CN111398171A - 一种检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测装置及检测方法，该检测装置包括光源模块、光路模块、信号处理模块和控制模块。控制模块分别与光源模块、光路模块和信号处理模块连接，用于控制和调整光源模块、光路模块和信号处理模块。该检测装置应用于风洞环境实验，在该环境实验中，通过激光来检测待测样品在高温高速气流作用下的氧化烧蚀产物和相变过程，激光测量不会影响待测样品的表面温度，不会对待测样品表面造成额外的损伤，精度高、测量范围大、检测时间短，具有较高的空间分辨率。且该检测装置通过控制模块控制和调整光源模块、光路模块和信号处理模块，使该检测装置在检测的同时能够有效地排除黑体辐射背景的影响以及其它干扰因素，确保测量结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于光谱检测技术领域，尤其涉及一种检测装置及检测方法。
背景技术
在热防护材料的研发中，风洞实验是重要且常见的材料服役性能的测试手段。风洞环境中需要对材料的热防护性能进行在线检测和评价，现有的检测***主要围绕着材料的表面温度、烧蚀率、高温热变形、应变等参数的测量，而对于材料在高温高速气流作用下的氧化烧蚀和相变的测量，利用现有的检测***在线检测时，容易受到黑体辐射等干扰，造成测量结果失真。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种检测装置，包括光源模块、光路模块、信号处理模块和控制模块；所述控制模块与所述光源模块、所述光路模块和所述信号处理模块连接，并用于控制所述光源模块、所述光路模块和所述信号处理模块；其中，
所述光源模块，包括脉冲激光器，所述脉冲激光器用于产生脉冲激光，并将所述脉冲激光发射至所述光路模块；
所述光路模块，用于接收并调整所述脉冲激光以获得能聚焦至待测样品的目标圆形光束，并将被散射的目标圆形光束进行滤光处理，以及将所述被滤光处理的光束发送至所述信号处理模块；
所述信号处理模块，用于接收并处理所述被滤光处理的光束以获得光谱数据，所述信号处理模块将所述光谱数据发送至所述控制模块；
所述控制模块还用于接收并分析所述光谱数据。
在上述装置中，所述光路模块包括衰减组件、扩束整形组件和收集组件；其中，
所述衰减组件，用于接收并调整来自所述脉冲激光器的所述脉冲激光，并将所述被调整的脉冲激光传输至所述扩束整形组件；
所述扩束整形组件，用于接收并扩束所述被调整的脉冲激光以获得所述目标圆形光束，并将所述目标圆形光束传输至所述收集组件；
所述收集组件，用于接收所述目标圆形光束，并将所述目标圆形光束聚焦至所述待测样品，所述收集组件接收来自所述待测样品的所述被散射的目标圆形光束，并对该被散射的目标圆形光束进行滤光处理，以及将所述被滤光处理的光束传输至所述信号处理模块。
在上述装置中，所述衰减组件包括格兰激光棱镜和可旋转的二分之一波片；其中，
所述二分之一波片，用于接收来自所述脉冲激光器的所述脉冲激光，并改变所述脉冲激光的偏振角度，以及将所述被改变的脉冲激光发送至所述格兰激光棱镜；
所述格兰激光棱镜，用于接收所述被改变的脉冲激光，并将所述被改变的脉冲激光分束以获得水平偏振光，以及将所述水平偏振光发送至所述扩束整形组件。
在上述装置中，所述扩束整形组件包括光阑、可移动的第一凹透镜和可移动的第一凸透镜；其中，
所述光阑，用于接收来自所述格兰激光棱镜的所述水平偏振光，并对所述水平偏振光进行滤光以获得第一圆形光束，以及将所述第一圆形光束发送至所述第一凹透镜；
所述第一凹透镜，用于接收并发散所述第一圆形光束以获得第二圆形光束，并将所述第二圆形光束发送至第一凸透镜；
