本發(fā)明屬于光譜儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于光譜儀器的二級和高級衍射光譜的消除方法。

背景技術(shù)：

光譜儀器是利用光的色散原理、衍射原理對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分進行觀測、分析和處理的設(shè)備。廣泛應(yīng)用于科技農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)流程的監(jiān)控、生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)的研究以及科學(xué)實驗、航空航天、軍事科技等領(lǐng)域。尤其是基于光柵色散原理的光譜儀器的應(yīng)用最為廣泛。但是光柵型光譜儀器必然存在著二級和高級衍射光譜，與一級光譜重疊使探測器無法區(qū)分，因此必須濾除二級和高級衍射光譜。目前濾除二級和高級衍射光譜最為常用的方法是使用濾光片，但是分區(qū)鍍膜濾光片在測量連續(xù)光譜的時候會吸收峰，引起誤判。而用線性漸變?yōu)V光片成本太高，往往會占一臺光譜儀成本的一半左右。更有甚至有些光譜儀器廠家不進行消除二級和高級衍射光譜處理，引起測量錯誤。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的光譜儀器中消除二級和高級衍射光譜時出現(xiàn)的錯誤、成本高的問題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于光譜儀器的二級和高級衍射光譜的消除方法，該方法通過普通濾光片、數(shù)值修正和下位機燒寫修正數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法進行消除二級和高級衍射光譜，實現(xiàn)光譜的正確測量、低成本的目的。

一種應(yīng)用于光譜儀器的二級和高級衍射光譜的消除方法，包括如下步驟：

(1)利用光譜儀器測得鎢燈光源的光譜s0；

(2)根據(jù)探測器尺寸設(shè)計濾光片尺寸，并根據(jù)光譜儀器的測試光譜范圍對該濾光片進行分區(qū)鍍膜；

(3)將分區(qū)鍍膜后的濾光片貼在探測器表面，并測出不同積分時間下鎢燈光源的光譜si；

(4)對光譜si的凹陷處進行補償，將光譜si與光譜s0進行對比，獲得修正數(shù)據(jù)；

(5)將修正數(shù)據(jù)燒入光譜儀器下位機eeprom；

(6)利用分區(qū)鍍膜的濾光片和含有修正數(shù)據(jù)的光譜儀器對任意光源進行測試，獲得消除了二級和高級衍射的任意光源的光譜。

所述的光譜儀器為光纖光譜儀、光柵光譜儀等光柵色散性光譜儀器，目的是消除光譜儀器中的二級和高級衍射光譜。所述探測器既可以是線陣的探測器，也可以是面陣的探測器。

步驟(2)中，所述濾光片分區(qū)鍍膜，鍍膜區(qū)域根據(jù)需要可以無限可分。濾波片的材料根據(jù)具體的實際測試光譜范圍(λ1，λ2)而定，選擇透過率高的材料。鍍膜分界線在nλ1處，且nλ1滿足nλ1<λ2，n為大于1的自然數(shù)；采用掩膜板逐段遮蓋的方式，在未遮蓋nλ1～(n+1)λ1區(qū)域鍍截止膜，截止波長為nλ1。整個鍍膜后的濾波片透過率大于90％，保證較小的光能損失。膜系材料沒有特殊限制，但確保截止波長為nλ1膜系的厚度小于30微米。

步驟(4)中，由于濾波片分區(qū)鍍膜的原因，導(dǎo)致在光譜s1中，與鍍膜分區(qū)處對應(yīng)波長的光譜會出現(xiàn)明顯的凹陷，因此利用光譜s0對凹陷處的光譜進行補償，具體方法為：首先，利用任意多個積分時間下的光譜si中凹陷處的數(shù)據(jù)進行三次擬合，擬合方程為：e(m)＝c0+c1m+c2m²+c3m³，其中，m為像素，e為強度，c0、c1、c2、c3為擬合方程系數(shù)，獲得凹陷處平滑光譜數(shù)據(jù)，然后，將該平滑光譜的數(shù)據(jù)除以光譜s0的數(shù)據(jù)，得到修正數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的基本原理是：

由光柵方程可知當(dāng)k1λ1＝kiλi，不同光譜級次的譜線會發(fā)生重疊，例如200nm的三級譜會和300nm的二級譜以及600nm的一級譜線重合，此時只要在600nm處貼上高通濾光片即可，讓大于等于600nm的譜線通過而濾除600nm以下的譜線，這樣就消除了二級和高級衍射光譜的影響。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：光譜儀器尤其是光柵色散性光譜儀器因其優(yōu)異的性能，相對低廉的成本，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。一般濾光片分區(qū)鍍膜技術(shù)已經(jīng)非常成熟，成本已經(jīng)非常低廉。通過在光譜儀器探測器前面加裝分區(qū)鍍膜濾光片，應(yīng)用鎢燈和數(shù)值計算的方法對分區(qū)交界處進行修正，并將修正數(shù)據(jù)燒寫在epprom中，實現(xiàn)了消除二級和高級衍射光譜的目的，同時避免了使用分區(qū)鍍膜濾光片測量連續(xù)光譜會產(chǎn)生凹陷的問題。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：給出了一種應(yīng)用于光譜儀器的二級和高級衍射光譜的消除方法，將普通分區(qū)鍍膜濾光片應(yīng)用在光譜儀器中，同時避免了使用該濾光片測量連續(xù)光譜時會產(chǎn)生凹陷的問題，在確保儀器測量正確的同時，降低了生產(chǎn)制造的難度和成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明應(yīng)用于光譜儀器的二級和高級衍射光譜的消除方法的流程圖；

