本實用新型涉及光譜檢測儀器領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化結(jié)構(gòu)的微型光纖光譜儀。
背景技術(shù)：
：光譜測量是測量紫外、可見、近紅外和紅外波段光強(qiáng)度的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如顏色測量、化學(xué)成份的濃度測量或輻射度學(xué)分析、膜厚測量、氣體成分分析等領(lǐng)域，如美國海洋光學(xué)微型光纖光譜儀和荷蘭愛萬提斯微型光纖光譜儀。微型光譜儀之所以廣受市場歡迎，在于其以下幾個特點：1.體積小，常見的微型光譜儀的體積在9cm*6.5cm*4cm左右，小體積的光譜儀對于實現(xiàn)大型機(jī)械或設(shè)備的配件之用途非常重要；2.高精度，微型光譜儀的光譜分辨率根據(jù)其配置的不同可以到0.5-3nm；3.積木化的結(jié)構(gòu)，可預(yù)先進(jìn)行配置，根據(jù)用戶的要求訂制不同的波長、狹縫、檢測器，以保證不同用戶的不同需求的配置對大化。微型光纖光譜儀采用導(dǎo)光光纖作為采光媒質(zhì)，可方便靈活的采集待測物的光譜，使用更加方便。由于微型光纖光譜儀的諸多優(yōu)點，作為一種基礎(chǔ)的研發(fā)儀器,對于整個檢測行業(yè)的研發(fā)和發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。目前國內(nèi)外有多家企業(yè)在研制及銷售微型光纖光譜儀，但由于國產(chǎn)微型光纖光譜儀在光譜數(shù)據(jù)的實時性、穩(wěn)定性及信噪比等參數(shù)上落后與國外廠商的產(chǎn)品，使我國在微型光譜儀的生產(chǎn)和研發(fā)方面的進(jìn)展嚴(yán)重不足，國內(nèi)微型光纖光譜儀的市場仍然基本被國外企業(yè)所壟斷。因此研究及開發(fā)高性能、低成本的完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)的微型光纖光譜儀具有一定的實際意義。技術(shù)實現(xiàn)要素：本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供了一款自主研發(fā)的模塊化結(jié)構(gòu)的微型光譜儀。具體的，本實用新型提供了如下技術(shù)方案：一種光譜儀，包括光學(xué)成像系統(tǒng)和上位機(jī)軟件系統(tǒng)，所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括光纖束和光具座，所述光具座包括接收所述光纖束的光纖接口、色散單元和向所述上位機(jī)軟件系統(tǒng)傳輸電信號的收集探測單元。優(yōu)選地，光纖接口設(shè)置有狹縫，所述狹縫形成光纖束光信號的入射狹縫。優(yōu)選地，光纖接口包括第一光纖接口、第二光纖接口和/或第三光纖接口，其中：所述第一光纖接口接收180-1100nm波長的玻璃光纖；所述第二光纖接口接收400-2100nm波長的玻璃光纖；所述第三光纖接口接收300-4500nm波長的玻璃光纖。優(yōu)選地，色散單元包括準(zhǔn)直反射鏡、轉(zhuǎn)輪反射鏡、光柵和聚光鏡，其中：所述準(zhǔn)直反射鏡、轉(zhuǎn)輪反射鏡和聚光鏡采用平凹反射鏡增加光路在光具座內(nèi)的光程；所述轉(zhuǎn)輪反射鏡可調(diào)節(jié)光路的角度。優(yōu)選地，收集探測單元包括探測器收集棱鏡、濾光光纖、探測器增強(qiáng)器和探測器，其中：所述探測器收集棱鏡增加光路的光通量，收集光信號并傳輸至所述濾光光纖；所述濾光光纖收集并過濾光信號并傳輸至所述探測器增強(qiáng)器；所述探測器增強(qiáng)器將所述光信號轉(zhuǎn)換為電信號并放大傳輸至所述探測器；所述探測器采集所述放大電信號并傳輸至所述上位機(jī)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入端。優(yōu)選地，狹縫的寬度為5微米、10微米、25微米、50微米、100微米、200微米或400微米。優(yōu)選地，探測器為線性硅CCD陣列探測器或背照薄片CCD。優(yōu)選地，光柵密度為600條/mm-2400條/mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的光譜儀，具有以下有益效果：1)本實用新型提供的光譜儀的光路采用交叉式設(shè)計，保證了微型光纖光譜儀光程的需要。交叉式光路設(shè)計保證光譜儀的光路在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)多次反轉(zhuǎn)，達(dá)到雖然體積微小，然而光程長度并不短的特點，保證了光譜儀的精度和分辨率。