一种便携式宝石荧光分析仪的制作方法

本申请涉及光谱分析领域，尤其涉及一种便携式宝石荧光分析仪。

背景技术：

光谱分析方法在宝石晶体领域有着非常广泛的应用，国内外研究人员如今主要采用显微拉曼光谱、x射线荧光光谱、紫外可见近红外光谱、傅里叶变换红外线光谱(ftir)等分析方法对玉石进行鉴定，但是采用这些分析方法的设备不仅造型大，而且造价昂贵，因此，限制了这些方法在宝石鉴定方面应用。

小巧的便携式光谱仪，具有快速和灵活等特点，更加符合实验人员对原位化和快速化的检测需求，因此在材料检测领域得到了越来越多的应用；但是，现在市面上的便携式荧光光谱分析仪并没有包括光源，使用者在测试时候一般需要一边调整光源聚焦点，一边调整光谱仪光纤接收信号光的位置，操作很不方便。而且，现在市面上的反射式荧光光谱仪的分离光源，造价成本比较高。

另一方面，现在市面上的反射式荧光光谱仪主要配件为闪耀光栅与紫外敏化ccd，闪耀光栅和紫外敏化ccd均为了提高检测的荧光光谱的信号，但这样的配置使得光谱仪的造价高。

技术实现要素：

本申请提供了一种便携式宝石荧光分析仪，在光谱仪内设置光源，光源采用led灯，不仅成本低、单色性好、光源性能稳定而且寿命较长；另外，在光谱仪本体内增加了长波通滤光片，长波通滤光片具有高的截止深度，可以有效避免杂光的干扰，比如光源的散射光，提高了检测的荧光光谱的信号。

本申请还提供了一种便携式宝石荧光分析仪，其包括：

光谱仪，包括内置led灯的光源装置、光谱仪本体和外壳，光源装置和光谱仪本体均设置在外壳内；

光纤探头，用于收集光信号，通过光纤与光谱仪连接；led灯的激发光由光纤传至光纤探头，激发光通过光纤探头透射到被检测件，以激发被检测件产生荧光，光纤探头收集激发光和荧光，激发光和荧光通过光纤进入光谱仪本体；

分析装置，与光谱仪本体电连接；分析装置内装载有监测软件和光谱数据库，光信号通过监测软件以光谱曲线在分析装置上显示，光谱曲线与光谱数据库进行比对以确定被检测件的属性；

其中，光谱仪本体包括长波通滤光片，外壳上开设有接收光信号的接收端口，长波通滤光片安装在外壳内且靠近接收端口；接收端口和长波通滤光片之间设置有入射狭缝，入射狭缝用于调节光信号在光谱仪本体内的成像分辨率；激发光和荧光透过长波通滤光片后余下荧光，荧光在光谱仪本体内将模拟信号转换为数字信号，数字信号通过检测软件以光谱曲线在分析装置上显示。

在本申请的便携式宝石荧光分析仪中，外壳上还开设有输出端口，光纤包括y型光纤，y型光纤包括探测端和分叉端，探测端连接光纤探头，分叉端分别连接输出端口和接收端口。

在本申请的便携式宝石荧光分析仪中，光源装置包括安装座和耦合透镜组，led灯通过安装座安装在外壳上，耦合透镜组设置在led灯和输出端口之间，耦合透镜组将激发光耦合进y型光纤并传送至光纤探头。

在本申请的便携式宝石荧光分析仪中，光源装置还包括第一散热件和第一散热孔，第一散热件安装在led灯的一侧，第一散热孔开设在外壳上，led灯产生的热量在第一散热件的作用下通过第一散热孔排出外壳。

在本申请的便携式宝石荧光分析仪中，光纤探头上设置有平面镜，平面镜用于将激发光透射到被检测件上。

在本申请的便携式宝石荧光分析仪中，长波通滤光片为405nm长波通滤光片，405nm长波通滤光片用于过滤激发光。

在本申请的便携式宝石荧光分析仪中，光谱仪本体内设置有准直元件，准直元件与405nm长波通滤光片相对设置，准直元件包括准直反射镜和第一底座，准直反射镜通过第一底座安装在外壳的内壁上，准直反射镜使得通过405nm长波通滤光片的荧光变为平行光。

