专利名称：手持式拉曼光谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种拉曼光谱仪，具体涉及一种手持式拉曼光谱仪。
背景技术：
拉曼光谱分析是一种强大的无损材料检测和鉴定技术。传 统的拉曼光谱仪体积庞大，限制他们只能应用于实验室环境中。最近，随着半导体激光器激发光源和CXD(电荷耦合器件)阵列光谱仪的发展，拉曼光谱仪已经发展为手持式仪器，可以用来进行现场取样分析。一些手持式拉曼光谱仪的样例可参见Gardner等人的美国发明专利7，542，138和Clarke等人的美国发明专利7，524，671，这里引作参考。然而，现有的手持式拉曼光谱仪缺乏现场作业所需的某些重要功能。这些功能包括但不仅限于(i)在所有照明条件下工作的高亮度显示屏；(ii)方便的用户命令和数据输入方式；(iii)交互式的用户指南，以帮助用户进行光谱测量和分析；(iv)增强的电池寿命；(V)远程控制功能。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种手持式拉曼光谱仪，它可以用于现场作业。为解决上述技术问题，本实用新型手持式拉曼光谱仪的技术解决方案为包括一手持式机壳；一置于所述手持式机壳内利用体布拉格光栅(Volume BraggGrating)稳定输出的激光器,用于产生激光光束；一拉曼探头，用于将所述激光光束输出到待测物上产生拉曼散射光并收集该拉曼散射光；一置于所述手持式机壳内的光谱仪，用于测量该拉曼散射光并生成拉曼光谱；一置于所述手持式机壳内的高亮度显示屏，用于显示该拉曼光谱和一交互式用户界面；及一安装于所述高亮度显示屏之上的多点触摸屏，用于通过交互式用户界面接收用户输入。所述高亮度显示屏包括一有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode)显示屏。所述多点触摸屏包括一电容式触摸屏。所述交互式用户界面设置为响应用户至少与所述多点触摸屏有两个接触点的输入操作。所述交互式用户界面包括一交互式用户指南，用于为用户提供实时帮助。进一步，还包括一置于所述手持式机壳内的无线通信模块。进一步，还包括一置于所述手持式机壳内的条形码扫描器。进一步，还包括一置于所述手持式机壳内的成像传感器。进一步,还包括一置于所述手持式机壳内的定位传感器。进一步,还包括一语音输入系统。本实用新型可以达到的技术效果是[0017]本实用新型是一种为现场作业而完全优化的手持式拉曼光谱仪。
以下结合附图
和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明图I是本实用新型手持式拉曼光谱仪实施例的构成框图。附图中，在不同视图中相同的参考标号指代相同的或功能类似的元件，附图与以下描述一起构成本说明书的一部分，用于进一步说明各个实施例，以解释本实用新型所具有的各种原理和优点。熟练技术人员会意识到，图中的元件只是以简洁明了的方式展示，并不必完全按照实物比例绘制。例如，图中某些元件的尺寸相对于其他元件可能会夸大，以增进对本实用新型实施例的理解。 在描述基于本实用新型的具体实施例之前需要说明的是，这些实施例主要涉及与手持式拉曼光谱仪有关的方法步骤和装置元件。因而，图中装置元件和方法步骤在适当的时候会以常规符号表示，只显示出与理解本实用新型实施例有关的特定细节，而不写入那些对本领域普通技术人员显而易见的细节以免淡化说明书。本文中相对词，例如第一和第二，顶部和底部，以及类似的用语，只是用于将一个实体或动作与另一个实体或动作相区分，并不必然是要求或暗示着任何实体或动作间实际的此种关系或顺序。词语“包括”或任何其它变化形式，是开放式包含，因此包括一系列组成部分的一个过程、方法、物件或装置并不只是包括那个已列入的组成部分，还可能包括其他的未列入的、或在这些过程或方法或物件或装置中不是固有的组成部分。一个组成部分前面有“一”字并不排除多个同样的组成部分包括在其过程、方法、物件或装置中。图中附图标记说明100为手持式拉曼光谱仅，102为手持式机壳，104为半导体激光器，106为拉曼探头，1061为第一个光学透镜，1062为分色滤光片，1063为第二个光学透镜，1064为高通滤光片，1065为第三个光学透镜，107为CXD阵列光谱仪，108为高亮度显示屏，109为多点触摸屏，110为高容量可充电电池，111为用户界面，112为帮助图标，113为虚拟键盘，114为麦克风图标，115为条码扫描器，116为无线通信模块，117为成像传感器，118为定位传感器，120为中央处理单元。