可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，包括：光傳輸裝置，包括光輸入端和多個光輸出端；多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置，該裝置包括：依次相連的單色儀、光探測器、放大器和計數(shù)器，其中，每個單色儀的入口與光傳輸裝置的一個光輸出端對應相連，計數(shù)器用于對電脈沖信號進行時間分辨的脈沖計數(shù)；以及控制器，分別與多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置的單色儀和計數(shù)器相連，用于調(diào)節(jié)單色儀的測量波長，以及對計數(shù)器的輸出結(jié)果進行記錄和分析。本發(fā)明的實施例能夠同時測量多條譜線，光譜檢測的靈敏度高且具有很好的時間分辨能力，且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可很好的應用于伴有發(fā)光的快速物理過程的探測和診斷。
【專利說明】可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜檢測分析【技術領域】，特別涉及一種可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]發(fā)射光譜診斷是低溫等離子體診斷中最基本的診斷方法。大氣壓納秒脈沖等離子體被廣泛用于氣體放電機制的研究。納秒脈沖放電時電極容易受放電影響而發(fā)生變化，這種變化又會反過來影響等離子體，使等離子體放電不能很好地重復。并且，這種等離子體狀態(tài)在一個脈沖周期內(nèi)隨時間變化很快且發(fā)光強度較弱。因此，對大氣壓納秒脈沖等離子體的發(fā)射光譜診斷需要測量系統(tǒng)滿足以下條件:能夠同時測量多條譜線以排除不同放電時等離子體狀態(tài)不重復對結(jié)果的影響，需要有納秒量級的時間分辨能力，以及需要有很好的靈敏度。
[0003]目前能夠?qū)崿F(xiàn)納秒量級時間分辨的發(fā)射光譜測量方法有兩種。一種是光電倍增管作為探測器安裝在單色儀上收集特定波長的發(fā)光，將光信號轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，之后由脈沖計數(shù)系統(tǒng)得到光強，納秒量級門寬的計數(shù)器即可實現(xiàn)納秒量級時間分辨。另一種是增強型高速相機作為探測器安裝在單色儀上收集發(fā)光，增強型高速相機本身可實現(xiàn)光強測量，其本身配置有納秒量級的時間分辨測量系統(tǒng)。
[0004]第一種測量方法的優(yōu)點在于光電倍增管的靈敏度很好，可以很好地探測大氣壓納秒脈沖放電中較弱的發(fā)射光譜。但由于光電倍增管探測器是一種零維探測器，導致這種系統(tǒng)每次只能測量特定波長的一條譜線的強度，需要針對多次放電依次測量所有譜線完成所需多譜線發(fā)射光譜測量?？紤]到等離子體狀態(tài)受電極變化的影響發(fā)生變化，這些非同時測量得到的數(shù)據(jù)并不可靠。
[0005]第二種測量方法在同時測量譜線的范圍上比第一種系統(tǒng)有優(yōu)勢，由于增強型高速相機上的CCD探測器是一個二維探測器件，這種系統(tǒng)可以同時測量幾十納米范圍的發(fā)射光譜。但是，在一般的納秒脈沖放電中，發(fā)射光譜譜線范圍從紫外到紅外覆蓋范圍很廣，這種系統(tǒng)依然無法實現(xiàn)任意指定的多條譜線的測量。另外，增強型高速相機的靈敏度也遠小于光電倍增管，無法有效地測量大氣壓納秒脈沖放電中較弱的發(fā)射光譜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在至少解決上述技術問題之一。
[0007]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠同時測量多條譜線，光譜檢測的靈敏度高且具有很好的時間分辨能力，且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可很好的應用于伴有發(fā)光的快速物理過程的探測和診斷。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提出了一種可同時測量多條線譜的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，包括:光傳輸裝置，所述光傳輸裝置包括光輸入端和多個光輸出端；多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置，所述時間分辨發(fā)射光譜測量裝置包括:依次相連的單色儀、光探測器、放大器和計數(shù)器，其中，每個單色儀的入口與所述光傳輸裝置的一個光輸出端對應相連，所述計數(shù)器用于對電脈沖信號進行時間分辨的脈沖計數(shù)；以及控制器，所述控制器分別與所述多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置的單色儀和計數(shù)器相連，用于調(diào)節(jié)所述單色儀的測量波長，以及對所述計數(shù)器的輸出結(jié)果進行記錄和分析。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實施例的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，使用了光傳輸裝置，并通過控制器調(diào)節(jié)單色儀的測量波長，從而能夠同時測量多條線譜且可選擇的譜線范圍較大，另外，光譜測量的靈敏度高且具有很好的時間分辨能力，同時，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可很好的應用于伴有發(fā)光的快速物理過程的探測和診斷。
[0010]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術特征:
[0011 ] 在本發(fā)明的實施例中，所述光探測器為光電倍增管。
[0012]在本發(fā)明的實施例中，所述計數(shù)器為光子計數(shù)器。
[0013]在本發(fā)明的實施例中，所述光子計數(shù)器為使用納秒量級門寬的光子計數(shù)器。
[0014]在本發(fā)明的實施例中，所述光傳輸裝置為光纖，所述光纖被構(gòu)造為一端為一束光纖而另一端分為多束光纖的光纖。
[0015]在本發(fā)明的實施例中，所述光纖的一端正對被測光源。
[0016]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]本發(fā)明的上述和附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0018]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0020]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0021]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0022]以下結(jié)合附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)。
