掃描型分光光譜儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及分光光譜儀，特別涉及掃描型分光光譜儀。
【背景技術】
[0002]分光光譜儀中應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變化，同步記錄下條紋的光強變化曲線即干涉圖，然后對干涉圖進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、波長重復性好等優點，但有體積笨重、信噪比較差等缺點。
[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，具體技術方案為:電機帶動光柵高速轉動，通過與光柵連接的編碼器對光柵的位置進行定位，并反饋對電機進行控制。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、結構較復雜，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械要求高，結果造成光譜儀的性能較差，如最小波長間隔較大、波長重復性較差；同時，引入的機械變化也降低了波長的準確性；3、定標麻煩，由于其采樣的間隔點是光柵的機械位置決定的，所以還必需通過機械與光學的關系決定波長點，需要多個標準波長點才能較準確的定標波長。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是解決現有技術中的上述不足，提供了結構簡單、性能較好、定標容易的掃描型分光光譜儀。
[0007]為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0008]一種掃描型分光光譜儀，包括由入射狹縫、可轉動的色散元件、出射狹縫、探測器和信號處理模塊組成的分光通道；所述光譜儀還包括可置放在所述分光通道中的光學平板、可選擇地使參考光和測量光通過所述入射狹縫的控制裝置，所述信號處理模塊包括檢測電路、存儲模塊和觸發電路。
[0009]作為優選，所述光學平板置放在所述入射狹縫之前。
[0010]本實用新型的基本原理是:利用參考光在光學平板中發生多光束干涉得到etalon條紋(如，兩個峰間波數相差l/2nL，η為光學平板的折射率，L為光學平板的厚度)，利用波形中包含相對波數信息的特征點(如周期性出現的點)去觸發測量光信號的采集，從而獲得波數等間隔的測量光譜。
[0011]與現有技術相比，本實用新型具有如下技術效果:
[0012]1、結構簡單，無需編碼器、反饋控制及機械定位裝置；
[0013]2、性能較好，測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平板的厚度來實現，無需機械與光學關系的轉化，受機械穩定性影響小，保證了高度的準確性與重復性；
[0014]3、定標容易，由于獲得的測量光譜是測量光強度與相對波數間的對應關系，因此，只需用一個波長點即可完成對波長域的標定。
【附圖說明】
[0015]圖1是一種現有的光譜儀的結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型的一種光譜儀的結構示意圖；
[0017]圖3是本實用新型的另一種光譜儀的結構示意圖；
[0018]圖4是本實用新型的光譜儀獲得的參考信號、光譜示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步詳盡描述。
[0020]實施例1:
[0021]一種掃描型分光光譜儀，應用在樣品的近紅外光譜分析測量中。如圖2所示，所述光譜儀包括由光學平板11、控制裝置51、入射狹縫12、可轉動的凹面光柵31、出射狹縫13、探測器14和信號處理模塊組成的分光通道，其中，所述光學平板11可安裝在所述入射狹縫12前，而所述控制裝置61安裝在所述光學平板11后(也可以在光學平板11之前)，用于可選擇地使參考光或測量光通過所述入射狹縫12 ;所述信號處理模塊包括檢測電路、存儲模塊、觸發電路、采樣模塊和微處理器。
[0022]在工作過程中，光源發出的光通過光纖41引出，之后再分出兩束光42、43，其中一束參考光經光纖42傳輸到所述光譜儀前；另一束測量光經光纖43照射到被測樣品上，在樣品上產生的漫反射光被收集后通過光纖44傳輸到所述光譜儀前。
[0023]本實用新型還揭示了一種獲得測量光譜的方法，也即獲得上述漫反射光的光譜的方法，包括以下步驟:
[0024]a、參考光通過光纖42傳輸準直透鏡45前，經準直后穿過光學平板11，再經透鏡46會聚在光纖47中，經光纖47傳輸控制裝置61，如光開關，光開關61使參考光通過(測量光不通過)，再經光纖48傳輸到所述入射狹縫12前，經過入射狹縫12、凹面光柵31、出射狹縫13后被所述探測器14接收；隨著凹面光柵31轉動一個周期，從而得到包含相對波數信息、具有周期性的參考信號51 ;也即，參考光經過光學平板11時發生多光束干涉，從而形成etalon條紋，如圖4所示，相鄰峰的波數間隔為l/2nL，η為光學平板11的折射率，L為光學平板11的厚度，因此，可以通過調整光學平板11的厚度L去調整所述波數間隔；
[0025]b、通過檢測電路去提取所述參考信號51中的特征點，如周期性出現的點，圖4中的黑點，參考信號51中的點與轉動中的光柵31所處位置對應，光柵31的所處位置對應于其轉動時間，所述存儲模塊存儲所述特征點對應的光柵31的轉動時間；
