CN101802573B - 用于测量移动样品材料的分光仪及其方法 - Google Patents

用于测量移动样品材料的分光仪及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于工业、农业、野外、商业及其它类似应用的在线测量的光学或红外(IR)分光仪。光学分光仪对于各种分析测量而言是非常有用的。为了获得实时信息需要进行在线操作，其例如对于过程自动化和质量控制需求而言是有用的。本发明基于下述光学设计，该光学设计被优化以用于测量在一定距离处的移动样品(3)，并且本发明包括用于使信号均化的光导(6)，用于定义多个测量波长的线性可变滤波器(11)、以及用于探测与不同波长相关的光学信号的线性探测器阵列(12)。还存在当分光仪在变化的环境条件下工作时，用于对所述线性探测器阵列(12)和所述线性可变滤波器(11)二者的工作温度进行冷却和稳定化处理的装置(13)。由于有被设计以使探测器处的辐射最大化的光学信号链，所提出的分光仪可以提供高的信噪比和高的速度。

Description

用于测量移动样品材料的分光仪及其方法
技术领域
本发明涉及一种适用于工业、农业、野外、商业及其它类似应用的在线测量的光学或红外(IR)分光仪。光学分光仪对于各种分析测量而言是非常有用的。为了获得实时信息需要进行在线操作，其例如对于过程自动化和质量控制需求而言是有用的。
更具体而言，本发明是基于被优化以用于测量在一定距离处的移动样品的光学设计，并且本发明包括用于信号均化的光导，用于定义多个测量波长的线性可变滤波器，以及用于探测与不同波长相关的光学信号的线性探测器阵列。
背景技术
经过最近的发展，可以得到小型分光仪模块，其基于光纤输入连接，该光纤输入连接将光提供给摄谱仪(其中光学器件基于衍射光栅)，并将光信号递送给用于探测的线性探测器阵列。在美国专利No.5159404中给出了这些分光仪模块的一个例子。由于有对波长的并行探测，这些分光仪已经成为用于实时分析测量的流行工具。然而，该技术被限制到较短的波长，在该较短的波长的情况下，可利用合适的、高性能的线性探测器阵列(Si探测器λ＜1100nm，InGaAs探测器λ＜1600nm)，以及在该较短的波长的情况下可利用高质量光纤(石英λ＜2300nm)。另一方面，在较长的近红外(NIR，高达2500nm)和IR波长(＞2500nm)处，存在大量的可利用的分析信息，当高性能且成本效率高的仪器变得可用时，可以使用该大量的可利用的分析信息来用于实时过程控制和质量监控。也针对较长红外波长提出了基于光纤的分光仪方案，然而，可利用的红外光纤昂贵且在机械方面易碎。
线性可变滤波器(LVF)是另一种用于实现分光仪光学器件的方法，其可以为基于线性探测器阵列的分光仪提供波长分离。美国专利No.5166755公开了一种分光仪装置，其包括图像转移光学器件或者透镜系统、光闸、感光元件的光电阵列，以及以与该阵列呈重叠关系设置的连续线性可变滤波器。线和面阵列被呈现作为感光阵列的选择。当采用后一选择时，阵列的二维被称为波长轴和空间轴，在该情况下，该发明可以用作用于空间应用的成像辐射计。该发明的另一个应用是通过单独的光源照明，该单独的光源旨在用作光谱反射计。然而，该系统不适合用于在线工业测量，其经常需要监控快速移动的非均匀材料。在该应用中，沿波长轴的各像素将被成像在移动样品的不同的点上。用户将会把该情形看作所测量的光谱中的显著增加的噪声。此外，该发明并没有给出一种解决方案，其中可以使用冷却的较低噪声感光阵列，此外该冷却的较低噪声感光阵列对于尤其是在IR波长下的高速在线应用而言可能是非常重要的。