所述第一凸透镜，所述第一凸透镜，用于接收并调整所述第二圆形光束以获得所述目标圆形光束，以及将所述目标圆形光束发送至所述收集组件。
在上述装置中，所述收集组件包括直角棱镜、
聚焦透镜、透镜组、滤光片和光纤耦合镜；其中，
所述直角棱镜，用于接收来自所述第一凸透镜的所述目标圆形光束，并将所述目标圆形光束反射至所述聚焦透镜；
所述聚焦透镜，用于接收所述目标圆形光束，并将所述目标圆形光束聚焦至待测样品，所述聚焦透镜接收被所述待测样品散射的目标圆形光束，并将该被散射的目标圆形光束发送至所述透镜组；
所述透镜组，用于接收和调整所述被散射的目标圆形光束以获得平行光束，以及将该平行光束发送至所述滤光片；
所述滤光片，用于接收该平行光束，并对该平行光束进行滤光处理，保留拉曼散射光，所述滤光片将该拉曼散射光发送至所述光纤耦合镜；
所述光纤耦合镜，用于接收所述拉曼散射光，并聚焦该拉曼散射光至光纤端口，所述光纤耦合镜通过光纤将该拉曼散射光传输至所述信号处理模块。
在上述装置中，所述信号处理模块包括光谱仪和探测器；其中，
所述光谱仪，用于接收和分解来自所述光纤耦合镜的所述拉曼散射光以获得光谱线，所述光纤耦合镜通过光纤连接于所述光谱仪的入光口；
所述探测器，用于探测所述光谱线以获得所述光谱数据，并将所述光谱数据发送至所述控制模块，所述探测器与所述光谱仪的出光口连接。
在上述装置中，所述控制模块包括上位机，所述上位机连接并调整所述脉冲激光器、所述二分之一波片、所述第一凹透镜、所述第一凸透镜、所述光谱仪和所述探测器，以及接收和分析来自所述探测器的所述光谱数据。
在上述装置中，所述控制模块还包括时序控制器，所述时序控制器连接并调整所述脉冲激光器和所述探测器，以使所述脉冲激光器的脉冲时序与所述探测器的快门时序同步。
本发明还提供了一种检测方法，应用于检测装置，该检测装置包括光源模块、光路模块、信号处理模块和控制模块，该控制模块分别与所述光源模块、所述光路模块和所述信号处理模块连接，用于控制和调整所述光源模块、所述光路模块和所述信号处理模块，该方法包括以下步骤：
所述光源模块产生脉冲激光，并将所述脉冲激光发射至所述光路模块；
所述光路模块接收所述脉冲激光，并对所述脉冲激光进行调整以获得目标圆形光束；
所述光路模块聚焦所述目标圆形光束至待测样品；
所述光路模块收集并调整被所述待测样品散射的目标圆形光束以获得平行光束，所述光路模块对所述平行光束进行滤光处理，保留拉曼散射光；
所述光路模块将所述拉曼散射光发送至所述信号处理模块；
所述信号处理模块接收所述拉曼散射光，并对所述拉曼散射光进行处理以获得相应的光谱数据；
所述信号处理模块将所述光谱数据发送至所述控制模块；
所述控制模块接收所述光谱数据，并对所述光谱数据进行分析。
在上述方法中，所述光路模块接收所述脉冲激光，并对所述脉冲激光进行调整以获得目标圆形光束的步骤，还包括：所述光路模块改变所述脉冲激光的偏振角度，并对所述被改变的脉冲激光分束以获得水平偏振光；所述光路模块对所述水平偏振光进行滤光，保留强度均匀的第一圆形光束；所述光路模块对所述被保留的第一圆形光束进行发散、调整以获得所述目标圆形光束。
本发明中的检测装置应用于风洞环境实验，在该环境实验中，通过激光来检测待测样品在高温高速气流作用下的相变过程，激光测量不会影响待测样品的表面温度，不会对待测样品表面造成额外的损伤，精度高、测量范围大、检测时间短，具有较高的空间分辨率。且该检测装置通过控制模块控制和调整光源模块、光路模块和信号处理模块，使该检测装置在检测的同时能够有效地排除黑体辐射背景的影响以及其它干扰因素，确保测量结果的准确性。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例中检测装置的整体结构框图；
