本實(shí)用新型涉及一種近紅外外腔半導(dǎo)體激光光源波長調(diào)諧裝置，該裝置可為獲取石油產(chǎn)品的高分辨率近紅外光譜提供所需的高分辨率波長。

背景技術(shù)：

近紅外光譜分析技術(shù)具有無損、快速等特點(diǎn)，已成為石油產(chǎn)品成分分析領(lǐng)域的一種重要方法。目前，石油產(chǎn)品近紅外檢測主要采取全譜測量方法，波長范圍較寬(約750nm～1600nm)，波長分辨率很難提高，致使高分辨率的近紅外光譜難以獲得，這已成為石油產(chǎn)品光譜分析的瓶頸問題之一。石油產(chǎn)品主要組分為各種不同的C-H基團(tuán)化合物，各C-H基團(tuán)化合物在近紅外光譜區(qū)具有明顯的特征波長范圍，如甲基為913nm、烯烴為895nm、亞甲基為934nm、芳烴為875nm等，而在其它非特征波長范圍吸收較弱，所以，只要獲得相應(yīng)特征波長范圍的高分辨率光譜信息，即可實(shí)現(xiàn)石油產(chǎn)品成分或性質(zhì)的高精度檢測。而提高特征波長范圍的波長分辨率是獲得特征波長范圍內(nèi)高分辨率光譜信息的前提。近紅外外腔半導(dǎo)體激光光源具有強(qiáng)度高，波長范圍窄的特點(diǎn)，其可以提供石油產(chǎn)品近紅外光譜檢測所需的特征波長范圍。對近紅外外腔半導(dǎo)體激光光源的波長進(jìn)行高分辨率調(diào)諧，可為石油產(chǎn)品近紅外光譜檢測提供所需的高分辨率波長，這對于獲得高分辨率的石油產(chǎn)品近紅外特征光譜有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計一種近紅外外腔半導(dǎo)體激光光源波長調(diào)諧裝置，以獲得石油產(chǎn)品近紅外光譜分析獲取所需的高分辨率特征波長，其特征在于：

激光光源1及相應(yīng)的準(zhǔn)直鏡2相對應(yīng)并成環(huán)形排列，兩者固定在環(huán)形機(jī)構(gòu)3的周向位置；

環(huán)形機(jī)構(gòu)3的軸4設(shè)置在環(huán)形機(jī)構(gòu)3的中心位置，軸4通過軸承5與支撐架6相連接，以保證環(huán)形機(jī)構(gòu)3的角度調(diào)整；

伺服電機(jī)A7通過軸4上的齒輪8與環(huán)形機(jī)構(gòu)3嚙合，控制環(huán)形機(jī)構(gòu)3的轉(zhuǎn)動；

位置檢測器9設(shè)置在環(huán)形機(jī)構(gòu)3的端面上，步進(jìn)電機(jī)A7與位置檢測器9構(gòu)成閉環(huán)，以保證激光光源1依次轉(zhuǎn)動到工作位置；

閃耀光柵10固定在旋轉(zhuǎn)軸11上，并通過軸承12固定在支架13上；處于工作位置的激光光源1發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直鏡2照射到閃耀光柵10上，與光柵10處于同一水平線的激光光源1處于工作位置；

角度檢測器16設(shè)置在閃耀光柵10上，伺服電機(jī)B14與旋轉(zhuǎn)軸11通過齒輪15嚙合，并與角度檢測器16構(gòu)成反饋系統(tǒng)，同時伺服電機(jī)B14控制閃耀光柵10的工作角度；閃耀光柵10角度調(diào)整到與工作光源1的波長相匹配的位置時，工作光源1到光柵10的入射角與衍射角相等，處于工作位置的激光光源1與閃耀光柵10形成外腔諧振；

閃耀光柵10的反射光由聚光透鏡17接收并聚焦，聚焦的單一波長光由集光器18收集。

本實(shí)用新型裝置的所有部件均裝載對光線密閉的箱體19內(nèi)，箱體19內(nèi)的角度傳感器16、位置檢測器9信號及伺服電機(jī)A7及伺服電機(jī)B14的控制信號通過電纜20與箱體外部的控制系統(tǒng)21相連。

