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原文传递一种拉曼光谱检测系统和方法

专利名称：	一种拉曼光谱检测系统和方法
摘要：	本发明公开了一种拉曼光谱检测系统和方法。所述系统包括第一测量装置、第二测量装置、光谱分析装置(8)，所述第一测量装置包括第一激光器(1)、光路转换器(3)、第一光聚焦器(4)、光耦合器(7)，所述第二测量装置包括第二激光器(9)、第二光聚焦器(11)、位移导轨(12)。本发明的拉曼光谱检测系统和方法可以在对不透明容器内物质进行检测时，绕开容器拉曼光谱的影响，并且还能够消除物质本身荧光的影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京华泰诺安探测技术有限公司
发明人：	熊胜军;袁丁;夏征
专利状态：	有效
申请日期：	2017-11-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201711237949.3
公开号：	CN109856108A
代理机构：	北京名华博信知识产权代理有限公司
代理人：	苗源;李冬梅
分类号：	G01N21/65(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	101312 北京市顺义区空港融慧园20号楼2层20-2
主权项：	1.一种拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述系统包括第一测量装置、第二测量装置、光谱分析装置(8)，所述第一测量装置包括第一激光器(1)、光路转换器(3)、第一光聚焦器(4)、光耦合器(7)，所述第二测量装置包括第二激光器(9)、第二光聚焦器(11)、位移导轨(12)；其中，所述第一激光器(1)设置于所述光路转换器(3)的第一侧，用于输出准直光束；所述光路转换器(3)用于反射所述第一激光器(1)输出的准直光束；所述第一光聚焦器(4)设置于所述光路转换器(3)的第一侧，并垂直于所述光路转换器(3)反射的光束设置，用于将反射光束聚焦并传输至检测目标(5)；所述光耦合器(7)设置于所述光路转换器(3)的第二侧，并垂直于所述光路转换器(3)透射的光束设置，用于将透射光束耦合后传输至所述光谱分析装置(8)；所述光谱分析装置(8)用于接收所述光耦合器(7)传输的光束，并对该光束进行光谱分析；所述第二激光器(9)设置于所述位移导轨(12)上，用于输出准直光束；所述第二光聚焦器(11)垂直于所述第二激光器(9)输出的光束设置，用于将该输出光束聚焦并传输至检测目标(5)；所述位移导轨(12)用于使所述第二激光器(9)水平平移。 2.如权利要求1所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述第一激光器(1)被设置为输出第一频率的准直光束；所述第二激光器(9)被设置输出第二频率的准直光束；其中，所述第一频率和所述第二频率的频差Δv范围是3-20cm-1。 3.如权利要求2所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述光谱分析装置(8)用于：获取所述第一激光器(1)在检测目标(5)上激发产生的光谱信号S0；获取所述第二激光器(9)在检测目标(5)上激发产生的光谱信号S1,...,SN，N为大于等于1的正整数，其中所述第二激光器(9)的输出光束在检测目标(5)上的聚焦点与所述第一激光器(1)的输出光束在检测目标(5)的聚焦点的距离为i×d时，采集的光谱信号为Si，i＝1,2,...,N；获取光谱信号S0,S1,...,SN的谱峰位置和强度值为(P0j,Y0j)、(P1j,Y1j)……(Pij,Yij)，其中j＝1,2,...,M，M为光谱信号中的谱峰总数；按如下方式计算差减因子C1j,C2j,...,CNj， N＝1时，依次取j＝{1，…,M},求取差减因子C1j＝Y1j/Y0j,如果C1j≤1,且同时满足，则差减因子求解结束，取C1＝C1j， N＝2时，依次取j＝{1，…,M},求取差减因子C1j＝Y1j/Y0j，C2j＝Y2j/Y0j,如果C2j≤C1j,且同时满足，则差减因子求解结束，取C1＝C1j，C2＝C2j，以此类推；计算样品信号R， 4.如权利要求2或3所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述光谱分析装置(8)还用于：获取所述第一激光器(1)在检测目标(5)上激发产生的光谱信号S0，以及获取所述第二激光器(9)输出光束且在检测目标(5)上的聚焦点与所述第一激光器(1)的光束在检测目标(5)的聚焦点重合时采集到的光谱信号S′0；获取差谱信号D，D＝S0-S′0，并计算差谱信号D的积分K，K＝∫Ddv；构建矩形波函数Rect，计算镜像拉曼光谱信号R(-v),R(-v)＝ifft[fft(K)/fft(Rect)]；对R(-v)镜像取反，获取滤除荧光后的拉曼光谱R(v)。 5.如权利要求1所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述系统还包括第一滤光片(2)、第二滤光片(6)、第三滤光片(10)，其中，所述第一滤光片(2)设置于所述第一激光器(1)和所述光路转换器(3)之间的光路上；所述第二滤光片(6)设置于所述光路转换器(3)和所述光耦合器(7)之间的光路上；所述第三滤光片(10)设置于所述第二激光器(9)和所述第二光聚焦器(11)之间的光路上。 