一种多用途便携式光谱检测装置的制作方法

专利2022-05-10  8



1.本发明涉及光谱检测领域,尤其涉及一种多用途便携式光谱检测装置。


背景技术:

2.现有的光谱仪大多结构较为复杂、价格昂贵,携带不方便且用途单一,在检测应用时难以满足针对不同检测目的的需求。


技术实现要素:

3.本发明的首要目的是提供一种多用途便携式光谱检测装置,该检测装置具有外壳腔体和固定于外壳腔体内的分光镜,分光镜具有壳体,外壳腔体和分光镜的壳体之间通过可拆卸式的固定件固定,外壳腔体具有第一端口和第二端口,第二端口处固定有图像传感器,第一端口处可根据检测的不同需求安装不同的组件,实现多种不同的功能,例如是光谱仪、色彩照度计、高光谱成像、拉曼检测等功能。另外由于该光谱检测装置中的外壳腔体与分光镜之间通过可拆卸式的固定件固定,在外壳腔体或者分光镜损坏导致不能用时,可通过更换外壳腔体或者分光镜即可,花费的费用相对较小。总的来看该光谱检测装置解决了现有的光谱仪成本昂贵、用途专一的特点,特别适用于多用途的教学、检测和实验等场合的应用。本发明至少采用如下技术方案:
4.一种多用途便携式光谱检测装置,包括:中空状的外壳腔体、固定于该外壳腔体内的分光镜和图像传感器,所述外壳腔体具有第一端口和第二端口,所述图像传感器固定于所述第二端口处;
5.所述分光镜具有一壳体,该壳体具有一入光口和一出光口,所述入光口靠近所述第一端口,所述出光口靠近所述第二端口,待测光沿第一端口进入该入光口,传输经过分光镜之后依次沿出光口和第二端口出射进入图像传感器;
6.其中,所述外壳腔体具有侧壁,所述侧壁与所述壳体之间通过可拆卸式的固定件固定。
7.进一步地,所述侧壁上设置有固定孔,所述壳体上设置有与所述固定孔对应的固定点,固定件贯穿于该固定孔内,其端部与该固定点固定。
8.进一步地,所述固定件优选螺丝,所述固定点优选螺孔;所述固定孔的数量优选3个,所述固定点的数量优选3个。
9.进一步地,所述第一端口靠近所述入光口处卡设一漫射片。
10.进一步地,还包括,布置于所述第一端口的端面上的孔洞,照度传感器设置于该孔洞中。
11.进一步地,还包括一高清镜头组件,所述高清镜头组件具有固定端,该固定端与所述第一端口连接。
12.进一步地,所述镜头组件沿光线传输的方向上依次设置第一凸透镜、平凹透镜、双面凹透镜和第二凸透镜,所述镜头组件的出光端设置有狭缝。
13.进一步地,所述第一端口具有一组内螺纹,镜头组件的固定端设置有一组与之配合使用的外螺纹。
14.进一步地,所述第一端口的端面上设置有第一螺孔,镜头组件的固定端设置有与之配合使用的第二螺孔,螺栓穿过所述第二螺孔进入第一螺孔固定。
15.进一步地,所述侧壁中设置有一限位腔,激光器固定于该限位腔中,第一端口的端面开设有一开口,该开口处设置一反射镜,激光器出射的激光束经反射镜反射与分光镜入光口的中轴线相交于一点。
附图说明
16.图1是本发明一实施例的外壳腔体结构示意图。
17.图2是本发明一实施例的外壳腔体结构示意图。
