fā)光纖101遠(yuǎn)離窗口 106的一端通過入射光闌彈片302后與激光器200的尾纖相