RU211810U1 - Устройство спектрального лазерного сканирования материалов - Google Patents
Устройство спектрального лазерного сканирования материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU211810U1 RU211810U1 RU2022105951U RU2022105951U RU211810U1 RU 211810 U1 RU211810 U1 RU 211810U1 RU 2022105951 U RU2022105951 U RU 2022105951U RU 2022105951 U RU2022105951 U RU 2022105951U RU 211810 U1 RU211810 U1 RU 211810U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- materials
- under study
- object under
- laser
- laser scanning
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 230000003595 spectral Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 101700056505 CCD2 Proteins 0.000 claims description 3
- 108060002285 DIXDC1 Proteins 0.000 claims description 3
- 102100013037 RUNX2 Human genes 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 7
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 2
- -1 biology Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 3
- 210000004080 Milk Anatomy 0.000 description 2
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 2
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 2
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 2
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N D-sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 240000005389 Glycyrrhiza glabra Species 0.000 description 1
- 235000006200 Glycyrrhiza glabra Nutrition 0.000 description 1
- 235000017443 Hedysarum boreale Nutrition 0.000 description 1
- 235000007858 Hedysarum occidentale Nutrition 0.000 description 1
- 229920001021 Polysulfide Polymers 0.000 description 1
- 240000006764 Punica granatum Species 0.000 description 1
- 235000014360 Punica granatum Nutrition 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-GDQSFJPYSA-N Sucrose Natural products O([C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](CO)O1)[C@@]1(CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-GDQSFJPYSA-N 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N Sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 235000014121 butter Nutrition 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000001947 glycyrrhiza glabra rhizome/root Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 235000014063 licorice root Nutrition 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 1
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000004007 reversed phase HPLC Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 150000003626 triacylglycerols Chemical group 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к приборам неразрушающего контроля, а именно к устройствам спектрального лазерного сканирования, и может быть использована для анализа органических и неорганических веществ в различных областях: медицине, биологии, материаловедении и др. Разработана простая и удобная в эксплуатации конструкция устройства для спектрального лазерного сканирования материалов, позволяющая одновременно определять концентрацию и состав материалов в зависимости от интенсивности поглощения/угла преломления луча лазера. Устройство выполнено в виде металлического непрозрачного корпуса с крышкой и размещенными в нем источником лазерного излучения, коллиматором, столиком для исследуемого объекта, ПЗС-матрицами, имеющими выход на ЭВМ. При этом источник лазерного излучения состоит из нескольких светодиодных лазеров с разной длиной волны, а столик для исследуемого объекта выполнен с возможностью поворота на 360° посредством шагового электродвигателя. Все элементы связаны последовательно при помощи двух параллельных оптических систем для прозрачных объектов или жидкостей, помещенных кювету, и непрозрачных объектов.
Description
Полезная модель относится к приборам неразрушающего контроля, а именно к устройствам спектрального лазерного сканирования, и может быть использована для анализа органических и неорганических веществ в различных областях: медицине, биологии, материаловедении и др.
Существуют различные оптические способы исследования состава свойств материалов, наиболее распространенными являются спектрофотометрический и рефрактометрический. Суть фотометрического способа состоит в пропускании луча света заданной длины волны через исследуемое вещество. После прохождения луча оценивается ослабление его интенсивности. В данном способе используется луч света от ламп накаливания, светодиодов или других источников. При этом луч направлен на изучаемый объект всегда под одним и тем же углом, как правило, прямым. Данный способ реализован в спектрофотометрах и фотоколориметрах.
При способе рефрактометрии луч света проходит через изучаемое вещество, и по углу преломления луча определяют свойства материала. Спектрофотометрическим и поляриметрическим методам определяют концентрацию веществ.