[0023]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)100 (圖中未標出)，包括:光傳輸裝置110、多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置120和控制器130。
[0024]具體而言，如圖1所不，光傳輸裝置110包括光輸入端和多個光輸出端。在本發(fā)明的一個實施例中，優(yōu)選地，光傳輸裝置110為光纖，且該光纖被構(gòu)造為一端為一束光纖而另一端分為多束光纖的光纖。換言之，即該光纖的一束光纖端作為光輸入端，多束光纖端作為光輸出端。結(jié)合圖1所不，在本發(fā)明的另一個實施例中，光纖的一端正對被測光源，即該光纖的光輸入端正對被測光源，同時，該光纖的多個光輸出端分別與多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置120相連。作為具體的示例，當被測光源向光傳輸裝置110輸入光線時，光線從光傳輸裝置110的光輸入端進入，光傳輸裝置110將該被測光平均分為多束光線，并分別通過多個光輸出端輸出。
[0025]時間分辨發(fā)射光譜測量裝置120包括:依次相連的單色儀121、光探測器122、放大器123和計數(shù)器124，其中，每個單色儀121的入口與光傳輸裝置110的一個光輸出端對應相連，計數(shù)器124用于對電脈沖信號進行時間分辨的脈沖計數(shù)。其中，在本發(fā)明的一個實施例中，優(yōu)選地，光探測器122為光電倍增管，光電倍增管在光譜檢測時具有很高的靈敏度。計數(shù)器124優(yōu)選地為光子計數(shù)器，且該光子計數(shù)器為使用納秒量級門寬的光子計數(shù)器，可實現(xiàn)納秒量級時間分辨的發(fā)射光譜診斷，具有很好的時間響應。
[0026]具體而言，上述的單色儀121用于對從光輸出端輸出的光線進行色散選光等處理。光電倍增管122用于將光信號轉(zhuǎn)化為電脈沖信號。放大器123用于對電脈沖信號進行放大。計數(shù)器124用于對放大后的電脈沖信號進行時間分辨的脈沖計數(shù)，并進一步將計數(shù)結(jié)果傳輸至控制器130以保存和分析。
[0027]控制器130分別與多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置120的單色儀121和計數(shù)器124相連，用于調(diào)節(jié)單色儀121的測量波長，以及對計數(shù)器124的輸出結(jié)果進行分析。具體而言，控制器130可設置多臺單色儀121的測量波長至其各自所需要的波長，則多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置120可同時并行工作，實現(xiàn)了多條譜線強度的同時測量。另外，控制器130對從計數(shù)器124傳輸?shù)挠嫈?shù)結(jié)果進行保存和分析。
[0028]作為一個具體的示例，上述的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)100的工作原理如下:
[0029]具體而言，當該系統(tǒng)工作時，被測光源輸入光線至光傳輸裝置110的光輸入端，光傳輸裝置110將被測光平均分為多束光線，并分別通過多個光輸出端傳輸至多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置120的單色儀121，單色儀121對接收的光線進行色散選光后傳輸至光電倍增管(即光探測器122)，光電倍增管將接收的光信號轉(zhuǎn)化為電脈沖信號后發(fā)送至放大器123，放大器123對該電脈沖信號進行放大處理后傳輸至使用納秒量級門寬的光子計數(shù)器(即計數(shù)器124)，該光子計數(shù)器對放大后的電脈沖信號進行時間分辨的脈沖計數(shù)，并將計數(shù)結(jié)果傳輸至控制器130，控制器130對計數(shù)結(jié)果進行保存和分析。其中，在上述過程中，多個單色儀121的測量波長由控制器130設置，換言之，即控制器130設置每臺單色儀121的測量波長至其所需要的波長，從而使多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置120同時并行工作，以實現(xiàn)多條譜線強度的同時測量，且測量的靈敏度很高，同時，具有納秒量級的時間分辨能力，即具有很好的時間響應。
[0030]根據(jù)本發(fā)明實施例的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，使用了光傳輸裝置，并通過控制器調(diào)節(jié)單色儀的測量波長，從而能夠同時測量多條線譜且可選擇的譜線范圍較大，另外，使用光電倍增管及納秒量級門寬的光子計數(shù)器使光譜測量的靈敏度高且具有很好的時間分辨能力，同時，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可很好的應用于伴有發(fā)光的快速物理過程的探測和診斷。
[0031]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0032]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 光傳輸裝置，所述光傳輸裝置包括光輸入端和多個光輸出端； 多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置，所述時間分辨發(fā)射光譜測量裝置包括:依次相連的單色儀、光探測器、放大器和計數(shù)器，其中，每個單色儀的入口與所述光傳輸裝置的一個光輸出端對應相連，所述計數(shù)器用于對電脈沖信號進行時間分辨的脈沖計數(shù)；以及 控制器，所述控制器分別與所述多個時間分辨發(fā)射光譜測量裝置的單色儀和計數(shù)器相連，用于調(diào)節(jié)所述單色儀的測量波長，以及對所述計數(shù)器的輸出結(jié)果進行記錄和分析。
2.如權利要求1所述的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光探測器為光電倍增管。
3.如權利要求1所述的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述計數(shù)器為光子計數(shù)器。
4.如權利要求3所述的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光子計數(shù)器為使用納秒量級門寬的光子計數(shù)器。
5.如權利要求1所述的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光傳輸裝置為光纖，所述光纖被構(gòu)造為一端為一束光纖而另一端分為多束光纖的光纖。
6.如權利要求5所述的可同時測量多條譜線的時間分辨發(fā)射光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖的一端正對被測光源。
【文檔編號】G01J3/36GK103453992SQ201310421583
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權日:2013年9月16日
【發(fā)明者】王振斌, 蒲以康 申請人:清華大學