在本申请的便携式宝石荧光分析仪中，光谱仪本体内设置有色散元件，色散元件设置在准直反射镜的反射光路上，色散元件包括光栅和第二底座，光栅通过第二底座安装在外壳的内壁上，光栅使得通过准直反射镜的平行光按波长分散成多条光束。

在本申请的便携式宝石荧光分析仪中，光谱仪本体内设置有聚焦元件，聚焦元件设置在光栅的反射光路上，聚焦元件包括聚焦反射镜和第三底座，聚焦反射镜通过第三底座安装在外壳的内壁上，聚焦反射镜用于聚焦色散后的光束，使得聚焦后的光束在焦平面上形成一系列的像，其中每一像点对应于一特定波长。

在本申请的便携式宝石荧光分析仪中，光谱仪本体内还包括ccd探测器，ccd探测器设置在焦平面上，ccd探测器用于测量各波长像点的光强度；ccd探测器连接有模数转换器，模数转换器将荧光的模拟信号转换为数字信号，模数转换器与分析装置连接。

本申请实施例提供了一种便携式宝石荧光分析仪，光源装置和光谱仪本体均设置在外壳内，为一体式结构，这样不用在使用的时候进行光源聚焦点的调试，操作更加简单方便；另外，光源装置采用led灯，不仅单色性好，光源性能稳定，而且成本低，使用寿命长；另一方面，在光谱仪本体的入光处增加长波通滤光片，可以有效避免杂光的干扰，比如来自光源的散射光，从而提高了检测的荧光光谱信号。本申请的便携式宝石荧光分析仪结构简单，使用更加方便，还大大节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的一种便携式宝石荧光分析仪的结构示意图；

图2是图1的便携式宝石荧光分析仪中光信号的走向流程示意图；

图3是图1中y型光纤的结构示意图；

图4是图1中光源装置的光信号走向流程示意图；

图5是图1的光谱仪本体的结构示意图；

图6是图5中光谱仪本体内的光信号的走向流程示意图；

图7是图6中光信号的走向示意图；

图8是图5中405nm长波通滤光片的安装结构示意图；

图9是图8中支架的结构示意图；

图10是图1中光纤探头的结构示意图；

图11是图1中光纤探头采用平面镜的光谱曲线示意图；

图12是图11中光纤探头采用聚焦透镜的光谱曲线示意图。

附图标记说明：

100、便携式宝石荧光分析仪；

10、光谱仪；101、外壳；102、输出端口；103、接收端口；

11、光谱仪本体；111、入射狭缝；112、405nm长波通滤光片；1121、安装块；1122、支撑杆；1123、螺母；113、准直元件；1131、准直反射镜；1132、第一底座；114、色散元件；1141、光栅；1142、第二底座；115、聚焦元件；1151、聚焦反射镜；1152、第三底座；116、ccd探测器；117、模数转换器；118、第二散热件；119、第二散热孔；

12、光源装置；121、led灯；122、安装座；123、耦合透镜组；124、电源驱动；125、第一散热件；126、第一散热孔；

20、y型光纤；21、y型光纤本体；22、发射光纤接头；23、接收光纤接头；24、探测光纤接头；

30、光纤探头；31、光纤探头本体；32、连接端口；33、平面镜；

40、分析装置。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1-2，一种便携式宝石荧光分析仪100，包括光谱仪10、光纤探头30和分析装置40，其中，光谱仪10包括内置led灯121的光源装置12、光谱仪本体11和外壳101，且光源装置12和光谱仪本体11均设置在所述外壳101内，使得光源装置12和光谱仪本体11实现了一体化设置，在测试时无需再调试光源聚焦点，更加简单方便。

光纤探头30用于收集光信号，光纤探头30通过光纤与光谱仪10连接；其中，led灯121的激发光由光纤传至光纤探头30，然后激发光通过光纤探头30透射到被检测件，这样可以激发被检测件产生荧光，激发光和荧光都可以被光纤探头30收集，被收集的激发光和荧光通过光纤进入到光谱仪本体11内。

分析装置40与光谱仪本体11电连接，分析装置40内装载有监测软件和光谱数据库，光信号通过监测软件以光谱曲线在分析装置上显示，这里的光信号是指在光谱仪本体11内分析处理过的荧光，然后得出的光谱曲线与光谱数据库进行比对，以确定被检测件的属性。

