便攜式拉曼探頭及檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及農產品光譜檢測技術領域，尤其涉及一種同時檢測果蔬表皮和內部信息的便攜式拉曼探頭及檢測裝置。
【背景技術】
[0002]國內外已有研究將拉曼光譜技術應用于果蔬中類胡蘿卜素含量的檢測，并針對相關應用研制了多種類型的便攜式拉曼光譜檢測設備。拉曼光纖檢測探頭作為拉曼檢測設備的核心部件，其光路結構和參數決定了整個系統的性能。目前商品化的拉曼光纖探頭均為原位檢測結構，即激發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，而無法獲取果蔬內部信息。為了能夠獲取表面以下的組織信息，需要進行非原位檢測，即將激發點與探測點分開，此時光子將進入表皮，并在表皮下方的內部組織中從激發點向探測點迀移，從而將所經過路徑的光譜信息傳輸到探測點處并被收集光纖所檢測。光子在果蔬內部迀移路徑所達到的深度就代表了能夠檢測到的內部組織深度。隨著激發-探測間距增加，光子傳輸深度也相應增大，此時在表面區域檢測到的光譜信息中將以內部組織信息為主，同時大幅度消除了表皮的影響。
[0003]為了能夠對果蔬品質進行較為全面的表征，需要同時對果蔬表皮和內部組織信息進行檢測。現有技術中Pavel Matousek等人在2006年提出了一種同時進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，激發樣品需要額外引入激發光路，未能實現激發與檢測一體化，從而增加了系統調整的復雜性，難以滿足便攜式應用。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的其中一個目的在于提供一種同時檢測果蔬表皮和內部信息的便攜式拉曼探頭及檢測裝置，以解決現有技術中需要引用額外的激發光路而無法同時實現激發與檢測的技術問題。
[0005]為實現上述實用新型目的，第一方面，本實用新型實施例提供了一種便攜式拉曼探頭，包括:激發光纖、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繞在所述激發光纖的周圍；
[0007]所述隔層設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排布；
[0009]所述聚焦透鏡組設置在所述激發光纖和收集光纖的一端，其中心位于所述激發光纖的中心軸線上；
[0010]所述窗口設置在所述聚焦透鏡組遠離所述激發光纖的一側；
[0011]所述封裝外殼設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，還包括觸發按鍵，所述觸發按鍵設置在所述封裝外殼中，其接線端子處設置有沿所述激發光纖的中心軸線方向排布的導線。
[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直透鏡與會聚透鏡，其中:
[0018]所述準直透鏡的平面側設置在所述激發光纖和收集光纖的一端，凸面側與所述會聚透鏡的凸面側相對；所述會聚透鏡平面側設置有所述窗口。
[0019]可選地，所述準直透鏡的中心與所述激發光纖的端面之間的距離d等于該準直透鏡的焦距；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，本實用新型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光纖遠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行器進行控制；
[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]本實用新型通過將激發光纖、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，實現了果蔬表皮和內部信息的同步一體化檢測；通過設置樣品窗口消除了工作距離，實現了接觸式無損檢測，簡化了光路調整過程；通過觸發按鍵可方便地控制曝光和采樣過程，增加了檢測的便捷性。本實用新型結構緊湊、簡潔，易于實現，便于隨身攜帶，更適合于田間和現場檢測。
【附圖說明】
[0026]通過參考附圖會更加清楚的理解本實用新型的特征和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本實用新型進行任何限制，在附圖中:
[0027]圖1是本實用新型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是本實用新型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-準直透鏡，1052-會聚透鏡，106-窗口，107-封裝外殼，108-觸發按鍵，109-導線，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]下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0034]第一方面，本實用新型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]激發光纖101為單進單出光纖束，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環繞在激發光纖101的周圍；
[0037]隔層104設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呈同心圓環排布；
[0039]聚焦透鏡組105設置在激發光纖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，其中心位于激發光纖101的中心軸線上；
[0040]窗口 106設置在聚焦透鏡組105遠離激發光纖101的一側；
[0041]封裝外殼107設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]實際應用中，為方便使用人員操作，可選地，本實用新型實施例提供的便攜式拉曼探頭100還包括觸發按鍵108。如圖1所示，該觸發按鍵108設置在封裝外殼107中，由該觸發按鍵108的接線端子連接有沿激發光纖101中心軸線方向排布的導線109。
[0043]實際應用中，由于采用相同的聚焦透鏡組105進行準直和聚焦，因此為保證所有光纖都能正確聚焦，可選地，激發光纖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、芯徑以及數值孔徑。本領域技術人員可以根據具體使用場合，分別為激發光纖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、芯徑以及數值孔徑，本實用新型不作限定。
[0044]實際應用中，為簡化制作工藝，隔層104與封裝外殼107采用相同的材質制成。本領域技術人員可以根據具體使用場合進行選擇，本實用新型不作限定。
[0045]實際實用中，為獲取較高的激發效率，如圖1所示，本實用新型實施例提供的聚焦透鏡組105包括準直透鏡1051和會聚透鏡1052。其中，準直透鏡1051的中心與激發光纖101端面之間的距離d等于準直透鏡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，本實用新型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中激發光纖101遠離窗口 106的一端通過入射光闌彈片302后與激光器