便携式拉曼光谱仪及其自动对焦系统设计

发布时间：2020-05-07 10:34

【摘要】：在拉曼光谱仪的固体检测中,激光必须聚焦于样品表面,才能采集到正确的拉曼光谱信号。对于便携式拉曼光谱仪而言,由于其成本和体积等诸多限制,导致无法采用大型光谱仪的传统对焦方案。因此,本文设计了一种便携式拉曼光谱仪自动对焦系统,其具有对焦方便、体积小巧、可视化检测等优点。实验证明,该系统能满足便携式拉曼光谱仪的对焦需求,并且实现了样品表面可视化,能够在检测的同时看到样品表面细节,实现了“所见即所测”的功能。本文的主要工作包含以下几点:(1)以光谱仪检测光路为基础,设计出了一种结构紧凑的光路系统,实现了拉曼激光的自动对焦。系统采用图像清晰度判断是否到达正焦位置,并在传统爬山算法基础上,对调焦搜索算法进行改进,减少了陷入局部极大值点的情况。系统还实现了样品表面可视化,将采集图像放大8倍以上,使得“所见即所测”成为可能;(2)设计并实现了光谱仪的硬件结构,包括主控制器、光谱采集模块、调焦机构、图像采集模块以及电源等。其中调焦机构采用微型步进电机驱动,最小步距为l0μm,满足了小范围高精度的调焦需求;(3)设计并实现了光谱仪的软件模块,整体基于Windowsl0平台设计,采用前后端分离的B/S架构,服务器端基于Qt框架开发,对焦算法则采用OpenCV库实现。软件具体功能包括光谱信号采集、激光自动对焦、样品表面可视化、检测记录上传以及光谱数据导出等;(4)在所设计的便携式光谱仪上,实际测试了所设计的对焦系统,证实该系统可以满足设计要求。测试结果表明,系统对焦精度达到15μm左右,平均耗时约为5s,对焦成功率在95%以上。此外,针对光谱仪中存在的焦点偏移现象,也进行了偏移量的实测与修正。
【图文】：

光谱仪,热电致冷,自由选择,光谱分辨率

体积小等特点。它配有５３２ｎｍ、７８５ｎｍ、８３０ｍｎ三种波长的激发光源，逡逑用户可以自由选择不同光源ｗ。它的光谱分辨率达到３０ＴＴ１，检测范围可达１７５－逡逑４０００ＣＨＴ１，，内部采用２０４８像素的热电致冷线阵ＣＣＤ。其实物如图１．邋１所示。逡逑．Ｉ逡逑图１．１邋ｉＲａｍａｎ便携式光谱仪逡逑２逡逑

光谱仪

该公司另一款产品为ＩｎｓｐｅｃｔｏｒｆＯＯ，其功率可达３００ｍＷ，光谱检测范逡逑围１７５－２８７５０ＩＴ１，并且价格适中，真正做到了价格与性能的良好平衡。逡逑Ｉｎｓｐｅｃｔｏｒ３００的实物如图１．邋３所示。逡逑在国内，目前光谱仪技术还处于高校或研宄所用于教学和科研的阶段，很少逡逑有真正成熟的产品。可以说，与国外多年的研制经验相比，拉曼光谱技术在我国逡逑还属于一个正在发展的高新技术。在光谱仪相关组件的生产和光谱仪设备的研发逡逑方面，同方威视、卓立汉光（北京）等公司属于国内比较领先的企业；固体表面逡逑研究所（厦门大学）、光电与仪器系（浙江大学）等高校机构，在这个领域也有逡逑着比较深入的研究［２］。吸取国外优秀研究机构与企业的技术和经验，瞄准国内尚逡逑处于发展中的光谱仪相关领域，不断追赶甚至超越世界先进水平，是我们可以为逡逑３逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH744.1

【参考文献】