在本实施例中，光谱仪本体11包括长波通滤光片，在外壳101上开设有接收光信号的接收端口103，而长波通滤光片则安装在外壳101内且靠近接收端口103，以使从接收端口103进入的光先通过长波通滤光片进行滤光，激发光和荧光透过长波通滤光片后仅留下荧光，荧光在光谱仪本体11内光的入射光路前进，最后将模拟信号转换为数字信号，数字信号通过检测软件以光谱曲线的形式在分析装置上显示。

此外，在接收端口103和长波通滤光片之间设置有入射狭缝111，入射狭缝111用于调节光信号在光谱仪本体11内的成像分辨率。

采用以上技术方案后，由于光源装置12和光谱仪本体11均设置在外壳101内，为一体式结构，这样不用在使用的时候进行光源聚焦点的调试，操作更加简单方便；另外，光源装置12采用led灯121，不仅单色性好，光源性能稳定，而且成本低，使用寿命长；另一方面，在光谱仪本体11的入光处增加长波通滤光片，可以有效避免杂光的干扰，比如来自光源的散射光，从而提高了检测的荧光光谱信号。本申请的便携式宝石荧光分析仪100结构简单，使用更加方便，还大大节约了成本。

请参阅图1和图3，在一个可选的实施例中，外壳101上开设有输出端口102和接收端口103，而在本实施例中，光纤采用y型光纤20，y型光纤20包括y型光纤本体21、探测端和分叉端，探测端和分叉端分别设置在y型光纤本体21的端面上，其中，而分叉端包括发射端和接收端；具体的，在探测端上设置有探测光纤接头24，探测光纤接头24连接光纤探头30；在发射端上设置有发射光纤接头22，发射光纤接头22连接输出端口102；而在接收端上设置有接收光纤接头23，接收光纤接头23连接接收端口103。光纤是光传输的媒介，使用光纤能够自由地对光进行引导，采用y型光纤20的光分路器，更适合运用于反射光谱的测量，无需在光纤探头30上设置更多的光纤端口，为制造和使用带来了便利。

请参阅图4，在一个可选的实施例中，光源装置12和光谱仪本体11均设置在外壳101内，光源装置12位于光谱仪本体11的上方，光源装置12和光谱仪本体11两者分隔开，互不干扰，但这样一体式的结构，光源装置12和光谱仪本体11的位置固定，使用者在测试时不用调整光源聚焦点，操作方便。

现在市面上的反射式荧光光谱仪10的光源，常用的一种是紫外的宽谱光源，比如氘灯；氘灯发出的光的波长范围一般为190～400nm的连续光谱带，选择使用这样的宽谱光源作为激发光，必须使用单色滤光片滤出单色光才可以满足需求；另一种常用的光源是可以产生紫外光的激光器；而这两种光源形成的光谱仪10成本都是比较高的。

在本实施例中，光源装置12中的光源采用365nm的发光二极管，不仅具有很好的单色性，而且光源性能也十分的稳定；另外，采用365nm的led灯121成本低且寿命长，满足了反射式荧光光谱仪10对光源的要求。

请参阅图4，在一个可选的实施例中，光源装置12包括有安装座122和耦合透镜组123，led灯121通过安装座122安装在外壳101上，另外，耦合透镜组123设置在led灯121和输出端口102之间，耦合透镜组123将激发光耦合进y型光纤20的发射光纤接头22，并通过y型光纤20传送至光纤探头30；还有，在光源装置12中设置有电源驱动124，用于为led灯121提供能量。

在本实施例中，光源装置12还包括第一散热件125和第一散热孔126，第一散热件125安装在led灯121的一侧，第一散热孔126可以开设在光源四周的外壳101上，数量在此不做限制，led灯121产生的热量在第一散热件125的作用下通过第一散热孔126排出外壳101；示例性的，第一散热件125可以是散热风扇或者是排气扇等。

另一方面，请参阅图5，在光谱仪本体11内设置有第二散热件118和第二散热孔119，第二散热件118安装在模数转换器117的一侧，第二散热孔119可以开设在模数转换器117四周的外壳101上，数量在此不做限制；光谱仪本体11内产生的热量可以通过第二散热件118在第二散热孔119排出；示例性的，第二散热件118可以是散热风扇或者是排气扇等。

