專利名稱：可見光-近紅外光纖光譜儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種礦物分析用的光譜儀，尤其是一種可見光-近紅外光纖光譜儀，屬于分析儀器技術領域。
背景技術：
光纖光譜儀種類很多，然而針對礦物分析的光纖光譜儀卻很少。據申請人了解，現 有光譜儀在地質應用上有缺陷，因為在礦物信息豐富的2000nm-2500nm波段，現有光譜儀 (例如美國的ASD光譜儀)信噪比較低。其結構實質為200 IlOOnm的CCD線陣器件光譜 儀和1100 2500nm的掃描式光譜儀組合疊加而成，因此系統體積大，而且速度較慢，因此
需要改進。
發明內容
本發明的目的在于針對上述現有技術存在的缺點，提出一種可測波段寬(光譜 范圍可以覆蓋400 2500nm)并且結構緊湊的可見光-近紅外光纖光譜儀。為了達到以上目的，本發明的可見光-近紅外光纖光譜儀含有光源；所述光源的 發光光路上設有樣品反射裝置，所述樣品反射裝置的反射光路上設有分光裝置；所述分光 裝置的分光光路中部設有響應相應波長光譜的第一光電信號轉換裝置(CCD)，兩側分別設 有將第一光電信號轉換裝置未接受光譜全反射的左、右分光反射裝置；所述左、右分光反射 裝置的分光反射光路上分別設有響應相應波長光譜的第二和第三光電信號轉換裝置；所述 各光電信號轉換裝置的信號輸出端分別接計算機的響應端口，所述計算機用以將各光電信 號轉換裝置分別輸出的不同波長光譜信號拼合為分光裝置分出的連續波長光譜信號。據申請人了解，現有技術中沒有覆蓋波長400 2500nm全譜段的單個CXD器件， 因此要覆蓋這么寬區域的光譜必須采用多塊響應不同波長區域的的CCD器件，如果將這些 CCD器件參照現有技術分別構成不同波段的光譜儀，勢必結構臃腫，成本昂貴；而如果將其 并排在同一受光面，由于各CCD的邊框及安裝間隙，相鄰處必然存在間隔，即相鄰感光面無 法實現無縫銜接，因此勢必存在漏譜現象，無法得到連續的全波長光譜。本發明采用空間分 布的CCD，并借助分光反射裝置巧妙分配各CCD的光譜波段，進而通過各波段光譜的拼合， 實現了單套光路多個CCD的像面拼接，從而以緊湊的結構，解決了全波段光譜信號的一次 性接收難題。具體實施時，第一光電信號轉換裝置宜采用響應950nm 1650nm波長光譜 的CCD探測器，而左、右分光反射光路上的第二和第三光電信號轉換裝置則分別采用響應 400nm 1050nm波長光譜的CCD傳感器和響應1650nm_2500nm的波長光譜的CCD探測器。 當此三個CCD將各自轉換的光譜信號傳輸到計算機后，即可拼合為覆蓋波長400 2500nm 的全譜段信號。本發明進一步的完善是，所述樣品反射裝置與分光裝置之間設有傳導反射光的傳 導光纖。這樣可以靈活合理地布置樣品反射裝置與分光裝置，更有利于節省空間。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。圖1為本發明一個實施例的結構示意圖。圖2為圖1實施例中的光路示意圖。圖3為圖1實施例中C⑶的分布示意圖。
具體實施方式
實施例一待分析礦石的光譜波段范圍為400 2500nm。由于現有技術沒有覆蓋波長400 2500nm全譜段的單個CXD器件，因此要覆蓋這么長區域的波長，必須采用多塊響應不同波 長區域的的CCD器件。在該區域實現全譜段瞬間測量的方案一是采用多套光路和多個CCD ； 二是采用單套光路多個CCD像面拼接。前者系統體積龐大，對光入口需要進行光能量的重 新分配。后者結構緊湊，但需要解決像面拼接的難體。本實施例經過反復研究，確認的方案如圖1和圖2所示，該可見光-近紅外光纖光 譜儀光源的發光光路上設有樣品反射裝置，該樣品反射裝置的反射光路上設有分光裝置。 樣品反射裝置與分光裝置之間設有傳導反射光的傳導光纖1。分光裝置含有將傳導光纖1 輸出的反射光投射到準直鏡3的狹縫2、位于所述準直鏡3準直光路上的光柵4、位于光柵 4連續分光路徑上的聚光鏡5，所述聚光鏡5的分光光路中部設有響應950nm 1650nm波 長光譜的第一光電信號轉換裝置——CCD探測器CCD10，兩側分別設有將第一光電信號轉 換裝置未接受光譜全反射的左、右分光反射鏡6和7。左、右分光反射鏡的分光反射光路上 分別設有響應400nm 1050nm波長光譜的第二光電信號轉換裝置——Si材料CXD傳感器 (XD9，和響應1650nm-2500nm波長光譜的第三光電信號轉換裝置——InGaAs材料CXD探測 器 CCDll。三個CXD傳感器在分光裝置上的分布參見圖3，(XD9、CXDlO和CXDll形成立體拼 接，其中作為第一光電信號轉換裝置的CCDlO安裝在分光裝置側面，而作為第二和第三光 電信號轉換裝置的CCD9、CCD11則安裝在分光裝置頂面，從而實現連續光譜無縫拼接。三個 CCD的信號輸出端分別接控制與分析計算機的響應端口，該計算機用以將各光電信號轉換 裝置分別輸出的不同波長光譜信號拼合為分光裝置分出的400-2500nm的連續波長光譜信 號。