图2为本发明实施例中光源模块的结构框图；
图3为本发明实施例中光路模块的结构框图；
图4为本发明实施例中信号处理模块的结构框图；
图5为本发明实施例中控制模块的结构框图；
图6为本发明实施例中检测装置实际使用时的光线路径图；
图7为本发明实施例中检测方法流程图；
图8为本发明实施例中检测方法的进一步流程图；
图9为利用本发明实施例中的检测装置及检测方法获得的待测样品的相变状态图。
具体实施方式
在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种检测装置及检测方法，以解决现有的检测***在线检测待测样品在高温高速气流作用下的氧化烧蚀和相变过程中，容易受到黑体辐射等干扰，造成测量结果失真的问题。
以下结合优选实例及其附图对本发明的一种检测装置及检测方法进行详细说明。
本发明实施例提供了一种检测装置，如图1所示，该检测装置包括光源模块1、光路模块2、信号处理模块3和控制模块4，控制模块4分别与光源模块1、光路模块2和信号处理模块3建立线路连接，以控制和调整光源模块1、光路模块2和信号处理模块3。其中，光源模块1产生脉冲激光，并将脉冲激光发射至光路模块2；光路模块2接收并调整脉冲激光以获得目标圆形光束，以及将目标圆形光束聚焦至待测样品，待测样品将目标圆形光束散射，待测样品散射的光即为散射光，光路模块2收集散射光，并对散射光进行滤光处理，光路模块2将被滤光的散射光发送至信号处理模块3；信号处理模块3接收并处理被滤光的散射光以获得相应的光谱数据，信号处理模块3将光谱数据发送至控制模块4；控制模块4接收并分析光谱数据以获得待测样品的相变信息。
本发明的进一步实施例中，如图2所示，光源模块1包括半导体激光器11和脉冲激光器12。其中，半导体激光器11用于产生种子激光，并将种子激光通过光纤注入脉冲激光器12。脉冲激光器12用于产生脉冲激光，并将脉冲激光发射至光路模块2。
半导体激光器11产生的种子激光是超窄线宽的连续激光，种子激光通过相应的控制线路与脉冲激光器12同步工作。种子激光与脉冲激光器12同步工作的效果是，当种子激光注入脉冲激光器12后，脉冲激光器12输出的脉冲激光的单色性会大幅提高，能量也更加稳定。若种子激光与脉冲激光器12工作不同步，则种子激光在脉冲激光器12输出脉冲激光的过程中不起作用，导致脉冲激光器12输出的脉冲激光质量较差。
在本实施例中，半导体激光器11优选是窄线宽分布式反馈激光器，其输出波长为1064nm的种子激光；脉冲激光器12优选钇铝石榴石晶体激光器，在种子激光注入时产生线宽为0.003cm-1，波长为1064nm的纳秒脉冲激光，经由钇铝石榴石晶体激光器内部的倍频晶体转换成波长为532nm的窄线宽纳秒脉冲激光。
本发明的进一步实施例中，如图3所示，光路模块2包括衰减组件21、扩束整形组件22和收集组件23。其中，衰减组件21接收来自脉冲激光器12的脉冲激光，并对脉冲激光进行能量调整，衰减组件21将被调整的脉冲激光传输至扩束整形组件22；扩束整形组件22接收并扩束被调整的脉冲激光，以获得目标圆形光束，扩束整形组件22将目标圆形光束传输至收集组件23；收集组件23接收目标圆形光束，并将目标圆形光束聚焦至待测样品，待测样品将目标圆形光束散射，收集组件23收集散射光，并对散射光进行滤光处理，收集组件23将被滤光的散射光传输至信号处理模块3。在实际使用时，用户可根据实验环境条件，可以通过调整扩束整形组件22和收集组件23，实现光路模块2在0.5m至3m范围内的激光聚焦以及实现光路模块2在1mm至10mm范围内的空间分辨率。
需要说明的是，利用本发明实施例的检测装置对待测样品进行检测时，有效探测到的待测样品的尺寸范围即为该检测装置的空间分辨率，空间分辨率代表检测装置对待测样品不同区域的分辨能力。