圖2是實施例1中分區(qū)鍍膜濾光片的示意圖；

圖3是實施例1中修正前白光led測量光譜圖；

圖4是實施例1中修正前鹵鎢燈測量光譜圖；

圖5是實施例1中修正后白光led測量光譜圖；

圖6是實施例1中修正后鹵鎢燈測量光譜圖。

具體實施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明。

參照圖1，本發(fā)明應(yīng)用于光譜儀器的二級和高級衍射光譜的消除方法，包括以下步驟：

s01，利用光譜儀器測得鎢燈光源的光譜s0。

s02，根據(jù)探測器尺寸設(shè)計濾光片尺寸，并根據(jù)光譜儀器的光譜范圍對該濾光片進行分區(qū)鍍膜。

此步驟中，濾波片的材料根據(jù)具體的實際光譜范圍(λ1，λ2)而定，選擇透過率高的材料。鍍膜分界線在nλ1處，且nλ1滿足nλ1<λ2，n為大于1的自然數(shù)。采用掩膜板逐段遮蓋的方式，在未遮蓋nλ1～(n+1)λ1區(qū)域鍍截止膜，截止波長為nλ1，整個濾波片透過率大于90％，保證較小的光能損失。

s03，將分區(qū)鍍膜后的濾光片貼在探測器表面，并測出不同積分時間下鎢燈光源的光譜si。

s04，對光譜si的凹陷處進行補償，將光譜si與光譜s0進行對比，獲得修正數(shù)據(jù)。

由于濾波片分區(qū)鍍膜的原因，導(dǎo)致在光譜s1中，與鍍膜分區(qū)處對應(yīng)波長的光譜會出現(xiàn)明顯的凹陷，因此利用光譜s0對凹陷處的光譜進行補償，具體方法為：首先，利用任意多個積分時間下的光譜si中凹陷處的數(shù)據(jù)三次擬合，獲得平滑光譜，然后，將該平滑光譜的數(shù)據(jù)除以光譜s0的數(shù)據(jù)，得到修正數(shù)據(jù)。

s05，將修正數(shù)據(jù)燒入光譜儀器下位機eeprom。

s06，利用分區(qū)鍍膜的濾光片和含有修正數(shù)據(jù)的光譜儀器對任意光源進行測試，獲得消除了二級和高級衍射的任意光源的光譜。

實施例1

本實施例中，采用波長范圍為350～1050nm的光纖光譜儀，探測器采用東芝tcd1304，目的是消除二級和高級衍射光譜，同時測量光譜準(zhǔn)確無誤。

首先，利用光纖光譜儀和探測器測得鹵鎢燈的光譜；

然后，根據(jù)波長范圍350～1050nm設(shè)計并加工二分區(qū)鍍膜濾光片，具體過程為：

濾光片選擇透光性能較好的石英玻璃，該石英玻璃的尺寸接近于探測器鏡頭的尺寸，鍍五氧化三鈦，鍍膜分界線于700nm處，用掩膜板遮蓋350～700nm處，對700～1050nm鍍700nm的截止膜，得到如圖2所示的二分區(qū)鍍膜濾光片，此時，濾光片的透過率大于90％。

接下來，將分區(qū)鍍膜的濾光片貼于探測器的表面，測試得到的光譜如圖3所示，分析圖3可知，在900nm之后沒有光譜出現(xiàn)，說明利用分區(qū)貼膜濾光片可以有限地消除二級和高級光譜衍射光譜，但是在550nm附近出現(xiàn)凹陷，本發(fā)明利用同樣的方法測得的鹵鎢燈光譜如圖4所示，在該圖譜中，于550nm出現(xiàn)非正常凹陷。

最后，利用不同積分下的鹵鎢燈光譜與原鹵鎢燈光譜對比獲得的修正數(shù)據(jù)修正，擬合方程為：e(m)＝322533.2-1572.575m+2.531m²-0.001m³

將修正數(shù)據(jù)燒入光纖光譜儀器下位機eeprom中，再次利用該分區(qū)鍍膜濾光片與燒入修正數(shù)據(jù)的光譜儀測試白光led和鹵鎢燈，獲得如圖5所示的白光led光譜和如圖6所示的鹵鎢燈光譜，分析圖5和圖6可得，這兩個光譜圖是正常的光譜圖，表明該方法實現(xiàn)了消除二級和高級衍射光譜的目的，同時避免了使用分區(qū)鍍膜濾光片測量連續(xù)光譜會產(chǎn)生凹陷的問題。

以上所述的具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。