工作時，光源發出的光束照射到待分析礦石樣品后，反射的混合光通過光纖1透 過狹縫2，經準直3后變成平行光打在光柵4上，經光柵4分光后，由聚焦鏡分成400-2500nm 的連續光，其中400-950nm波段經過反射鏡6垂直向上偏轉后被(XD9接收，950-1650nm波 段直接被CXDlO接收，1650-2500nm波段經過反射鏡7偏轉垂直向上后被CXDll接收。三個 CCD的信號輸出傳輸到計算機后，拼合成連續的可見光-近紅外全波段光譜，從而可以對待 分析礦石進行全面的分析。本實施例采用反射式成像分光系統最大的好處是，具有適用光譜范圍寬、無色差、 光譜面平直性好和體積小等優點。特別是反射效率高，光通量衰減小，提高了信噪比。本實 施例利用一塊光柵完成400-2500nm的寬譜帶分光，該光柵在400nm 2500nm波段內閃耀 波長設置在1900nm ；光柵在400 1050m效率低(5% 10% )，選用的探測器在該光譜段的響應非常高，從而彌補了此處的能量缺陷。
采用光纖作為光信號輸入，光束出射后產生衍射作用，要將衍射的中央極大值射 向準光物鏡，并充滿它的整個口徑，由此可以確定入射光纖纖芯直徑的利潤最大值a = 2 X 1. 22 λ X f/D ；式中f為準光物鏡焦距，D為準光物鏡的孔徑直徑。本實施例針對沒有覆蓋400-2500nm全譜線陣探測器的現狀，采用三個線陣探測 器在像面進行立體交錯拼接，從而合理實現了全譜段探測，并采用單路信號處理電路實現 三路線陣探測器的數據采集。除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形 成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
權利要求
一種可見光-近紅外光纖光譜儀，含有光源；所述光源的發光光路上設有樣品反射裝置，所述樣品反射裝置的反射光路上設有分光裝置；其特征在于所述分光裝置的分光光路中部設有響應相應波長光譜的第一光電信號轉換裝置，兩側分別設有將第一光電信號轉換裝置未接受光譜全反射的左、右分光反射裝置；所述左、右分光反射裝置的分光反射光路上分別設有響應相應波長光譜的第二和第三光電信號轉換裝置；所述各光電信號轉換裝置的信號輸出端分別接計算機的對應端口，所述計算機用以將各光電信號轉換裝置分別輸出的不同波長光譜信號拼合為分光裝置分出的連續波長光譜信號。
2.根據權利要求1所述的可見光-近紅外光纖光譜儀，其特征在于所述樣品反射裝 置與分光裝置之間設有傳導反射光的傳導光纖。
3.根據權利要求2所述的可見光-近紅外光纖光譜儀，其特征在于所述分光裝置含 有將所述傳導光纖輸出的反射光投射到準直鏡的狹縫、位于所述準直鏡準直光路上的光 柵、位于所述光柵連續分光路徑上的聚光鏡；所述聚光鏡的分光光路中部設有所述第一光 電信號轉換裝置，兩側分別設有將第一光電信號轉換裝置未接受光譜全反射的左、右分光 反射鏡；所述左、右分光反射鏡的分光反射光路上分別設有所述第二光電信號轉換裝和第 三光電信號轉換裝置。
4.根據權利要求3所述的可見光-近紅外光纖光譜儀，其特征在于所述第一光電信 號轉換裝置采用響應950nm 1650nm波長光譜的(XD探測器，而左、右分光反射光路上的 第二和第三光電信號轉換裝置則分別采用響應400nm 1050nm波長光譜的C⑶傳感器和 響應1650nm-2500nm的波長光譜的CCD探測器。
5.根據權利要求4所述的可見光-近紅外光纖光譜儀，其特征在于光柵在400nm 2500nm波段內閃耀波長設置在1900nm。
6.根據權利要求5所述的可見光-近紅外光纖光譜儀，其特征在于所述第一光電信 號轉換裝置安裝在分光裝置側面；所述第二和第三光電信號轉換裝置安裝在分光裝置頂
全文摘要
本發明涉及一種可見光-近紅外光纖光譜儀，屬于分析儀器技術領域。該光譜儀光源的發光光路上設有樣品反射裝置，樣品反射裝置的反射光路上設有分光裝置；分光裝置的分光光路中部設有響應相應波長光譜的第一光電信號轉換裝置，兩側分別設有左、右分光反射裝置；左、右分光反射裝置的分光反射光路上分別設有響應相應波長光譜的第二和第三光電信號轉換裝置；各光電信號轉換裝置的信號輸出端分別接計算機的對應端口，計算機用以將各光電信號轉換裝置分別輸出的不同波長光譜信號拼合為分光裝置分出的連續波長光譜信號。本發明實現了單套光路多個CCD的像面拼接，從而以緊湊的結構，解決了全波段光譜信號的一次性接收難題。
文檔編號G01N21/35GK101865838SQ201010204848
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月22日 優先權日2010年6月22日
發明者俞正奎, 修連存, 修鐵軍, 張秋寧, 殷靚, 王彌建, 鄭志忠, 陳春霞, 黃俊杰, 黃賓 申請人:南京地質礦產研究所