进一步地，衰减组件21包括格兰激光棱镜212和可旋转的二分之一波片211。其中，二分之一波片211接收来自脉冲激光器12的脉冲激光，并改变脉冲激光的偏振角度，二分之一波片211将被改变的脉冲激光发送至格兰激光棱镜212；格兰激光棱镜212接收被改变的脉冲激光，并将被改变的脉冲激光分束以获得水平偏振光；格兰激光棱镜212将水平偏振光发送至扩束整形组件22。
在一个实施例中，格兰激光棱镜212作为一个检偏器，能够将被改变的脉冲激光分束成可透射的水平偏振光(e光)和可反射的垂直偏振光。二分之一波片211改变脉冲激光的偏振角度就是调整脉冲激光中的水平偏振光的比例，从而控制经过格兰激光棱镜212的透射光的能量，也即是透过格兰激光棱镜212的水平偏振光的能量。
在本实施例中，二分之一波片211安装在电动旋转架上，格兰激光棱镜212安装在固定镜架上，控制模块4控制电动旋转架转动以调整二分之一波片211相对于脉冲激光器12的角度，以及相对于格兰激光棱镜212的角度，从而调整脉冲激光中的水平偏振光的比例，实现透过格兰激光棱镜212的水平偏振光的能量的连续可调。
进一步地，扩束整形组件22包括光阑221、可移动的第一凹透镜222和可移动的第一凸透镜223。其中，光阑221接收来自格兰激光棱镜212的水平偏振光，并对水平偏振光进行滤光以获得第一圆形光束，光阑221将第一圆形光束发送至第一凹透镜222；第一凹透镜222接收并发散第一圆形光束以获得第二圆形光束，并将第二圆形光束发送至第一凸透镜223；第一凸透镜223接收并调整第二圆形光束以获得目标圆形光束，第一凸透镜223将目标圆形光束发送至收集组件23。
在一个实施例中，光阑221是指在光学***中对光束起着限制作用的实体，可以是透镜的边缘、框架或特别设置的带孔屏。光阑221对水平偏振光进行滤光，滤除脉冲激光器12和衰减组件21产生的杂散光，同时滤除激光束边缘能量较弱的部分，以获得边缘清晰、强度均匀的第一圆形光束。
在本实施例中，第一凹透镜222优选为平凹透镜，光阑221安装在固定支架上，第一凹透镜222和第一凸透镜223安装在电动平移台上，控制模块4控制电动平移台，经由电动平移台调整第一凹透镜222和第一凸透镜223之间的相对距离，可改变目标圆形光束的发散角度，继而改变聚焦至待测样品上的激光光斑尺寸，从而实现对该检测装置空间分辨率的调节。
进一步地，收集组件23包括直角棱镜231、聚焦透镜232、透镜组233、滤光片234和光纤耦合镜235。其中，直角棱镜231接收来自第一凸透镜223的目标圆形光束，并将目标圆形光束反射至聚焦透镜232；聚焦透镜232接收目标圆形光束，并将目标圆形光束聚焦至待测样品，待测样品将目标圆形光束散射，聚焦透镜232收集散射光，并将散射光发送至透镜组233；透镜组233接收和调整散射光以获得平行光束，透镜组233将平行光束发送至滤光片234；滤光片234接收平行光束，并对平行光束进行滤光处理，保留拉曼散射光，滤光片234将拉曼散射光发送至光纤耦合镜235；光纤耦合镜235接收拉曼散射光，并聚焦拉曼散射光至光纤端口，光纤耦合镜235通过光纤将拉曼散射光传输至信号处理模块3。
在一个实施例中，直角棱镜231、聚焦透镜232、透镜组233、滤光片234和光纤耦合镜235固定安装在笼式光路中，即直角棱镜231、聚焦透镜232、透镜组233、滤光片234和光纤耦合镜235同轴布置。直角棱镜231布置在聚焦透镜232和透镜组233之间，且直角棱镜231的尺寸远小于聚焦透镜232和透镜组233的尺寸，不会影响散射光在聚焦透镜232和透镜组233之间的传输。目标圆形光束经直角棱镜231反射后，通过聚焦透镜232照射到待测样品上，待测样品将目标圆形光束散射，散射光包括瑞利散射光和拉曼散射光，聚焦透镜232重新收集散射光，收集到的散射光经透镜组233调整为平行光束，滤光片234对平行光束进行滤光处理，滤除瑞利散射光，保留拉曼散射光。