18.图3是本发明一实施例的高清镜头组件光路结构示意图。
19.图4(a)是本发明一实施例高清镜头组件的侧视图。
20.图4(b)是本发明一实施例高清镜头组件的侧视图。
21.图5是本发明一实施例的具有拉曼测试功能的测试装置结构示意图。
22.图6是本发明一实施例的分光镜光路结构示意图。
具体实施方式
23.接下来将结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例,均属于本发明保护的范围。
24.本说明书中使用例如“之下”、“下方”、“下”、“之上”、“上方”、“上”等空间相对性术语,以解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与图中所示那些不同的取向以外,这些术语意在涵盖器件的不同取向。
25.另外,使用诸如“第一”、“第二”等术语描述各个元件、层、区域、区段等,并非意在进行限制。使用的“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放式术语,表示存在所陈述的元件或特征,但不排除额外的元件或特征。除非上下文明确做出不同表述。
26.本发明一实施例提供一种多用途便携式光谱检测装置,如图1所示,包括中空状的外壳腔体10、分光镜20和图像传感器。外壳腔体10具有第一端口11和第二端口12,图像传感器固定于第二端口处,外壳腔体可以选用柱状,例如可以是圆柱状或四棱柱状。
27.分光镜20可拆卸式固定于外壳腔体的内部。分光镜具有一壳体,该壳体具有一入光口21和一出光口22,入光口21靠近第一端口11,出光口22靠近第二端口12,待测光沿第一端口11进入该入光口21,传输经过分光镜20之后依次沿出光口22和第二端口12出射进入图像传感器。
28.在一实施例中,壳体的入光口21处设置有狭缝,出光口22处设置有目镜。参见图5,壳体内沿狭缝指向目镜的方向上,依次设置有第一透镜、棱镜组和第二透镜。待测光沿狭缝入射,经第一透镜聚焦后传输至棱镜组,棱镜组分光后传输至第二透镜,传输经过第二透镜后,经由目镜出射进入图像传感器。
29.在另一实施例中,壳体的入光口处设置有狭缝,出光口处设置有目镜。壳体内沿狭缝指向目镜的方向上,依次设置有透镜、棱镜和设置于棱镜出光面上的衍射光栅。待测光沿狭缝入射,经透镜聚焦后传输至棱镜,经由棱镜出光面上的衍射光栅,传输经过目镜进入图像传感器。
30.外壳腔体10与分光镜20的壳体之间通过可拆卸式的固定件固定。在分光镜有损坏或者外壳腔体有破损影响使用的情况下,只需要更换损坏的分光镜或者外壳腔体即可。具体地,外壳腔体具有侧壁,侧壁上设置有固定孔13,分光镜的壳体上设置有与固定孔13对应的固定点(未图示),固定时,固定件贯穿于该固定孔13内,固定件的端部与该固定点固定。在一优选实施例中,固定件优选螺丝,固定点优选一定深度的螺孔。螺丝贯穿于该固定孔13内,螺丝的端部拧入该螺孔中固定。优选地,固定孔的数量优选3个,相邻固定孔13之间的角度呈120
°