2)本實用新型提供的光譜儀體積較小，易于攜帶可應(yīng)用不同場合進(jìn)行光譜檢測，且采用模塊化可選結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶檢測需求不同，組合不同的光纖接口接入光纖束，不同的狹縫寬度，不同的光柵進(jìn)行分光以及不同的探測器，盡可能為用戶的提供多種選擇。操作簡單適合任何人使用。3)本實用新型提供的光譜儀，用戶可根據(jù)檢測需求選擇不同寬度的狹縫，不同的狹縫寬度對應(yīng)著不同的信號強(qiáng)度曲線，狹縫寬度越大，信號強(qiáng)度曲線的峰值越高，分辨率越低。4)本實用新型提供的光譜儀應(yīng)用模塊化的光柵可選結(jié)構(gòu)，即用戶可以根據(jù)自己的預(yù)算和需求選擇需要的光柵進(jìn)行分光。5)本實用新型提供的光譜儀應(yīng)用模塊化的探測器可選結(jié)構(gòu)，即用戶可以根據(jù)自己的預(yù)算和需求選擇需要的探測器，可選擇的探測器包括線性硅CCD陣列、背照薄片CCD和線性陣列InGaAs探測器，用戶根據(jù)不同的需求選擇不同的探測器2034，更好的滿足了不同用戶在不同檢測需求下的對光譜儀的選擇。附圖說明通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：圖1是本實用新型實施例光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實施例光具座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型實施例探測器的量子效率示意圖；圖4是本實用新型實施例中不同狹縫寬度對應(yīng)的信號強(qiáng)度示意圖。附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。具體實施方式為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“連接”應(yīng)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(jī)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。此外，術(shù)語“第一”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。另外，本實用新型各個實施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實現(xiàn)時應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本實用新型要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。實施例1圖1是本實用新型一個實施例的光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖，包括光學(xué)成像系統(tǒng)1和上位機(jī)軟件系統(tǒng)2，光學(xué)成像系統(tǒng)1包括光纖束10和光具座20，光具座20包括接收光纖束10的光纖接口201、色散單元202和向上位機(jī)軟件系統(tǒng)2傳輸電信號的收集探測單元203。本實用新型提供的光譜儀的光具座20的光纖接口201、色散單元202和收集探測單元203均可根據(jù)不同的檢測需求進(jìn)行相應(yīng)的選擇。具體應(yīng)用本實用新型提供的光譜儀時，光纖束10通過光具座20的光纖接口201進(jìn)入光具座20內(nèi)；通過光具座20的色散單元202將光信號根據(jù)光波長的不同分散成多條光束；光具座20的收集探測單元203將不同的光束過濾后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，并傳輸至上位機(jī)軟件系統(tǒng)2，上位機(jī)軟件系統(tǒng)對接收的電信號進(jìn)行處理并最終顯示檢測結(jié)果。圖2是本實用新型的圖1所示實施例的光具座20的結(jié)構(gòu)示意圖，光具座20包括外殼21、由外殼21圍成的內(nèi)部光路空間22以及連接上位機(jī)軟件系統(tǒng)2的外部接口23，一光纖接口201鑲嵌于外殼21上連接光纖束10和光路空間22，光纖接口201延伸在光路空間2內(nèi)部的一端設(shè)置有狹縫2011，光纖接口201連接光纖束的光信號，狹縫2011形成光信號光路的入射狹縫。