在本实施例中，聚焦透镜232既作为待测样品入射激光的聚焦镜，又作为散射光的收集镜，构成背散射光路。聚焦透镜232优选焦距500mm或1000mm，直径为2英寸的透镜；滤光片234优选长波通滤光片234，专用于波长为532nm的激光。透镜组233包括第二凸透镜和第二凹透镜，散射光经聚焦透镜232收集后转换成***行光束，第二凸透镜将***行光束聚焦，再由第二凹透镜转为平行光。光纤耦合镜235优选为第三凸透镜，该平行光的准直度和直径与滤光片234的工作参数匹配。
本发明的进一步实施例中，如图4所示，信号处理模块3包括光谱仪31和探测器32。其中，光谱仪31的入光口通过光纤连接光纤耦合镜235，用于接收和分解来自光纤耦合镜235的拉曼散射光以获得光谱线；探测器32与光谱仪31的出光口连接，用于探测光谱线以获得光谱数据，并将光谱数据发送至控制模块4。
在一个实施例中，光谱仪31能够将成分复杂的激光根据不同的波长分解成光谱线，探测器32根据不同波长的激光的强度，将光谱线转变成光谱数据。在本实施例中，探测器32优选是时间分辨像增强相机(ICCD)。
本发明的进一步实施例中，如图5所示，控制模块4包括上位机41，上位机41连接并调整脉冲激光器12、二分之一波片211、第一凹透镜222、第一凸透镜223、光谱仪31和探测器32，以及接收和分析来自探测器32的光谱数据以获得待测样品的相变信息。
在一个实施例中，通过上位机41可以调整脉冲激光器12、光谱仪31和探测器32的设置参数，控制电动旋转架的旋转角度，以及调整电动平移台的位置，也即是通过上位机41可以控制二分之一波片211的旋转角度，以及调整第一凹透镜222和第一凸透镜223之间的相对距离。在本实施例中，上位机41优选是计算机(PC)，计算机接收来自探测器32的光谱数据并进行分析，以获得待测样品的相变信息。
进一步地，控制模块4还包括时序控制器42，时序控制器42连接并调整脉冲激光器12和探测器32，以使脉冲激光器12的脉冲时序与探测器32的快门时序同步。
在一个实施例中，为了使探测器32能够准确捕捉到激光，并且在没有激光的空白时间内不进行信号采集，就需要时序控制器42来将二者的工作时序进行同步。时序控制器42会分别向脉冲激光器12和探测器32发出信号指示，脉冲激光器12和探测器32在同时接收到信号指示后会有不同的响应时间，脉冲激光器12产生的脉冲激光需经过一段时间转换成光谱线并传送至探测器32，为使探测器32的快门时间能准确覆盖脉冲激光的纳秒宽度，需要调整探测器32打开快门前的延时时间，经过适当调整后可保证光谱线到达探测器32的同时探测器32开始采集，没有光谱线的时候探测器32快门关闭。当待测样品的温度在约800摄氏度以上时，待测样品产生的热辐射强度足以对光谱探测产生很大干扰，而使用时序控制，就能够实现只在有光谱线时进行探测，在没有光谱线的大量空白时间内不探测，避免探测器32采集到过多的热辐射干扰信号。
在本实施例中，时序控制器42优选为数字延时信号发生器(DDG)，控制探测器32的快门时序以一定的延时与脉冲激光器12的脉冲时序同步，将光谱线采集的快门时间限制在脉冲激光宽度的纳秒量级。通过限制光谱线采集的快门时间，能有效去除待测样品在高温状态下产生的黑体辐射信号对光谱分析的影响，使获得的待测样品的信息更加准确可靠，并能实现待测样品在不同温度下的成分结构变化的连续测量。
