一種掃描型分光光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分光光譜儀，特別涉及掃描型分光光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]分光光譜儀中應(yīng)用最廣泛的是傅立葉變換型光譜儀與光柵型分光光譜儀。
[0003]傅立葉變換型光譜儀采用雙光束干涉原理，使相干光束間的相位差連續(xù)變化，同步記錄下條紋的光強(qiáng)變化曲線即干涉圖，然后對(duì)干涉圖進(jìn)行傅立葉變換而獲得光譜圖。傅立葉變換型光譜儀具有波長間隔小、波長重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但有體積笨重、信噪比較差等缺點(diǎn)。
[0004]光柵分光型光譜儀是采用光柵的色散分光原理把多色光在空間上分開，將入射狹縫成像于出射狹縫上，在出射狹縫上獲得光譜圖。
[0005]美國專利US4969739公開了一種掃描型分光光譜儀，如圖1所示，具體技術(shù)方案為:電機(jī)帶動(dòng)光柵高速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過與光柵連接的編碼器對(duì)光柵的位置進(jìn)行定位，并反饋對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。該光譜儀可以每秒獲得近2次光譜，信噪比較好；但也有如下不足:1、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要使用編碼器、反饋裝置、光柵定位裝置去定位所述光柵；2、性能較差，編碼器的性能決定了光譜儀的一些性能，由于編碼器的光柵定位裝置的機(jī)械要求高，結(jié)果造成光譜儀的性能較差，如最小波長間隔較大、波長重復(fù)性較差；同時(shí)，引入的機(jī)械變化也降低了波長的準(zhǔn)確性；3、定標(biāo)麻煩，由于其采樣的間隔點(diǎn)是光柵的機(jī)械位置決定的，所以還必需通過機(jī)械與光學(xué)的關(guān)系決定波長點(diǎn)，需要多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波長點(diǎn)才能較準(zhǔn)確的定標(biāo)波長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供了結(jié)構(gòu)簡單、性能較好、定標(biāo)容易的掃描型分光光譜儀。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種掃描型分光光譜儀，包括由第一入射狹縫、可轉(zhuǎn)動(dòng)的色散元件、第一出射狹縫、第一探測(cè)器和信號(hào)處理模塊組成的第一分光通道；所述光譜儀還包括第二分光通道:由光學(xué)平板、第二入射狹縫、所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的色散元件、第二出射狹縫、第二探測(cè)器及所述信號(hào)處理模塊組成，所述信號(hào)處理模塊包括檢測(cè)模塊、觸發(fā)模塊。
[0009]作為優(yōu)選，所述光學(xué)平板置放在所述第二入射狹縫之前。
[0010]本發(fā)明的基本原理是:利用參考光在光學(xué)平板中發(fā)生多光束干涉得到etalon條紋(如，兩個(gè)峰間波數(shù)相差l/2nL，η為光學(xué)平板的折射率，L為光學(xué)平板的厚度)，利用波形中包含相對(duì)波數(shù)信息的特征點(diǎn)(如周期性出現(xiàn)的點(diǎn))去觸發(fā)測(cè)量光信號(hào)的采集，從而獲得波數(shù)等間隔的測(cè)量光譜。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:1、結(jié)構(gòu)簡單，無需編碼器、反饋控制及機(jī)械定位裝置；2、性能較好，測(cè)量光譜的采樣間隔直接由波長特性決定，而采樣間隔可通過改變光學(xué)平板的厚度來實(shí)現(xiàn)，無需機(jī)械與光學(xué)關(guān)系的轉(zhuǎn)化，受機(jī)械穩(wěn)定性影響小，保證了高度的準(zhǔn)確性與重復(fù)性；3、定標(biāo)容易，由于獲得的測(cè)量光譜是測(cè)量光強(qiáng)度與相對(duì)波數(shù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，只需用一個(gè)波長點(diǎn)即可完成對(duì)波長域的標(biāo)定。
【附圖說明】
[0012]圖1是一種現(xiàn)有的光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的一種光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明的另一種光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明的光譜儀獲得的參考信號(hào)、光譜示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳盡描述。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]一種掃描型分光光譜儀，應(yīng)用在樣品的近紅外光譜分析測(cè)量中。如圖2所示，所述光譜儀包括由光學(xué)平板11、控制裝置51、入射狹縫12、可轉(zhuǎn)動(dòng)的凹面光柵31、出射狹縫13、探測(cè)器14和信號(hào)處理模塊組成的分光通道，其中，所述光學(xué)平板11可安裝在所述入射狹縫12前，而所述控制裝置61安裝在所述光學(xué)平板11后(也可以在光學(xué)平板11之前)，用于可選擇地使參考光或測(cè)量光通過所述入射狹縫12 ;所述信號(hào)處理模塊包括檢測(cè)模塊、存儲(chǔ)模塊、觸發(fā)模塊、采樣模塊和微處理器。