WO01/31304公开了一种用于光谱分析的集成光学探头，其旨在用于需要对较大样品区域(例如农产品的百分比浓度)进行光谱测量以及对诸如墙纸之类的样品进行色度计分析的应用。该给出的装置包括：设置在第一腔室中的多色光源，其被配置为采用大照明光斑尺寸来辐照样品；设置在第二腔室中的波长分离器，其分离接收到的不同波长的光；以及具有宽取景孔的探测器，其也设置在第二腔室中，并被定位以接收来自波长分离器的光，以便探测在多个所选波长处的强度。提出线性可变滤波器以用于波长分离器，并提出线性探测器阵列以用于探测设备。在优选实施例中，存在用于照明和探测腔室二者的单独的窗口以实现一种结构，在该结构中，在样品测量期间，来自探测装置自身内部的探测器无法接收来自灯的杂散光。此外，在探测腔室中，在从所辐照的样品接收的光的路径上设置漫射器，从而确保只测量光谱信息而不对样品成像。对于需要高空间分辨率、高测量速度以及同时存在的高信噪比的在线测量而言，本发明不是最优的。对样品上较大区域的照明导致样品上的辐射或亮度的减小，并最终导致较低的信噪比。在探测腔室中还存在高的光学损失，因为只有从样品反射的光中的一小部分进入到波长分离和探测设备。使用漫射器将产生所探测到的信号的进一步的损失，所有这些特征导致被损害的信噪比性能，尤其是在需要高速即短的积分时间时，对于用于过程自动化目的的在线测量而言经常是如此。
美国专利No.6505775公开了一种具有增强的LVF分光仪的生产数据采集器，其旨在用于与产品检验设备相结合地识别未采用条形码进行标记的生产物品。根据该发明的典型分光仪包括：线性可变滤波器，其将入射光分成具有不同波长的多个部分；靠近线性可变滤波器的光电探测器，其对光部分进行取样并产生包含信息的电信号；具有足以使由线性可变滤波器的内表面引起的散射最小化的宽度的光学狭缝部件；以及在光学狭缝部件上方的滤波器，其过滤出在工作波长范围以外的光。如果考虑在一定距离处移动的样品板或样品带上的在线光谱学，则该发明也具有若干缺陷：没有办法对所测量的辐射进行有效均化，在这样的情况下，样品移动和距离变化可能导致所测量的光谱中的赝象。此外，没有办法来稳定波长轴和所测量的信号电平以抵御线性可变滤波器和线性探测器阵列中的热导致变化。同时，由于光学采集损失，即呈现在样品上的照明辐射没有被直接成像在线性可变滤波器和线性探测器阵列上，所以信号电平和信噪比得以减小。
EP1498708A1公开了一种小封装传感器单元，其用于非破坏性地检查物体的内部品质(包括成分)，其旨在检查水果、蔬菜、植物叶子、鱼、肉等等。该传感器单元通过光纤束来接收从检查光源发出并漫透射通过检查物体的光，利用光谱方法将接收到的光分离成光谱，并通过阵列型传感器检查该光谱以得到检查物体的内部品质，其中，在光纤束之后提供光漫射器、连续可变干涉滤波器和光电转换单元。此外，光纤束中的光纤被拧在一起，以均匀化所接收到的光中的不规则性。在优选实施例中，还存在由光学玻璃组成的光漫射器，在该光漫射器中，该光漫射器将从光纤束的光发射端传入的光漫反射，并在与连续可变干涉滤波器相对的一侧将光射出。然而，对于在一定距离处的测量即在线应用而言，该发明不是最优的，因为在光纤束中接收到的光随着测量距离的增加而迅速减少。在线应用要求分析结果不受通过的样品流的距离变化影响。此外，由于基于光纤的设计，所以该传感器最适合用于由石英光纤传输的较短波长，而不太适用于需要红外光纤的较长波长(＞2300nm)。
美国专利No.6420708B2公开了一种在测量中使用的、采用探测器阵列的光谱学分析仪，其使用了衰减全反射(ATR)技术。该发明的典型实施方式包括细长光源、样品台、用于产生光谱的设备以及感光元件阵列。在优选实施例中，ATR晶体用作样品台，并且线性可变滤波器用作用于产生光谱的设备。ATR技术还允许在红外波长下进行测量，但是其被限制为使样品与ATR晶体接触，例如液体测量。因此，该发明不适合用于在离通过的样品板或样品带一定距离处进行在线测量。
WO2004/013621公开了一种用于对固体、液体或气体介质进行IR光谱测定分析的设备。根据该发明的处理探头包括至少一个光源、至少一个连接到样品的光波导、线性可变滤波器、至少一个探测器以及调节器/分析单元。在测量操作期间，光入射到线性可变滤波器的规定区域中，随后探测器移动到相对于线性可变滤波器的不同位置中，并且调节器/分析单元根据由探测器元件提供的测量值来确定介质的光谱。根据操作原理，该分光仪记录在一段时间内的扫描操作中的光谱。因此，对于针对快速移动的非均匀材料进行测量而言，该分光仪不是最优的，因为不同波长被记录在样品的不同点上，其造成所测量的光谱中的“移动-样品噪声”。