图6为本发明实施例中检测装置实际使用时的光线路径图。二分之一波片211接收来自光源模块1的脉冲激光，并改变脉冲激光的偏振角度，之后将被改变的脉冲激光发送至格兰激光棱镜212。格兰激光棱镜212接收被改变的脉冲激光，并将被改变的脉冲激光分束以获得水平偏振光，格兰激光棱镜212将水平偏振光发送至光阑221。光阑221接收水平偏振光后，对其进行滤光以获得第一圆形光束，并将第一圆形光束发送至第一凹透镜222。第一凹透镜222接收并发散第一圆形光束以获得第二圆形光束，并将第二圆形光束发送至第一凸透镜223。第一凸透镜223接收并调整第二圆形光束以获得目标圆形光束，并将目标圆形光束发送至直角棱镜231。直角棱镜231接收来自第一凸透镜223的目标圆形光束，并将目标圆形光束反射至聚焦透镜232。聚焦透镜232接收目标圆形光束，并将目标圆形光束聚焦至待测样品5，待测样品5将目标圆形光束散射，聚焦透镜232收集散射光，并将散射光发送至透镜组233。透镜组233接收和调整散射光以获得平行光束，透镜组233将平行光束发送至滤光片234。滤光片234接收平行光束，并对平行光束进行滤光处理，保留拉曼散射光，滤光片234将拉曼散射光发送至光纤耦合镜235。光纤耦合镜235接收拉曼散射光，并聚焦拉曼散射光至光纤端口，光纤耦合镜235通过光纤将拉曼散射光传输至信号处理模块3。信号处理模块3接收并处理拉曼散射光以获得光谱数据，并将光谱数据发送至控制模块4。
综上所述，上述检测装置通过激光来检测待测样品在高温高速气流作用下的相变过程，激光测量不会影响待测样品的表面温度，不会对待测样品表面造成额外的损伤，精度高、测量范围大、检测时间短，具有较高的空间分辨率。且该检测装置通过控制模块控制和调整光源模块、光路模块和信号处理模块，使该检测装置在检测的同时能够有效地排除黑体辐射背景的影响以及其它干扰因素，确保测量结果的准确性。上述检测装置采用背散射式光路对激光信号进行收集，仅需所用风洞实验舱的一侧提供可观测到样品测量点的实验窗口即可。
上述检测装置能有效地抑制各种因素的干扰，不仅可以应用在风洞等实验环境中，实现高温高速气流冲击下的待测样品的相变过程的在线检测，还可以用于工业等生产过程中高低温极端环境下光谱的在线检测，如陶瓷煅烧加工过程、冶金冶炼过程等，对生产过程中物料的物相和温度可以进行实时检测。
根据本发明实施例，提供了一种检测方法，应用于上述检测装置，如图7所示，该检测方法包括以下步骤：
S100、光源模块产生脉冲激光，并将脉冲激光发射至光路模块；
S110、光路模块接收脉冲激光，并对脉冲激光进行调整以获得目标圆形光束；
S120、光路模块聚焦目标圆形光束至待测样品；
S130、光路模块收集并调整被待测样品散射的目标圆形光束以获得平行光束，光路模块对平行光束进行滤光处理，保留拉曼散射光，光路模块将拉曼散射光发送至信号处理模块；
S140、信号处理模块接收拉曼散射光，并对拉曼散射光进行处理以获得相应的光谱数据，信号处理模块将光谱数据发送至控制模块；
S150、控制模块接收光谱数据，并对光谱数据进行分析以获得待测样品的相变信息。
在本发明的进一步实施例中，如图8所述，步骤S110还包括：
S111、光路模块改变脉冲激光的偏振角度，并对被改变的脉冲激光分束以获得水平偏振光；
S112、光路模块对水平偏振光进行滤光，保留强度均匀的第一圆形光束；
S113、光路模块对被保留的第一圆形光束进行发散以获得第二圆形光束；
S114、光路模块调整第二圆形光束以获得目标圆形光束。
如图9所示为利用上述检测装置及检测方法获得的待测样品在不同温度下的相变状态图，试验环境是集束射流燃烧风洞，待测样品选用氧化锆(ZrO2)，横坐标表示波数(波长的倒数)，纵坐标表示拉曼散射光在光谱仪中的计数强度。
曲线1表示氧化锆在室温下的晶体结构状态，以单斜相晶体结构形式存在，可以测到对应的178、190、304、334、349、382、474、502、559、616、640波数位置的谱峰。