[0019]在工作過程中，光源發(fā)出的光通過光纖41引出，之后再分出兩束光42、43，其中一束參考光經(jīng)光纖42傳輸?shù)剿龉庾V儀前；另一束測(cè)量光經(jīng)光纖43照射到被測(cè)樣品上，在樣品上產(chǎn)生的漫反射光被收集后通過光纖44傳輸?shù)剿龉庾V儀前。
[0020]本發(fā)明還揭示了一種獲得測(cè)量光譜的方法，也即獲得上述漫反射光的光譜的方法，包括以下步驟:
[0021]a、參考光通過光纖42傳輸準(zhǔn)直透鏡45前，經(jīng)準(zhǔn)直后穿過光學(xué)平板11，再經(jīng)透鏡46會(huì)聚在光纖47中，經(jīng)光纖47傳輸控制裝置61，如光開關(guān)，光開關(guān)61使參考光通過(測(cè)量光不通過)，再經(jīng)光纖48傳輸?shù)剿鋈肷洫M縫12前，經(jīng)過入射狹縫12、凹面光柵31、出射狹縫13后被所述探測(cè)器14接收；隨著凹面光柵31轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期，從而得到包含相對(duì)波數(shù)信息、具有周期性的參考信號(hào)51 ;也即，參考光經(jīng)過光學(xué)平板11時(shí)發(fā)生多光束干涉，從而形成etalon條紋，如圖4所示，相鄰峰的波數(shù)間隔為l/2nL，η為光學(xué)平板11的折射率，L為光學(xué)平板11的厚度，因此，可以通過調(diào)整光學(xué)平板11的厚度L去調(diào)整所述波數(shù)間隔；
[0022]b、通過檢測(cè)模塊去提取所述參考信號(hào)51中的特征點(diǎn)，如周期性出現(xiàn)的點(diǎn)，圖4中的黑點(diǎn)，參考信號(hào)51中的點(diǎn)與轉(zhuǎn)動(dòng)中的光柵31所處位置對(duì)應(yīng)，光柵31的所處位置對(duì)應(yīng)于其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，所述存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)所述特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光柵31的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間；
[0023]C、測(cè)量光通過光纖44傳輸?shù)剿隹刂蒲b置61，控制裝置61使測(cè)量光通過(參考光不通過)，測(cè)量光再經(jīng)過光纖48傳輸?shù)剿鋈肷洫M縫12，之后被所述凹面光柵31分光，之后穿過所述出射狹縫13被探測(cè)器14接收，所述凹面光柵31開始一個(gè)新的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，當(dāng)所述凹面光柵31的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間等于所述特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間時(shí)，通過所述觸發(fā)模塊觸發(fā)測(cè)量光信號(hào)的采集，從而得到信號(hào)光強(qiáng)度與相對(duì)波數(shù)(相鄰采樣點(diǎn)間的波數(shù)差相等)對(duì)應(yīng)的測(cè)量光譜52 ；
[0024]d、為了獲得測(cè)量光強(qiáng)度與絕對(duì)波數(shù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量光譜，還需對(duì)步驟c中的測(cè)量光譜進(jìn)行標(biāo)定:將一標(biāo)定光源如高壓汞燈連接到入射狹縫處，標(biāo)定光經(jīng)過所述入射狹縫12、凹面光柵31、出射狹縫13后被接收，隨著凹面光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得標(biāo)定光信號(hào)53，使用信號(hào)中的特征譜線，如V = 9682cm—1，對(duì)步驟c中的測(cè)量光譜進(jìn)行定標(biāo)，從而得到測(cè)量光強(qiáng)度與絕對(duì)波數(shù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量光譜。
[0025]在上述方法中，可將所述光學(xué)平板的厚度變小，進(jìn)而得到波數(shù)間隔小的參考信號(hào)，進(jìn)而得到采樣點(diǎn)較密的測(cè)量光譜。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]一種掃描型分光光譜儀，應(yīng)用在樣品的近紅外光譜分析測(cè)量中。如圖3所示，所述光譜儀包括第一分光通道和第二分光通道，所述第一分光通道由第一入射狹縫21、可轉(zhuǎn)動(dòng)的凹面光柵31、第一出射狹縫22、第一探測(cè)器23和信號(hào)處理模塊組成，第二分光通道由光學(xué)平板11、第二入射狹縫12、所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的凹面光柵31、第二出射狹縫13、第二探測(cè)器14和所述信號(hào)處理模塊組成，其中，所述光學(xué)平板11可安裝在所述第二入射狹縫13前，所述信號(hào)處理模塊包括檢測(cè)模塊、觸發(fā)模塊、采樣模塊和微處理器。
[0028]在測(cè)量過程中，光源發(fā)出的光通過光纖41引出，之后分為兩束42、43，其中一束參考光經(jīng)光纖42傳輸?shù)剿龉庾V儀前；另一束測(cè)量光經(jīng)光纖43照射到被測(cè)樣品上，在樣品上產(chǎn)生的漫反射光被收集后通過光纖44傳輸?shù)剿龉庾V儀前。
[0029]本發(fā)明還揭示了一種獲得測(cè)量光譜的方法，也即獲得上述漫反射光的光譜的方法，包括以下步驟:
[0030]a、參考光通過光纖42傳輸準(zhǔn)直透鏡45前，經(jīng)準(zhǔn)直后穿過光學(xué)平板11，再經(jīng)透鏡46會(huì)聚在光纖47中，經(jīng)光纖47傳輸?shù)剿龅诙肷洫M縫12前，經(jīng)過第二入射狹縫12、凹面光柵31、第二出射狹縫13后被所述第二探測(cè)器14接收；隨著凹面光柵31的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將逐步得到包含相對(duì)波數(shù)信息、具有周期性的參考信號(hào)51 ;也即，參考光經(jīng)過光學(xué)平板11時(shí)發(fā)生多光束干涉，從而形成etalon條紋，如圖3所示，相鄰峰的波數(shù)間隔為l/2nL，η為光學(xué)平板11的折射率，L為光學(xué)平板11的厚度，因此，可以通過調(diào)整光學(xué)平板11的厚度L去調(diào)整所述波數(shù)間隔；
[0031]測(cè)量光穿過所述第一入射狹縫21后被所述轉(zhuǎn)動(dòng)的凹面光柵31分光，之后穿過所述第二出射狹縫22并被第二探測(cè)器23接收；
[0032]b、通過檢測(cè)模塊去檢測(cè)逐步得到的參考信號(hào)51中的特征點(diǎn)，如周期性出現(xiàn)的點(diǎn)，參考信號(hào)51中的黑點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)到有特征點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，所述觸發(fā)模塊去觸發(fā)測(cè)量光信號(hào)的采集，從而得到信號(hào)光強(qiáng)度與相對(duì)波數(shù)(相鄰采樣點(diǎn)間的波數(shù)差相等)對(duì)應(yīng)的測(cè)量光譜52 ;
[0033]C、為了獲得測(cè)量光強(qiáng)度與絕對(duì)波數(shù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量光譜，還需對(duì)步驟b中的測(cè)量光譜進(jìn)行標(biāo)定:將一標(biāo)定光源如高壓汞燈連接到入射狹縫處，標(biāo)定光經(jīng)過所述第一入射狹縫21、凹面光柵31、第一出射狹縫22后被接收，隨著凹面光柵31的轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得標(biāo)定光信號(hào)，使用信號(hào)中的特征譜線，如V = 9682cm—1，對(duì)步驟b中的測(cè)量光譜進(jìn)行定標(biāo)，從而得到測(cè)量光強(qiáng)度與絕對(duì)波數(shù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量光譜。
[0034]在上述方法中，可將所述光學(xué)平板的厚度變小，進(jìn)而得到波數(shù)間隔小的參考信號(hào)，進(jìn)而得到采樣點(diǎn)較密的測(cè)量光譜。
[0035]需要指出的是，上述實(shí)施方式不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。如實(shí)施例中特征點(diǎn)是利用參考信號(hào)中周期性出現(xiàn)的點(diǎn)，當(dāng)然也可以是非周期性出現(xiàn)的點(diǎn)，如參考信號(hào)中一階導(dǎo)數(shù)是零的點(diǎn)，一階導(dǎo)數(shù)是極值的點(diǎn)，等等。本發(fā)明的關(guān)鍵是，利用參考光在光學(xué)平板中發(fā)生多光束干涉得到etalon條紋(如，兩個(gè)峰間波數(shù)相差l/2nL，可通過改變光學(xué)平板的厚度L調(diào)整波數(shù)差)，利用波形中包含相對(duì)波數(shù)信息的特征點(diǎn)(如周期性出現(xiàn)的點(diǎn))去觸發(fā)測(cè)量光信號(hào)的采集，從而獲得波數(shù)等間隔的測(cè)量光譜。在不脫離本發(fā)明精神的情況下，對(duì)本發(fā)明作出的任何形式的改變均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種掃描型分光光譜儀，包括由第一入射狹縫、可轉(zhuǎn)動(dòng)的色散元件、第一出射狹縫、第一探測(cè)器和信號(hào)處理模塊組成的第一分光通道；其特征在于:所述光譜儀還包括第二分光通道:由光學(xué)平板、第二入射狹縫、所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的色散元件、第二出射狹縫、第二探測(cè)器及所述信號(hào)處理模塊組成，所述信號(hào)處理模塊包括檢測(cè)模塊、觸發(fā)模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分光光譜儀，其特征在于:所述光學(xué)平板置放在所述第二入射狹縫之前。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種掃描型分光光譜儀，包括由第一入射狹縫、可轉(zhuǎn)動(dòng)的色散元件、第一出射狹縫、第一探測(cè)器和信號(hào)處理模塊組成的第一分光通道；其特征在于：所述光譜儀還包括第二分光通道：由光學(xué)平板、第二入射狹縫、所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的色散元件、第二出射狹縫、第二探測(cè)器及所述信號(hào)處理模塊組成，所述信號(hào)處理模塊包括檢測(cè)模塊、觸發(fā)模塊。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、性能好、定標(biāo)容易。
【IPC分類】G01J3/28, G01J3/06
【公開號(hào)】CN104977083
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510381251
【發(fā)明人】賀和好, 賀孝孝
【申請(qǐng)人】海寧艾可炫照明電器有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月29日