Известны способы спектрофотометрического определения концентрации лекарственных средств (УФ-спектрофотометрия в анализе комбинированного лекарственного препарата на основе сухого экстракта корня солодки. Омари A.M., Арыстанова Т.А. Фармация Казахстана. 2021. №6. С.35-38); определения солей лития для технических целей (Исследование взаимодействия полисульфидов лития с растворами литиевых солей в сульфолане методом спектрофотометрии. Храмцова Л.А., Карасева Е.В., Колосницын Д.В., Кузьмина Е.В., Колосницын B.C. Вестник Башкирского университета. 2021. Т. 26. №2. С. 378-383); определения качества пищевых продуктов (Определение состава триацилглицеринов в маслах семян граната методами обращенно-фазовой вэжх и спектрофотометрии. Туртыгин А.В., Дейнека В.И., Дейнека Л.А. Журнал аналитической химии. 2013. Т. 68. №6. С. 61).
В рассмотренных выше способах луч проходит через исследуемое вещество под одним определенным углом, на выходе измеряется количество поглощенного/прошедшего света. Данным способом определяют только концентрацию, но не качественный состав вещества. При этом не используют луч от лазерного источника видимого или УФ диапазона.
Известны способы определения концентрации веществ по углу отклонения прошедшего луча. Так, например, определяют качество пищевых продуктов масла и молока (Потапова, П.Ю. Определение качества растительных масел, реализуемых через торговую сеть рефрактометрическим методом / П.Ю. Потапова // Вестник молодежной науки Алтайского государственного аграрного университета. - 2021. - №1. - С. 157-160) и (Каплина, А.В. Рефрактометрический метод в анализе молока / А.В. Каплина // Малые Менделеевские чтения: Материалы межвузовской студенческой научно-практической конференции. К Международному году Периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева, Орел, 19 ноября 2019 года. - Орел: Общество с ограниченной ответственностью Полиграфическая фирма "Картуш", 2020. - С. 56-61), технических жидкостей (Разработка и практические испытания рефрактометрического прибора для контроля противообледенительных жидкостей в авиации / Е.Е. Майоров, Н. Э. Попова, А.В. Дагаев [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2018. - №12. - С. 227-234).
Известны установка Спектрофотометр СФ-2000,предназначенная для измерения спектральных коэффициентов направленного пропускания жидких и твердых прозрачных образцов (https://www.nv-lab.ru>catalog_info) и Рефрактометр ИРФ-454, предназначенный для измерения показателя преломления n и средней дисперсии nf-nc неагрессивных жидких и твердых сред, а также для измерения процентного содержания сухих веществ в растворах по шкале сахарозы с помощью существующих методик, таблиц и справочных устройств (https://www.nv-lab.ru/instr.php?ID=43), которые реализуют данные принципы исследований по отдельности.
Известно устройство рефрактометрического экспресс-анализатора МК "ЛУЧ" для контроля параметров жидких и твердых сред, включающее источник света, измерительную призму, устройство для обработки сигналов и табло, на которое они отражаются, рассеивающий элемент с разным фокусным расстоянием, оптическую систему, прибор с зарядовой связью (ПЗС-линейка), при этом источником света является монохроматический пучок, создаваемый светодиодом (патент РФ 23986).
К недостаткам следует отнести используемый источник света - светодиод. Луч света светодиода не обладает поляризацией, не монохроматичен и поэтому для выделения определенной длины волны необходимо применять светофильтры или дифракционную решетку. Кроме того, луч не параллелен, и для его фокусировки необходимо использовать коллиматоры.
В случае использования лазера мы получаем луч строго заданной длины волны, не требующий фокусировки.
Известен способ измерения нелинейно-оптических свойств веществ и материалов методом z-сканирования при монохроматической лазерной накачке, включающий измерение зависимости коэффициента пропускания плоскопараллельного исследуемого образца при его перемещении вдоль оси z сфокусированного лазерного пучка и по характеру полученной зависимости определение нелинейно-оптических свойств (патент RU 2626060).
К недостаткам данного способа следует отнести то, что проводить измерения возможно только при выполнении определенных условий: образец должен быть плоскопараллельным, а угол падения луча строго соответствовать определенной математической зависимости, формула которой приведена в патенте. Также к недостаткам следует отнести невозможность измерения светорассеяния при разных углах падения.