曲线2表示氧化锆在800℃下的晶体结构状态，氧化锆温度从室温上升至800℃的过程中，谱峰宽度增大，谱峰频移约15波数，在此过程中没有相变发生。
曲线3表示氧化锆在1100℃下的晶体结构状态，曲线4表示氧化锆在1500℃下的晶体结构状态，氧化锆温度从800℃上升至1500℃的过程中，当温度在1000～1200℃附近时氧化锆开始发生相变，单斜相的谱峰强度逐渐降低乃至消失，新的谱峰出现，此过程表示氧化锆从单斜相晶体结构向四方相晶体结构发生相变。
曲线5表示氧化锆在1800℃下的晶体结构状态，曲线6表示氧化锆在2100℃下的晶体结构状态，氧化锆温度从1500℃上升至2100℃的过程中，当温度升高至2000℃以上时，四方相对应的谱峰逐渐消失、展宽、合并等，最终形成由两个分别位于100～400波数和500～700波数的宽泛的谱峰，此过程表示氧化锆从四方相晶体结构向立方相晶体结构发生相变。
曲线7表示氧化锆在2450℃时，利用上述检测装置和检测方法仍可测量到的光谱。
上面结合附图对本实施例作了详细说明，但是本不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种检测装置，包括光源模块、光路模块、信号处理模块和控制模块；所述控制模块与所述光源模块、所述光路模块和所述信号处理模块连接，并用于控制所述光源模块、所述光路模块和所述信号处理模块；其中，
所述光源模块，包括脉冲激光器，所述脉冲激光器用于产生脉冲激光，并将所述脉冲激光发射至所述光路模块；
所述光路模块，用于接收并调整所述脉冲激光以获得能聚焦至待测样品的目标圆形光束，并将被散射的目标圆形光束进行滤光处理，以及将所述被滤光处理的光束发送至所述信号处理模块；
所述信号处理模块，用于接收并处理所述被滤光处理的光束以获得光谱数据，所述信号处理模块将所述光谱数据发送至所述控制模块；
所述控制模块还用于接收并分析所述光谱数据。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光路模块包括衰减组件、扩束整形组件和收集组件；其中，
所述衰减组件，用于接收并调整来自所述脉冲激光器的所述脉冲激光，并将所述被调整的脉冲激光传输至所述扩束整形组件；
所述扩束整形组件，用于接收并扩束所述被调整的脉冲激光以获得所述目标圆形光束，并将所述目标圆形光束传输至所述收集组件；
所述收集组件，用于接收所述目标圆形光束，并将所述目标圆形光束聚焦至所述待测样品，所述收集组件接收来自所述待测样品的所述被散射的目标圆形光束，并对该被散射的目标圆形光束进行滤光处理，以及将所述被滤光处理的光束传输至所述信号处理模块。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述衰减组件包括格兰激光棱镜和可旋转的二分之一波片；其中，
所述二分之一波片，用于接收来自所述脉冲激光器的所述脉冲激光，并改变所述脉冲激光的偏振角度，以及将所述被改变的脉冲激光发送至所述格兰激光棱镜；
所述格兰激光棱镜，用于接收所述被改变的脉冲激光，并将所述被改变的脉冲激光分束以获得水平偏振光，以及将所述水平偏振光发送至所述扩束整形组件。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述扩束整形组件包括光阑、可移动的第一凹透镜和可移动的第一凸透镜；其中，
所述光阑，用于接收来自所述格兰激光棱镜的所述水平偏振光，并对所述水平偏振光进行滤光以获得第一圆形光束，以及将所述第一圆形光束发送至所述第一凹透镜；
所述第一凹透镜，用于接收并发散所述第一圆形光束以获得第二圆形光束，并将所述第二圆形光束发送至第一凸透镜；