環(huán)形機(jī)構(gòu)3最多安裝六個激光光源1，波長范圍為800～1050nm，間隔60度均勻排列在環(huán)形機(jī)構(gòu)3上，閃耀光柵10選擇GR50-1850型閃耀光柵，設(shè)計波長500nm，刻線數(shù)為1800/mm。

激光光源1為激光二極管。

本實(shí)用新型的有益效果：

1采用激光光源和閃耀光柵構(gòu)成外腔諧振，可以提高光能利用效率，有效解決常規(guī)光譜儀光源能效低的問題。

2只輸出C-H基團(tuán)的特征波長范圍附近的波長，可對滿足絕大部分石油產(chǎn)品的光譜測量需求，降低了光譜特征維數(shù)，避免全譜測量造成的冗余大，易引入噪聲等問題，節(jié)省了后續(xù)數(shù)據(jù)處理的時間。

(3)具有較高的波長分辨率，降低了光譜重疊對石油產(chǎn)品測量產(chǎn)生的影響，可提高C-H集團(tuán)物質(zhì)的檢測質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型裝置的原理示意圖。

圖2為本實(shí)用新型裝置的環(huán)形機(jī)構(gòu)前視圖。

圖3為本實(shí)用新型裝置的環(huán)形機(jī)構(gòu)左視圖。

圖4為本實(shí)用新型裝置的激光光源組件示意圖。

圖5為本實(shí)用新型裝置的光柵組件示意圖。

具體實(shí)施方式

下面以提供石油產(chǎn)品中甲基檢測，中心波長約為913nm，所需波長為例詳述本實(shí)用新型：可調(diào)諧近紅外外腔半導(dǎo)體激光光源波長選擇裝置主要由環(huán)形機(jī)構(gòu)組件，光柵組件，聚光透鏡，集光器等組成。參見附圖1，附圖2，附圖3和附圖4。設(shè)環(huán)形機(jī)構(gòu)3內(nèi)嵌光源1中心波長分別為850nm，875nm，895nm，915nm，935nm，950nm。

首先啟動外部控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)檢測及伺服電機(jī)參數(shù)初始化。

采用伺服電機(jī)A7對環(huán)形裝置進(jìn)行角度調(diào)整，使中心波長為915nm光源1處于工作位置，位置傳感器9與外部控制系統(tǒng)21及伺服電機(jī)A7構(gòu)成閉環(huán)保證調(diào)整的精確度。

使用伺服電機(jī)B14調(diào)整光柵10角度，調(diào)整方法如下：根據(jù)利特羅條件，若激光光源與光柵形成外腔諧振，則需要有光源1對光柵10的入射角與一級衍射角一致，此時計算的入射角范圍為54.36°～56.17°，對應(yīng)甲基特征波長913±10nm，所以，伺服電機(jī)B14快速將光柵10角度調(diào)整到54.36°，此時輸出波長為903nm，以此為起點(diǎn)，伺服電機(jī)B14每次將光柵10角度增加0.004°，此時裝置的輸出波長范圍為903nm～923nm，分辨率為0.05nm的分辨率。角度檢測器16與外部控制系統(tǒng)21及伺服電機(jī)B14構(gòu)成閉環(huán)控制角度調(diào)整的精度，伺服電機(jī)的參數(shù)可由外部計算機(jī)21調(diào)整，調(diào)整后波長分辨率最高可達(dá)0.01nm。

伺服電機(jī)B14的啟動由外部計算機(jī)21控制，當(dāng)伺服電機(jī)B14每轉(zhuǎn)過0.004°，伺服電機(jī)B14自動處于停止?fàn)顟B(tài)，外部計算機(jī)21發(fā)出啟動指令后伺服電機(jī)B14重新啟動，保證用戶有足夠的時間獲取所需的波長。

當(dāng)光柵10角度某一角度時，假設(shè)為55.27°，此時激光光源1發(fā)出光中只有波長為913nm的光與光柵10形成外腔諧振，光柵10的反射光波長也為913nm，該波長的光由聚光透鏡17接收，聚光透鏡17聚焦的光由集光器18收集，并可用于后續(xù)的甲基光譜檢測應(yīng)用。