Известен способ спектрального лазерного сканирования композитных материалов в соответствии с оптической плотностью его матрикса и составных компонентов, который осуществляется в полной темноте и заключается в последовательном облучении композитного материала батареей лазеров с разной частотой излучения и отдельной фиксацией характера дифракции и спектрального резонанса для каждого лазера в соответствии с пространственной структурой рассматриваемого образца, дифракция фиксируется для проходящего и отраженного излучения лазера, далее накладывая фиксированные результаты дифракции и локальный спектральный резонанс, получают первичную картину структуры композитного материала для каждой частоты лазерного излучения, полученные таким образом картины для каждого лазерного облучения обобщают с опорой на всю линейку частотного излучения от 100 нм до 3000 нм и осуществляют корреляцию характера спектрального резонанса в объеме каждого материала с физико-химическими свойствами данного класса композитных материалов (патент RU 2692825).
При всех преимуществах описанного способа: возможность бесконтактного проведения анализа, не требующая специальной подготовки проб, оперативность, а также высокая воспроизводимость результатов к недостаткам следует отнести отсутствие устройства с возможностью одновременного определения концентрации и состава материалов.
Техническая задача, на решение которой направлена данная полезная модель, состоит в создании простой и удобной в эксплуатации конструкции устройства для спектрального лазерного сканирования материалов, позволяющего одновременно определять концентрацию и состав материалов в зависимости от интенсивности поглощения/угла преломления луча лазера.
Поставленная задача решается с помощью предложенной конструкции устройства спектрального лазерного сканирования материалов, выполненного в виде металлического непрозрачного корпуса с крышкой и размещенными в нем источником лазерного излучения, коллиматором, столиком для исследуемого объекта, ПЗС-матрицей. При этом источник лазерного излучения состоит из нескольких светодиодных лазеров с разной длиной волны, а столик для исследуемого объекта выполнен с возможностью поворота на 360° посредством шагового электродвигателя. Все элементы связаны последовательно при помощи двух параллельных оптических систем для прозрачных объектов или жидкостей, помещенных кювету, и непрозрачных объектов, включающих соответственно для первой - неподвижное зеркало, ПЗС1; для второй - поворотное зеркало, неподвижное зеркало и ПЗС2, имеющие выход на ЭВМ.
Новым и существенным в предложенной конструкции является то, что в одном непрозрачном корпусе размещены две оптические системы, позволяющие проводить исследования различных объектов (непрозрачных, прозрачных материалов и жидкостей), а наличие вращающегося столика позволяет получать объективную информацию об исследуемом образце при различных углах падения луча.
Технический результат заключается в создании простой и легкой в инструментальном оформлении, а также удобной в эксплуатации конструкции устройства для спектрального лазерного сканирования материалов, позволяющей одновременно определять концентрацию и состав материалов. Столик для исследуемого объекта, приводимый в движение шаговым электродвигателем, обеспечивает возможность одновременно снимать объект со всех сторон при различных углах падения/прохождения луча, интенсивность поглощения света и угол преломления, а также измерять угол отражения от непрозрачных образцов. Использование лазерных источников с разной длиной волны обеспечивает практически мгновенное сканирование материала во всем световом видимом диапазоне, а электрический сигнал, образующийся при попадании света на ПЗС, для дальнейшей обработки подается на ЭВМ.
Сущность изобретения поясняется функциональной схемой устройства спектрального лазерного сканирования материалов, представленной на фиг. 1, где 1 - корпус с крышкой; 2 - источник лазерного излучения; 3 - коллиматор; 4 - столик для исследуемого объекта; 5 - шаговый электродвигатель; 6 - ПЗС1; 7 - ПЗС2; 8 - неподвижное зеркало 1; 9 - поворотное зеркало; 10 - неподвижное зеркало 2.