[0026]C、測量光通過光纖44傳輸到所述控制裝置61，控制裝置61使測量光通過(參考光不通過)，測量光再經過光纖48傳輸到所述入射狹縫12，之后被所述凹面光柵31分光，之后穿過所述出射狹縫13被探測器14接收，所述凹面光柵31開始一個新的轉動周期，當所述凹面光柵31的轉動時間等于所述特征點對應的光柵的轉動時間時，通過所述觸發電路觸發測量光信號的采集，從而得到信號光強度與相對波數(相鄰采樣點間的波數差相等)對應的測量光譜52 ；
[0027]d、為了獲得測量光強度與絕對波數對應的測量光譜，還需對步驟c中的測量光譜進行標定:將一標定光源如高壓汞燈連接到入射狹縫處，標定光經過所述入射狹縫12、凹面光柵31、出射狹縫13后被接收，隨著凹面光柵的轉動，獲得標定光信號53，使用信號中的特征譜線，如V = 9682cm—1，對步驟c中的測量光譜進行定標，從而得到測量光強度與絕對波數對應的測量光譜。
[0028]在上述方法中，可將所述光學平板的厚度變小，進而得到波數間隔小的參考信號，進而得到采樣點較密的測量光譜。
[0029]實施例2:
[0030]一種掃描型分光光譜儀，應用在樣品的近紅外光譜分析測量中。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、可轉動的凹面光柵31、第一出射狹縫22、第一探測器23和信號處理模塊組成，第二分光通道由光學平板11、第二入射狹縫12、所述可轉動的凹面光柵31、第二出射狹縫13、第二探測器14和所述信號處理模塊組成，其中，所述光學平板11可安裝在所述第二入射狹縫13前，所述信號處理模塊包括檢測電路、觸發電路、采樣模塊和微處理器。
[0031]在測量過程中，光源發出的光通過光纖41引出，之后分為兩束42、43，其中一束參考光經光纖42傳輸到所述光譜儀前；另一束測量光經光纖43照射到被測樣品上，在樣品上產生的漫反射光被收集后通過光纖44傳輸到所述光譜儀前。
[0032]本實用新型還揭示了一種獲得測量光譜的方法，也即獲得上述漫反射光的光譜的方法，包括以下步驟:
[0033]a、參考光通過光纖42傳輸準直透鏡45前，經準直后穿過光學平板11，再經透鏡46會聚在光纖47中，經光纖47傳輸到所述第二入射狹縫12前，經過第二入射狹縫12、凹面光柵31、第二出射狹縫13后被所述第二探測器14接收；隨著凹面光柵31的轉動，從而將逐步得到包含相對波數信息、具有周期性的參考信號51 ;也即，參考光經過光學平板11時發生多光束干涉，從而形成etalon條紋，如圖4所示，相鄰峰的波數間隔為l/2nL，η為光學平板11的折射率，L為光學平板11的厚度，因此，可以通過調整光學平板11的厚度L去調整所述波數間隔；
[0034]測量光穿過所述第一入射狹縫21后被所述轉動的凹面光柵31分光，之后穿過所述第二出射狹縫22并被第二探測器23接收；
[0035]b、通過檢測電路去檢測逐步得到的參考信號51中的特征點，如周期性出現的點，參考信號51中的黑點，當檢測到有特征點出現時，所述觸發電路去觸發測量光信號的采集，從而得到信號光強度與相對波數(相鄰采樣點間的波數差相等)對應的測量光譜52 ;
[0036]C、為了獲得測量光強度與絕對波數對應的測量光譜，還需對步驟b中的測量光譜進行標定:將一標定光源如高壓汞燈連接到入射狹縫處，標定光經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的轉動，獲得標定光信號，使用信號中的特征譜線，如V = 9682cm—1，對步驟b中的測量光譜進行定標，從而得到測量光強度與絕對波數對應的測量光譜。
[0037]在上述方法中，可將所述光學平板的厚度變小，進而得到波數間隔小的參考信號，進而得到采樣點較密的測量光譜。
[0038]需要指出的是，上述實施方式不應理解為對本實用新型保護范圍的限制。如實施例中特征點是利用參考信號中周期性出現的點，當然也可以是非周期性出現的點，如參考信號中一階導數是零的點，一階導數是極值的點，等等。本實用新型的關鍵是，利用參考光在光學平板中發生多光束干涉得到etalon條紋(如，兩個峰間波數相差l/2nL，可通過改變光學平板的厚度L調整波數差)，利用波形中包含相對波數信息的特征點(如周期性出現的點)去觸發測量光信號的采集，從而獲得波數等間隔的測量光譜。在不脫離本實用新型精神的情況下，對本實用新型作出的任何形式的改變均應落入本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種掃描型分光光譜儀，包括由入射狹縫、可轉動的色散元件、出射狹縫、探測器和信號處理模塊組成的分光通道；其特征在于:所述光譜儀還包括可置放在所述分光通道中的光學平板、可選擇地使參考光和測量光通過所述入射狹縫的控制裝置，所述信號處理模塊包括檢測電路、存儲模塊和觸發電路。2.根據權利要求1所述的分光光譜儀，其特征在于:所述光學平板置放在所述入射狹縫之前。
【專利摘要】本實用新型公開了一種掃描型分光光譜儀，包括由入射狹縫、可轉動的色散元件、出射狹縫、探測器和信號處理模塊組成的分光通道；其特征在于：所述光譜儀還包括可置放在所述分光通道中的光學平板、可選擇地使參考光和測量光通過所述入射狹縫的控制裝置，所述信號處理模塊包括檢測電路、存儲模塊和觸發電路。本實用新型結構簡單、性能好、定標容易。
【IPC分類】G01J3/06, G01J3/28
【公開號】CN204705411
【申請號】CN201520468310
【發明人】賀和好, 賀孝孝
【申請人】海寧艾可炫照明電器有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月29日