6.一种拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，在检测目标(5)处放置待检测物品；步骤2，执行下述操作中之一：方式一，使第一激光器(1)输出第一频率准直光束，所述第一频率准直光束被光路转换器(3)反射并传输至所述第一光聚焦器(4)，其中使所述第一光聚焦器(4)垂直于所述光路转换器(3)反射的光束设置，第一光聚焦器(4)将接收到的光束聚焦并传输至检测目标(5)，激发被检测目标(5)散射拉曼信号的光束透射通过所述光路转换器(3)并通过光耦合器(7)耦合后传输至光谱分析装置(8)，其中使所述光耦合器(7)垂直于光路转换器(3)透射的光束，将第二激光器(9)设置于位移导轨(12)上，使第二激光器(9)输出准直光束，并使第二光聚焦器(11)垂直于所述第二激光器(9)输出的准直光束设置以将该输出光束聚焦并传输至检测目标(5)，使位移导轨(12)平移改变聚焦点位置，激发被检测目标(5)散射拉曼信号的光束透射通过所述光路转换器(3)并通过光耦合器(7)耦合后传输至所述光谱分析装置(8)，由所述光谱分析装置(8)对上述过程接收的光束进行光谱分析；方式二，使第一激光器(1)输出第一频率准直光束，所述第一频率准直光束被光路转换器(3)反射并传输至所述第一光聚焦器(4)，其中使所述第一光聚焦器(4)垂直于所述光路转换器(3)反射的光束设置，第一光聚焦器(4)将接收到的光束聚焦并传输至检测目标(5)，激发被检测目标(5)散射拉曼信号的光束透射通过所述光路转换器(3)并通过光耦合器(7)耦合后传输至光谱分析装置(8)，其中使所述光耦合器(7)垂直于光路转换器(3)透射的光束，将第二激光器(9)设置于位移导轨(12)上，使第二激光器(9)输出第二频率准直光束，并使第二光聚焦器(11)垂直于所述第二激光器(9)输出的第二频率准直光束设置以将该输出光束聚焦并传输至检测目标(5)，使位移导轨(12)平移并使得光束通过所述第二光聚焦器(11)聚焦至检测目标(5)的汇聚点与所述第一频率准直光束通过所述第一光聚焦器(4)聚焦至检测目标(5)的汇聚点重合，激发被检测目标(5)散射拉曼信号的光束透射通过所述光路转换器(3)并通过光耦合器(7)耦合后传输至所述光谱分析装置(8)，由所述光谱分析装置(8)对上述过程接收的光束进行光谱分析；其中，所述第一频率和所述第二频率的频差Δv范围是3-20cm-1。 7.如权利要求6所述的拉曼光谱检测方法，其特征在于，上述方式一中，由所述光谱分析装置(8)对上述过程接收的光束进行光谱分析包括：获取所述第一激光器(1)输出光束并在检测目标(5)上激发产生的光谱信号S0；获取所述第二激光器(9)输出光束并在检测目标(5)上激发产生的光谱信号S1,...,SN，N为大于等于1的正整数，其中所述第二激光器(9)的输出光束在检测目标(5)上的聚焦点与所述第一激光器(1)的输出光束在检测目标(5)的聚焦点的距离为i×d时，采集的光谱信号为Si，i＝1,2,...,N；获取光谱信号S0,S1,...,SN的谱峰位置和强度值(P0j,Y0j)、(P1j,Y1j)、……(Pij,Yij)，其中j＝1,2,...,M，M为光谱信号中的谱峰总数；按如下方式计算差减因子C1j,C2j,...,CNj， N＝1时，依次取j＝{1，…,M},求取差减因子C1j＝Y1j/Y0j,如果C1j≤1,且同时满足，则差减因子求解结束，取C1＝C1j， N＝2时，依次取j＝{1，…,M},求取差减因子C1j＝Y1j/Y0j，C2j＝Y2j/Y0j,如果C2j≤C1j,且同时满足，则差减因子求解结束，取C1＝C1j，C2＝C2j，以此类推；计算样品信号R， 8.如权利要求6所述的拉曼光谱检测方法，其特征在于，上述方式二中，由所述光谱分析装置(8)对上述过程接收的光束进行光谱分析包括：获取所述第一激光器(1)输出光束并在检测目标(5)上激发产生的光谱信号S0，以及获取所述第二激光器(9)输出光束且在检测目标(5)上的聚焦点与所述第一激光器(1)的光束在检测目标(5)的聚焦点重合时采集到的光谱信号S′0；获取差谱信号D，D＝S0-S′0，并计算差谱信号D的积分K，K＝∫Ddv；构建矩形波函数Rect，计算镜像拉曼光谱信号R(-v),R(-v)＝ifft[fft(K)/fft(Rect)]；对R(-v)镜像取反，获取滤除荧光后的拉曼光谱R(v)。 9.如权利要求6所述的拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述方式一还包括：将第一滤光片(2)设置于所述第一激光器(1)和所述光路转换器(3)之间的光路上，将第二滤光片(6)设置于所述光路转换器(3)和所述光耦合器(7)之间的光路上，将第三滤光片(10)设置于所述第二激光器(9)和所述第二光聚焦器(11)之间的光路上；所述方式二还包括：将第一滤光片(2)设置于所述第一激光器(1)和所述光路转换器(3)之间的光路上，将第二滤光片(6)设置于所述光路转换器(3)和所述光耦合器(7)之间的光路上，将第三滤光片(10)设置于所述第二激光器(9)和所述第二光聚焦器(11)之间的光路上。
所属类别：	发明专利