Устройство спектрального лазерного сканирования материалов представляет собой корпус с крышкой 1 из непрозрачного материала, в котором размещены все элементы. Расположение прибора в металлическом непрозрачном корпусе позволяет проводить исследования в любом помещении независимо от его освещенности, а для замены и установки образца предусмотрена крышка, которая после замены закрывается. Источник лазерного излучения 2 состоит из несколько светодиодных лазеров с разной длинной волн. Благодаря использованию светодиодных лазеров, осуществляется быстрое включение и отключение лазера с требуемой длиной волны, что обеспечивает практически мгновенное сканирование материала во всем световом видимом диапазоне. Коллиматор 3, состоящий из системы линз и призм, объединяет лучи в один параллельный световой пучок, подаваемый на исследуемый объект посредством оптических систем. Столик для исследуемого объекта 4 приводится в движение шаговым электродвигателем 5. Устройство снабжено двумя оптическими системами для прозрачных объектов или жидкостей, помещенных в кювету, и непрозрачных объектов, включающими ПЗС 6, 7, неподвижные зеркала 8, 10 и поворотное зеркало 9, что значительно расширяет возможности исследований. Обе ПЗС-матрицы имеют выход на ЭВМ.
Практическая эксплуатация предложенной конструкции устройства спектрального лазерного сканирования материалов осуществляется следующим образом.
Исследуемый объект помещается на столике 4, крышка корпуса закрывается, обеспечивая полную светонепроницаемость внутри корпуса.
Источник лазерного излучения с требуемой длиной волны для данного объекта (лазеры могут работать все вместе или по отдельности) направляет лучи в коллиматор 3. И в зависимости от вида исследуемого объект луч направляется одной из оптических систем на исследуемый объект, расположенный на поворотном столике 4, и далее на ПЗС-матрицу, связанную с ЭВМ.
В случае прозрачного объекта или жидкости (помещенной в кювету), луч с помощью первой оптической системы (А) направляется на исследуемый объект. Для этого поворотное зеркало 9 убирают из направления хода луча, который попадает непосредственно на неподвижное зеркало 8 и далее в кварцевую кювету с исследуемой жидкостью или на прозрачный объект, расположенный на вращающемся столике 4, угол поворота которого можно менять, используя шаговый двигатель 5. Луч, проходя через исследуемый объект, преломляется и попадает на ПЗС-матрицу 6, связанную с ЭВМ. При попадании света на ПЗС освещенные участки вырабатывают электрический сигнал, обрабатываемый ЭВМ. По расположению освещенных участков ЭВМ вычисляет угол отражения, а по величине напряжения/тока вычисляет интенсивность прохождения света. Меняя угол наклона твердого объекта исследования или кюветы с жидкостью, строятся характерные кривые зависимости угла падения, угла отражения/преломления и свойств материала.
В случае непрозрачного объекта луч с помощью второй оптической системы (Б) из источника лазерного излучения 2 с требуемой длиной волны направляется на исследуемый объект, через коллиматор 3 на поворотное зеркало 9, откуда на неподвижное зеркало 10, отражается и попадает на исследуемый объект, расположенный на поворотном столике 4. Луч отражается, дифракционирует и попадает на ПЗС-матрицу 7. Электрический сигнал ПЗС 7 обрабатывает ЭВМ, и по расположению освещенных участков вычисляет угол отражения, а по величине напряжения/тока вычисляет освещенность и картину дифракции.