请参阅图10-12，在一个可选的实施例中，光纤探头30上设置有平面镜33，平面镜33用于将激发光透射到被检测件上。在本实施例中，用透明的平面镜33替代传统的聚焦透镜，是因为宝石的荧光光谱很强，当进入光谱仪10的光太强，识别软件非常容易达到饱和，不利于形成正确的光谱，因此，用平面镜33替代传统的聚焦透镜，这样不仅检测效果好，而且造价更便宜。如图11和图12所示，图11为使用平面镜33后正常的荧光光谱，图12为使用聚焦透镜后饱和状态的荧光光谱，饱和的荧光光谱不利于宝石荧光的识别和读取。

另一方面，请参阅图1和图10，光纤探头30包括光纤探头本体31，光纤探头本体31上设置有连接端口32，所述连接端口32连接y型光纤20的探测光纤接头24；而且，本实施例中的光纤探头30可以手持，能够便捷的多角度对样品进行检测，适用于各种场景，使用更方便。

请参阅图5-7，在一个可选的实施例中，长波通滤光片为405nm长波通滤光片112，405nm长波通滤光片112用于过滤光源的激发光。405nm长波通滤光片112，具有高的截止深度，可以有效避免杂光的干扰，比如光源的散射光等，提高了检测的荧光光谱信号。

请参阅图8-9，在一个可选的实施例中，外壳101上开设有安装孔，安装孔靠近接收端口103，在安装孔内安装有支架，405nm长波通滤光片112安装在支架上。

具体的，支架包括支撑杆1122和安装块1121，其中，支撑杆1122可调节设置在安装孔内，支撑杆1122可以为螺纹杆，安装孔内设置有与支撑杆1122相匹配的螺纹，两者通过螺纹调节连接，最后通过螺母1123锁紧固定；安装块1121设置在支撑杆1122上，安装块1121的的侧面呈c字型设置，这样，安装块1121的两侧都有卡块，可以卡紧405nm长波通滤光片112，使得安装更加稳固。

在本实施例中，安装块1121的内表面设置有软胶，软胶具有一定的弹性，可以在一定范围内弹性变形，这样，405nm长波通滤光片112安装在c型的安装块1121内更加稳固，同时，软胶也可以起到保护的作用，更加安全可靠。另外，405nm长波通滤光片112也可以通过其他方法安装在外壳101内，在此，本申请不做限制。

请参阅图5-7，在一个可选的实施例中，光谱仪本体11内设置有准直元件113，准直元件113包括准直反射镜1131和第一底座1132，准直反射镜1131通过第一底座1132安装在外壳101的内壁上，而且准直反射镜1131与405nm长波通滤光片112相对设置，这样使得通过405nm长波通滤光片112的荧光直接到达准直反射镜1131，在准直反射镜1131的作用下荧光变为平行光。

请参阅图5-7，在一个可选的实施例中，光谱仪本体11内设置有色散元件114，色散元件114设置在准直反射镜1131的反射光路上，准直反射镜1131上有由405nm长波通滤光片112过来的入射光线和与该入射光线呈一定角度的反射光线，而色散元件114设置在该反射光线的光路上，以使得色散元件114能接收到从准直反射镜1131上反射出的光。

在本实施例中，色散元件114包括光栅1141和第二底座1142，光栅1141通过第二底座1142安装在外壳101的内壁上，光栅1141使得通过准直反射镜1131的平行光分散成多条光束。

请参阅图5-7，在一个可选的实施例中，光谱仪本体11内设置有聚焦元件115，聚焦元件115设置在光栅1141的反射光路上，在光栅1141上有入射光线和与该入射光线呈一定角度的反射光线，而聚焦元件115设置在该反射光线的光路上，以使得聚焦元件115能够接收到从光栅1141上反射出的光。

在本实施例中，所述聚焦元件115包括聚焦反射镜1151和第三底座1152，所述聚焦反射镜1151通过所述第三底座1152安装在所述外壳101的内壁上，聚焦反射镜1151用于聚焦色散后的光束，使得聚焦后的光束在焦平面上形成一系列入射狭缝111的像，其中每一像点对应于一特定波长。