所述第一凸透镜，用于接收并调整所述第二圆形光束以获得所述目标圆形光束，以及将所述目标圆形光束发送至所述收集组件。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述收集组件包括直角棱镜、聚焦透镜、透镜组、滤光片和光纤耦合镜；其中，
所述直角棱镜，用于接收来自所述第一凸透镜的所述目标圆形光束，并将所述目标圆形光束反射至所述聚焦透镜；
所述聚焦透镜，用于接收所述目标圆形光束，并将所述目标圆形光束聚焦至待测样品，所述聚焦透镜接收被所述待测样品散射的目标圆形光束，并将该被散射的目标圆形光束发送至所述透镜组；
所述透镜组，用于接收和调整所述被散射的目标圆形光束以获得平行光束，以及将该平行光束发送至所述滤光片；
所述滤光片，用于接收该平行光束，并对该平行光束进行滤光处理，保留拉曼散射光，所述滤光片将该拉曼散射光发送至所述光纤耦合镜；
所述光纤耦合镜，用于接收所述拉曼散射光，并聚焦该拉曼散射光至光纤端口，所述光纤耦合镜通过光纤将该拉曼散射光传输至所述信号处理模块。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块包括光谱仪和探测器；其中，
所述光谱仪，用于接收和分解来自所述光纤耦合镜的所述拉曼散射光以获得光谱线，所述光纤耦合镜通过光纤连接于所述光谱仪的入光口；
所述探测器，用于探测所述光谱线以获得所述光谱数据，并将所述光谱数据发送至所述控制模块，所述探测器与所述光谱仪的出光口连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括上位机，所述上位机连接并调整所述脉冲激光器、所述二分之一波片、所述第一凹透镜、所述第一凸透镜、所述光谱仪和所述探测器，以及接收和分析来自所述探测器的所述光谱数据。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制模块还包括时序控制器，所述时序控制器连接并调整所述脉冲激光器和所述探测器，以使所述脉冲激光器的脉冲时序与所述探测器的快门时序同步。
9.一种检测方法，应用于检测装置，该检测装置包括光源模块、光路模块、信号处理模块和控制模块，该控制模块分别与所述光源模块、所述光路模块和所述信号处理模块连接，用于控制和调整所述光源模块、所述光路模块和所述信号处理模块，该方法包括以下步骤：
所述光源模块产生脉冲激光，并将所述脉冲激光发射至所述光路模块；
所述光路模块接收所述脉冲激光，并对所述脉冲激光进行调整以获得目标圆形光束；
所述光路模块聚焦所述目标圆形光束至待测样品；
所述光路模块收集并调整被所述待测样品散射的目标圆形光束以获得平行光束，所述光路模块对所述平行光束进行滤光处理，保留拉曼散射光；
所述光路模块将所述拉曼散射光发送至所述信号处理模块；
所述信号处理模块接收所述拉曼散射光，并对所述拉曼散射光进行处理以获得相应的光谱数据；
所述信号处理模块将所述光谱数据发送至所述控制模块；
所述控制模块接收所述光谱数据，并对所述光谱数据进行分析。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光路模块接收所述脉冲激光，并对所述脉冲激光进行调整以获得目标圆形光束的步骤，还包括：所述光路模块改变所述脉冲激光的偏振角度，并对所述被改变的脉冲激光分束以获得水平偏振光；所述光路模块对所述水平偏振光进行滤光，保留强度均匀的第一圆形光束；所述光路模块对所述被保留的第一圆形光束进行发散、调整以获得所述目标圆形光束。
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