31.图像传感器的端部固定于外壳的第二端口处。图像传感器优选ccd或cmos传感器。优选地,图像传感器与外壳之间的固定方式与外壳和壳体之间相同。具体地,外壳上设置有固定孔,图像传感器的端部表面设置有与固定孔对应的固定点,固定时,固定件贯穿于该固定孔内,固定件的端部与该固定点固定。在一优选实施例中,固定件优选螺丝,固定点优选一定深度的螺孔。螺丝贯穿于该固定孔内,螺丝的端部拧入该螺孔中固定。例如图像传感器可以选用工业相机,工业相机的连接端壁上设置有固定螺孔,通过螺钉与外壳腔体的侧壁固定。图像传感器的另一端设置有可连接至控制单元的usb接口。优选地,固定孔的数量优选3个,相邻固定孔之间的角度呈120
°

32.在一具体实施方式中,本发明提供的检测装置可以实现色彩照度计的功能,该检测装置使用上述外壳腔体10和带有壳体的分光镜20,外壳腔体的第二端口12处固定有图像传感器。与其它实施例不同的是,外壳腔体10的第一端口11与分光镜20的入光口21之间卡设一余弦漫射片,余弦漫射片在不需要时可以从第一端口11端取出。待测光沿第一端口11进入外壳腔体10之后,传输经过余弦漫射片,自入光口21进入分光镜,传输经过分光镜后自第二端口12出射进入图像传感器。在该实施方式中,外壳腔体10的第一端口11的端面处设置有照度传感器。具体地,第一端口11的端面上布置有孔洞14,照度传感器固定于该孔洞14中。
33.使用该检测装置时,待测光同时传输至漫射片和照度传感器,传输经过漫射片的待测光进入分光镜,经图像传感器接收;同时直接被照度传感器接收的待测光通过蓝牙、无线或者有线连接至控制单元,控制单元识别当前的照度,将当前的照度反馈至图像传感器控制模块,图像传感器控制模块通过算法校准,获得准确、稳定的照度,并且得出色度等值。
34.在一具体实施方式中,本发明提供检测装置可以实现高光谱成像的功能。该检测装置使用上述外壳腔体10和带有壳体的分光镜20,外壳腔体10的第二端口12处固定有图像传感器。与其它实施例不同的是,外壳腔体10的第一端口11处可拆卸式连接有一高清镜头组件30。高清镜头组件30具有一壳体(未图示),参见图3,壳体内沿入光端至出光端的方向上依次设置第一凸透镜31、凹透镜32、双面凹透镜33和第二凸透镜34,出光端处设置有狭缝,其中第一凸透镜的焦距小于第二凸透镜的焦距。该镜头组件的设置降低了像差与场曲。
35.在一优选方案中,外壳腔体10的第一端口11具有一组内螺纹,参见图4(b),镜头组件壳体的出光端35外壁上具有一组与该内螺纹配合使用的外螺纹,该出光端拧入第一端口
11内使得镜头组件与外壳腔体10固定。在另一优选方案中,第一端口11的端面具有螺孔,优选地,螺孔的数量为3个,两两之间的夹角为120
°
。在另一优选方案中,第一端口11的端面处设置有螺孔和照度传感器,照度传感器设置于孔洞中,螺孔与照度传感器间隔分布于端面上。参见图4(a),镜头组件的出光端35侧具有连接端面,连接端面设置有与第一端口11处的螺孔15(如图2示)配合的螺孔,螺栓穿过镜头组件连接端面的螺孔进入第一端口11的端面的螺孔15中固定镜头组件和外壳腔体。在使用该高光谱成像功能时,成像目标经高清镜头组件在镜头组件的狭缝处成像,经过扫描成像目标获得完整的图像,经过狭缝的光线传输经过分光镜至图像传感器形成光谱图,经控制单元拼合形成高光谱的图像矩阵。
36.在一具体实施方式中,本发明提供的检测装置可以用以检测拉曼光谱,实现拉曼光谱仪的功能。该检测装置使用上述外壳腔体10,和带有壳体的分光镜20,外壳腔体为一具有厚度的侧壁围绕而成,外壳腔体10的第二端口20处固定有图像传感器。与其他实施例不同的是,该外壳腔体靠近第一端口11的侧壁中设置有一限位腔,激光器41固定于该限位腔中,靠近限位腔的第一端口的端面上开设有一开口,该开口暴露激光器的出光端,开口处设置有一反射镜42,激光器41出射的激光束经反射镜42反射与分光镜入光口的中轴线相交于一点。样品50放置于该点处。在使用时,首先将样品放置于该点处,开启激光器,激光器发射激光束,传输至反射镜,反射镜反射激光束照射至样品的表面,样品使该入射的激光束发生反射,反射的光线沿第一端口入射进入分光镜,传输至图像传感器,经控制单元采集和软件处理后形成拉曼谱图。
37.由上述实施方式可以理解,本发明提供的光谱检测装置中的外壳腔体内设分光镜,分光镜与外壳腔体之间通过可拆卸式的固定件固定,外壳腔体具有第一端口和第二端口,第二端口处固定有图像传感器,第一端口可以根据不同的检测需求,选择不同的组件连接来实现,解决了现有的光谱仪成本昂贵、用途专一的特点,特别适用于多用途的教学、检测、实验等场合的应用。
38.上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
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