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型手持式拉曼光谱仪100包括一手持式机壳102 ;该拉曼光谱仪的所有光学、机械、和电子兀件均安装于该手持式机壳102之内以构成一适于现场操作的仪器；中央处理单元(CPU) 120用于接收用户命令和控制该拉曼光谱仪的操作；拉曼光谱仪100的所有有源元件由高容量可充电电池110供电；拉曼光谱仪的光学元件包括一半导体激光器104作为激发光源；该半导体激光器104优选为美国发明专利7，245，369所描述的输出波长和谱线宽度由体布拉格光栅(Volume Bragg Grating)稳定和压窄的785nm近红外激光器,该专利这里引作参考；手持式拉曼光谱仪100还包括一拉曼探头106用于输出激光和收集拉曼散射信号；它经过优化，可以充分利用激光光源的高光谱亮度和空间亮度；拉曼探头106包括第一个光学透镜1061用于收集和准直激光光束；经准直的激光光束由分色滤光片1062反射到第二个光学透镜1063 ;第二个光学透镜1063将激光光 束聚焦到样品(未不出)上以从样品激发拉曼散射信号；由体布拉格光栅(Volume Bragg Grating)稳定的激光器104的高空间亮度使其激光光束可以聚焦到很小的一点上以有效地激发拉曼散射；第二个光学透镜1063还具有较大的数值孔径以有效地收集拉曼散射信号；采集到的拉曼散射信号经第二个光学透镜1063准直后通过分色滤光片1062以滤除瑞利(Rayleigh)散射和由样品反射的激光；位于分色滤光片1062之后的高通滤光片1064用于进一步从拉曼散射信号中滤除瑞利(Rayleigh)散射；滤波后的拉曼散射信号经第三个光学透镜1065聚焦并输入一CCD (电荷耦合器件)阵列光谱仪107进行光谱分析；手持式拉曼光谱仪100还包括高亮度显示屏108和多点触摸屏109作为用户界面；高亮度显示屏108优选为无需背光就能工作的有机发光二极管(Organic LightEmitting Diode)显示屏；因此,它与液晶显示屏(IXD)相比能显示更深的黑色而且更轻更薄；有机发光二极管(OLED)显示屏108具有较快的显示速度、较宽的视角、更准确的色彩重现、更出色的对比度、和更高的亮度，使其可以兼用于黑暗和明亮环境；而且，有机发光二极管(OLED)显示屏108的低功耗进一步延长了手持式拉曼光谱仪100的电池寿命；多点触摸屏109优选为电容式触摸屏；该电容式触摸屏109具有百分之九十的透光率，与电阻式触摸屏百分之七十五的透光率相比，进一步提高了显示屏的亮度；电容式触摸屏109的多点触摸功能使其可以识别用户与屏幕表面的两个或两个以上的接触点，从而实现一些复杂的功能如双指缩放等以建构更加互动友好的用户界面111 ;例如，触摸显示屏的右上角可以引入一帮助图标112 ;当用户在测量过程中遇到问题时，他就可以通过双指缩放功能打开帮助图标112，以动画或短片的形式提示用户应该在下一步做什么；如果用户对菜单111的某些特定功能或参数有疑问，他可以同时触摸帮助图标112和菜单111中有疑问的部分，以显示有关功能或参数的描述；这种即时帮助对于无法获得客户服务情况下的野外操作尤其有用；利用电容式触摸屏109还可以实现其它功能，例如浏览文件列表、光谱的缩放、输入光谱的信息、和浏览用户菜单等；限于手持式拉曼光谱仪的尺寸，触摸屏109只能提供有限的空间用于用户指令和数据输入；为解决这一问题，可采用放大的虚拟键盘113，该虚拟键盘只显示几个字符，而不是整个字符集。用户通过在虚拟键盘上滑动以切换所显示的字符，当出现想要的字符时，用户可以点击该字符或在另一方向上滑过该字符以输入该字符；另外，手持式拉曼光谱仪可采用语音输入系统；通过点击麦克风图标114，可开启拉曼光谱仪的麦克风以接收用户的口头指令；用户的口头指令通过识别后与光谱测量和分析的常用指令集相比较，并显示最相匹配的指令列表以供用户选择；光谱仪的设置，如激光功率，积分时间等的数据输入可以以类似的方式进行；除了语音输入系统，手持式拉曼光谱仪可配备电容式手写笔(未显示)，以协助用户通过虚拟键盘或手写字符识别系统进行数据和文字输入；为了进一步减少数据录入的负担，手持式拉曼光谱仪配备了条码扫描器115以读入带条码样本的有关数据；被测样品的拉曼光谱可以与其条码数据结合起来，以进行分类归档；手持式拉曼光谱仪100还包括无线通信模块116 ;通过无线通信模块116，手持式拉曼光谱仪100可以将得到的拉曼光谱传输到数据中心进行分析并与光谱数据库相比较，以完成对样本的鉴定；这种方法允许把光谱数据库存储在数据中心而不是在拉曼光谱仪中，从而节省了大量存储空间；此外，通过无线通信可以使用远程控制单元(未显示)对手持式拉曼光谱仪100进行远程控制；远程控制单元可包括平板电脑或智能手机等；在被测样品中含有有害或爆炸性物质或样品附近环境对人有害的情况下，用户可以通过远程控制单元远程操控拉曼光谱仪的工作(如发射激光，收集拉曼光谱等)；为了监测待测样品的状态，手持式拉曼光谱还可配备成像传感器117 (如数码相机)以采集样品的图像并通过无线通信模块116将图像发送到远程控制单元上；手持式拉曼光谱仪还包括一个定位传感器118，如GPS (全球定位系统)传感器，以确定其地理位置；获得的地理位置信息可以报告到控制中心，从而将样品的拉曼光谱与其地理位置联系起来；这一功能对于采用多台拉曼光谱仪监测制造过程的工业过程控制非常有用；当检测到异常的拉曼光谱时，控制中心可以通过定位传感器118迅速找到相关的样 品;在前文说明书中，描述了本实用新型的具体实施例。但是，本领域普通技术人员容易意识到，在不脱离本实用新型的保护范围的情况下，可以做出一些修改和变化。因而，说明书和附图应解释为仅仅是说明性的而并非限定性的，所有变型均包括在本实用新型意图保护的范围内。文中所提到的一切好处、优点、问题解决方案或者任何可能带来更显著的好处、优点、问题解决方案的元件均不能解释为任何权利要求所必须的或本质的技术特征或元件。本实用新型的权利仅由所附权利要求书所定义，包括在申请过程中所做的任何修改，以及授权后的等同权利要求。
权利要求1.一种手持式拉曼光谱仪，其特征在于，包括 一手持式机壳; 一置于所述手持式机壳内利用体布拉格光栅(Volume Bragg Grating)稳定输出的激光器，用于产生激光光束； 一拉曼探头，用于将所述激光光束输出到待测物上产生拉曼散射光并收集该拉曼散射光; 一置于所述手持式机壳内的光谱仪，用于测量该拉曼散射光并生成拉曼光谱； 一置于所述手持式机壳内的高亮度显示屏，用于显示该拉曼光谱和一交互式用户界面；及 一安装于所述高亮度显示屏之上的多点触摸屏，用于通过交互式用户界面接收用户输入。
2.根据权利要求I所述的手持式拉曼光谱仪，其特征在于所述高亮度显示屏包括一有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode)显示屏。
3.根据权利要求I所述的手持式拉曼光谱仪，其特征在于所述多点触摸屏包括一电容式触摸屏。
4.根据权利要求I所述的手持式拉曼光谱仪，其特征在于所述交互式用户界面设置为响应用户至少与所述多点触摸屏有两个接触点的输入操作。
5.根据权利要求I所述的手持式拉曼光谱仪，其特征在于所述交互式用户界面包括一交互式用户指南，用于为用户提供实时帮助。
6.根据权利要求I所述的手持式拉曼光谱仪，其特征在于还包括一置于所述手持式机壳内的无线通信模块。
7.根据权利要求I所述的手持式拉曼光谱仪，其特征在于还包括一置于所述手持式机壳内的条形码扫描器。
8.根据权利要求I所述的手持式拉曼光谱仪，其特征在于还包括一置于所述手持式机壳内的成像传感器。
9.根据权利要求I所述的手持式拉曼光谱仪，其特征在于还包括一置于所述手持式机壳内的定位传感器。
10.根据权利要求I所述的手持式拉曼光谱仪，其特征在于还包括一语音输入系统。
专利摘要本实用新型公开了一种手持式拉曼光谱仪，包括(i)一手持式机壳；(ii)一置于手持式机壳内利用体布拉格光栅(Volume Bragg Grating)稳定输出的激光器用于产生激光光束；(iii)一拉曼探头用于将激光光束输出到待测物上产生拉曼散射光并收集该拉曼散射光；(iv)一置于手持式机壳内的光谱仪用于测量该拉曼散射光并生成拉曼光谱；(v)一置于手持式机壳内的高亮度显示屏用于显示该拉曼光谱和一交互式用户界面；和(vi)一安装于高亮度显示屏之上的多点触摸屏用于通过交互式界面接收用户输入。
文档编号G01N21/65GK202661171SQ20122029394
公开日2013年1月9日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者周新, 江道国, 王晓路 申请人:必达泰克光电设备(上海)有限公司