Claims (1)
- Устройство спектрального лазерного сканирования материалов, выполненное в виде металлического непрозрачного корпуса с крышкой с размещенными в нем источником лазерного излучения, коллиматором, столиком для исследуемого объекта, ПЗС-матрицей, отличающееся тем, что источник лазерного излучения состоит из нескольких светодиодных лазеров с разной длиной волны, а столик для исследуемого объекта выполнен с возможностью поворота на 360° посредством шагового электродвигателя, при этом все элементы связаны последовательно при помощи двух параллельных оптических систем для прозрачных объектов или жидкостей, помещенных кювету, и непрозрачных объектов, включающих соответственно для первой - неподвижное зеркало, ПЗС1; для второй - поворотное зеркало, неподвижное зеркало и ПЗС2, имеющие выход на ЭВМ.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU211810U1 true RU211810U1 (ru) | 2022-06-23 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7307705B2 (en) * | 2003-07-18 | 2007-12-11 | Chemimage Corporation | Method and apparatus for compact dispersive imaging spectrometer |
RU2321842C2 (ru) * | 2001-12-11 | 2008-04-10 | Кимберли-Кларк Ворлдвайд, Инк | Способ просмотра и анализа результатов диагностики на основе дифракции |
RU94699U1 (ru) * | 2010-02-17 | 2010-05-27 | Игорь Михайлович Хмаров | Установка для измерения отражательных характеристик материалов |
RU2692825C2 (ru) * | 2017-10-23 | 2019-06-28 | Ирлан Витальевич Шабельников | Способ спектрального лазерного сканирования композитных материалов в соответствии с оптической плотностью его матрикса и составных компонентов |
RU2737362C2 (ru) * | 2016-04-19 | 2020-11-27 | Кэскейд Текнолоджиз Холдингс Лимитед | Система и способ лазерного детектирования |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2321842C2 (ru) * | 2001-12-11 | 2008-04-10 | Кимберли-Кларк Ворлдвайд, Инк | Способ просмотра и анализа результатов диагностики на основе дифракции |
US7307705B2 (en) * | 2003-07-18 | 2007-12-11 | Chemimage Corporation | Method and apparatus for compact dispersive imaging spectrometer |
RU94699U1 (ru) * | 2010-02-17 | 2010-05-27 | Игорь Михайлович Хмаров | Установка для измерения отражательных характеристик материалов |
RU2737362C2 (ru) * | 2016-04-19 | 2020-11-27 | Кэскейд Текнолоджиз Холдингс Лимитед | Система и способ лазерного детектирования |
RU2692825C2 (ru) * | 2017-10-23 | 2019-06-28 | Ирлан Витальевич Шабельников | Способ спектрального лазерного сканирования композитных материалов в соответствии с оптической плотностью его матрикса и составных компонентов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9182282B2 (en) | Multi-analyte optical computing system | |
US8629984B2 (en) | Optical analysis system for dynamic, real-time detection and measurement | |
US7990538B2 (en) | Signal processing for optical computing system | |
CN107748158A (zh) | 一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法 | |
Potin et al. | SHADOWS: a spectro-gonio radiometer for bidirectional reflectance studies of dark meteorites and terrestrial analogs: design, calibrations, and performances on challenging surfaces | |
US4022529A (en) | Feature extraction system for extracting a predetermined feature from a signal | |
WO2008121684A1 (en) | Novel multi-analyte optical computing system | |
CN101990633A (zh) | 用于近临界反射光谱学的方法、装置和套件 | |
US10983045B2 (en) | Spectrometer apparatus for measuring spectra of a liquid sample using an integrating cavity | |
KR20180123023A (ko) | 전혈에서 헤모글로빈 파라미터들을 결하기 위한 분석 시스템 및 방법 | |
US6028667A (en) | Compact and robust spectrograph | |
US20040027659A1 (en) | Sample holder | |
CN106017673A (zh) | 基于mems扫描微镜的双通过光栅单色仪光路结构 | |
CN104807761A (zh) | 一种实现微区光谱测量的光谱仪设计方法 | |
CN110793954A (zh) | 基于中阶梯光栅的便携式拉曼血液鉴别*** | |
RU211810U1 (ru) | Устройство спектрального лазерного сканирования материалов | |
KR20110022099A (ko) | 대기중 산란광 동시 측정 장치 | |
CN212111146U (zh) | 基于中阶梯光栅的便携式拉曼血液鉴别*** | |
WO2005100955A1 (en) | Method and apparatus for determining the absorption of weakly absorbing and/or scattering liquid samples | |
CN101183070A (zh) | 一种棒状分光光度装置 | |
CN104316629A (zh) | 一种液相多通道检测器装置 | |
White et al. | Microsampling for Small Infrared Spectrophotometers | |
Barer et al. | The technique of ultra-violet absorption spectroscopy with the Burch reflecting microscope | |
Wang | Measuring optical absorption coefficient of pure water in UV using the integrating cavity absorption meter | |
Peters et al. | GoSPo: a goniospectropolarimeter to assess reflectance, transmittance, and surface polarization as related to leaf optical properties |