请参阅图3-5，在一个可选的实施例中，光谱仪本体11内还包括ccd探测器116，ccd探测器116设置在上述成像的焦平面上，ccd探测器116用于测量各波长像点的光强度；其中，ccd探测器116连接有模数转换器117，模数转换器117卡和安装在外壳101内，通过模数转换器117将荧光的模拟信号转换为数字信号，另外，模数转换器117与分析装置40连接，分析装置40中的监测软件对数字信号进行处理，使得数字信号在分析装置40中以光谱曲线的形式在显示屏上显示出。

在一个可选的实施例中，在分析装置40中导入光谱数据库，光谱数据库通过多次试验研究，收集记载了多种宝石的荧光曲线，只需将被检测件的光谱曲线与光谱数据库中固有的光谱曲线进行比对，即可判断被检测件的属性。随着科学技术水平的不断提升，合成宝石与天然宝石的区分难度急剧增加，使得珠宝玉石的鉴别难以通过常规的鉴定方法来实现，很多时候需要借助光谱仪10来进行鉴定。示例性的，红宝石的主要成分是氧化铝，红色尖晶石的主要成分是含镁的硅酸盐，红碧玺的主要成分是含锂和铍的硅酸盐，红色石榴石的主要成分是含镁铝的硅酸盐；在不同波长的激发光照射下，红宝石会发出特定波长的荧光，而红碧玺和石榴石不发荧光；通过测试宝石的荧光光谱，看是否和其固有光谱一致，来判断其真伪。由于合成宝石与天然宝石成分差别很大，所以通过本申请的便携式宝石荧光分析仪100，可以快速简便的判断被检测件的真伪。

本申请提供的便携式宝石荧光分析仪100，光源装置12和光谱仪本体11均设置在外壳101内，一体式设计，不用每次调整光源的聚焦点，操作更方便；其中，光源装置12采用365nm的led灯121，不仅单色性好，光源性能稳定，而且成本低，使用寿命长；另外在光谱仪本体11的入光处增加405nm的长波通滤光片，可以有效避免杂光的干扰，比如来自光源的散射光，从而提高了检测的荧光光谱信号。再者，在光纤探头30上用平面镜33替代传统的聚焦透镜，平面镜33收集的激发光刚好能被405nm的长波通滤光片过滤干净，检测效果好，采用传统的聚焦透镜，由于聚焦透镜比平面镜33收集的激发光更多，导致由405nm长波通滤光片112滤光后还会遗留一定的激发光，从而影响检测效果；另外，使用平面镜33的造价更便宜，有效节省了成本。

便携式宝石荧光分析仪100对宝石的检测包括以下步骤：

s1、光谱仪10内的led灯121启动，光源通过耦合透镜组123耦合进y型光纤20上的发射光纤接头22，光源通过y型光纤20传至光纤探头30，光源通过光纤探头30上的平面镜33透视到被检测件上，其中，被检测件放置在样品台上，样品台几乎不会对检测造成干扰；

s2、被检测件在led灯121激发光的激发下，被检测件的电子从低能级跃迁至高能级，此时，高能级是一种不稳定的能级，电子还会重新回到低能级，这就表现为吸收能量以后的释放能量，其中一部分能量是以光的形式进行释放，即荧光的产生；荧光与激发光都可以被光纤探头30收集，荧光与激发光通过y型光纤20到达光谱仪本体11；

s3、光谱仪本体11在接收端口103处设置有405nm长波通滤光片112，荧光和激发光由405nm长波通滤光片112滤光后，只留下荧光到达准直反射镜1131，准直反射镜1131使上述荧光变成平行光；

s4、平行光到达光栅1141处，光栅1141按波长将平行光分散成为多条光束；

s5、多条光束到达聚焦反射镜1151对色散的光束进行聚焦，使光束在焦平面上形成一系列入射狭缝111的像，其中每一像点对应于一特定波长；

s6、在焦平面上的ccd探测器116测量各波长像点的光强度，并通过模数转换器117将光信号的模拟信号转换为数字信号；

s7、数字信号传至分析装置40，检测软件对数字信号进行处理，使其通过光谱曲线在分析装置40的显示屏上显示；

s8、输出的光谱曲线与分析装置40内的固有光谱数据库进行比对，来判断被检测的属性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。