光纖接口201包括第一光纖接口、第二光纖接口和/或第三光纖接口，其中：所述第一光纖接口接收適合紫外線及可見光為180-1100nm波長的玻璃光纖；所述第二光纖接口接收適合可見光及近紅外光為400-2100nm波長的玻璃光纖；所述第三光纖接口接收適合可見光、近紅外光和紅外光為300-4500nm波長的玻璃光纖。圖1所示的色散單元202和收集探測單元203設(shè)置在光路空間22內(nèi)，色散單元202包括準(zhǔn)直反射鏡2021、轉(zhuǎn)輪反射鏡2022、光柵(圖未示)和聚光鏡2023，其中：準(zhǔn)直反射鏡2021、轉(zhuǎn)輪反射鏡2022和聚光鏡2023采用平凹反射鏡增加光路在光具座內(nèi)的光程；轉(zhuǎn)輪反射鏡2022還可調(diào)節(jié)光路的角度。收集探測單元203包括探測器收集棱鏡2031、濾光光纖2032、探測器增強(qiáng)器2033和探測器2034，其中：探測器收集棱鏡2031增加光路的光通量，盡可能多的收集光信號，然后將收集的光信號傳輸至濾光光纖2032；濾光光纖2032收集并過濾光信號并傳輸至探測器增強(qiáng)器2033；探測器增強(qiáng)器2033將光信號轉(zhuǎn)換為電信號并放大傳輸至探測器2034；探測器2034采集放大電信號并傳輸至上位機(jī)軟件系統(tǒng)2的數(shù)據(jù)輸入端。光具座20內(nèi)的光路順序為光纖接口201—準(zhǔn)直反射鏡2021—轉(zhuǎn)輪反射鏡2022—光柵—聚光鏡2023—探測器收集棱鏡2031—濾光光纖2032—探測器增強(qiáng)器2033—探測器2034。由圖2可看出，光具座20內(nèi)光路空間22的光路采用交叉式設(shè)計，從而保證了微型光纖光譜儀光程的需要。交叉式光路設(shè)計保證光譜儀的光路在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)多次反轉(zhuǎn)，達(dá)到雖然體積微小，然而光程長度并不短的特點，保證了光譜儀的精度和分辨率。圖3是本實用新型的實施例的探測器的量子效率示意圖，量子效率用于描述傳感器對不同波長光的響應(yīng)，量子效率越高則探測器CCD在300nm-1000nm波段的靈敏度越好，由圖可知背照薄片CCD的量子效率最高為90％(背照式增強(qiáng)現(xiàn)實的量子效率為70％，但是曲線更平緩)；前照薄片CCD的量子效率最高為40％；膠卷和人眼的量子效率最高為20％。本實用新型實施例提供的模塊化、配置可調(diào)的光譜儀的原理為：如上述公式(1)所示，為保證最大的光譜儀分辨率，光具座20內(nèi)的光程越大及波長范圍越大，光譜儀分辨率越高；探測器2034的像素數(shù)越高則分辨率越低；狹縫2011的寬度越大則分辨率越差；光柵的刻線越密，分辨率越高，但是光譜的范圍越小。實施例2本實施例2中提供的光譜儀的狹縫2011的寬度分別為5微米、10微米、25微米、50微米、100微米、200微米或400微米。圖4是本實用新型實施例中不同狹縫寬度對應(yīng)的信號強(qiáng)度示意圖，其中狹縫2011的寬度分別為5微米、10微米、25微米、50微米、100微米、200微米和400微米?？梢钥闯霾煌莫M縫寬度對應(yīng)著不同的信號強(qiáng)度曲線，狹縫2011的寬度越大，信號強(qiáng)度曲線的峰值越高，用戶可根據(jù)檢測需求選擇不同寬度的狹縫。實施例3本實施例3中提供的光譜儀的光柵密度為600條/mm-2400條/mm，可以選擇以下七款光柵進(jìn)行分光，光柵密度及對應(yīng)的最大效率見表1。表1可選光柵密度和最大效率本實用新型實施例提供的光譜儀的特點在于模塊化的光柵可選結(jié)構(gòu)，即用戶可以根據(jù)自己的預(yù)算和需求選擇需要的光柵進(jìn)行分光。實施例4本實施例4提供的光譜儀的探測器包括以下探測器種類，不同探測器及相應(yīng)的波長范圍見表2。表2可選檢測器及波長范圍檢測器波長范圍線性硅CCD陣列探測器200-1100nm背薄式面陣CCD探測器200-1100nm線性陣列InGaAs探測器900-2500nm本實用新型實施例提供的光譜儀的特點在于模塊化的探測器可選結(jié)構(gòu)，即用戶可以根據(jù)自己的預(yù)算和需求選擇需要的探測器2034?？蛇x擇的探測器2034包括線性硅CCD陣列、背照薄片CCD和線性陣列InGaAs探測器。用戶根據(jù)不同的需求選擇不同的探測器2034，更好的滿足了不同用戶在不同檢測需求下的對光譜儀的選擇。以上僅為本實用新型較佳實施例，并不用于局限本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所做的修改、等同替換和改進(jìn)等，均需要包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3