上面总结的背景技术不符合用于过程自动化应用的典型在线测量的要求。本发明的目的在于给出一种分光仪解决方案，该分光仪解决方案
-可以在离移动的样品板或样品传送器一定距离处(在线)使用，同时避免由于样品移动和距离变化而引起的光谱中的赝象
-使得到好的空间分辨率即小的测量区域
-在保持高信噪比的同时使得到高的测量速度
-提供使用用于低噪声探测的热电冷却探测器阵列的可能性
-避免光纤耦合分光仪的波长限制
-避免由于变化的工作温度引起的信号和波长二者的偏移。
发明内容
本发明的目的在于给出一种适于对移动样品材料进行在线光谱测量的方法和装置，其避免了前述缺陷。
本发明的方法的特征在于：使用宽带光学辐照来照射在一定距离处移动的样品材料的小区域，收集从样品透射、散射或反射之后的部分辐射，将该辐射接收到光导的输入端中，通过在光导内部的多次反射来均化该辐射，从光导的出口端将该辐射传输到传感器模块，使用线性可变滤波器将该辐射分离成不同的波长，针对每个波长使用线性探测器阵列将光辐射转换为可测量的电信号，将来自像素的电信号处理为光谱信息，并且当分光仪在变化的环境条件下工作时，通过对线性探测器阵列和线性可变滤波器二者的工作温度进行冷却和稳定化处理来最终保持该光谱信息稳定，该光谱信息包括光谱值和波长。
根据本发明的装置的特征在于：宽带光源，其用于将辐照递送至在一定距离处移动的样品材料的小区域；具有输入端和出口端的光导，其将来自样品的经背反射、散射或透射的辐射接收至入射端，并且在光导内部的多次反射之后，将该辐射空间地均化至出口端；线性可变滤波器，其接收来自光导出口端的被空间地均化的辐射，以便将宽带辐射分成波长成分；线性探测器阵列，其用于将光辐射转换为可测量的电信号，其中阵列的每个像素接收不同的波长成分；用于将来自像素的电信号处理为光谱信息的装置；以及传感器模块，其包括线性可变滤波器，线性探测器阵列，以及当分光仪在变化的环境条件下工作时、用于对线性探测器阵列和线性可变滤波器二者的工作温度进行冷却和稳定化处理的装置。
在优选实施方式中，线性可变滤波器被支撑以与线性探测器阵列紧密连接，并且在传感器封装内部，对滤波器和探测器阵列二者进行冷却以及温度稳定化处理。线性探测器阵列可以广泛地与集成的冷却设备一起使用，以便使信噪性能最优化，并且线性可变滤波器可以集成到温度受控的体积中。例如，光电导的HgCdTe(或者MCT或者碲镉汞)阵列可用作线性探测器阵列，且可用于最优的性能，这些可以被冷却为工作温度。通常将利用来自附着到探测器阵列的温度传感器的反馈来调节该分光仪中使用的冷却设备。该反馈被馈送到温度控制器，并且用于调节温度稳定化设备的冷却(或加热)功能。这些冷却和稳定化处理特征的优点将在下面做更详细的论述。
还有很多细节，其可以用来改善本发明的性能。优选的是，光导的横截面为矩形，原因有二：1)为了使空间滤波或均化效果最大化和2)为了使随后的从矩形出口端到线性探测器阵列的耦合损耗最小化，还具有矩形的总区域。此外，光导的横截面中的至少一个尺寸可以被设计成朝向光导的末端减小，以便压缩并增加辐射的角展度，其可用于增加线性探测器阵列处的信号电平。
在更优选的实施方式中，可以在样品和光导之间实现光学设备，以用于收集来自在一定距离处的样品的经背反射、散射或者透射的辐射，并将该辐射成像到光导的输入端中。可以以类似的方式在光导和传感器模块之间实现另一光学设备，以用于将出现在光导出口端处的辐射成像并放大到传感器模块中。第二光学设备对于将辐射耦合至经冷却或温度稳定化处理的探测器阵列而言是非常有用的，其需要在阵列前面的用于热隔绝的空气或真空隙，否则将导致较大的光损失。包含这些光学设备的根据本发明的分光仪使得可以最大化线性探测器阵列处的信号，这将在下面更详细地加以论述。
在另一优选实施方式中，读出电子设备被集成到传感器封装内部。在这种情况下，读出电子设备包括用于每个像素的单独的前置放大器以及多路复用器，以便将来自多于一个的像素放大器的信号输出组合至一个输出线，有效地减少了来自传感器封装的馈电槽的数量。这对于制造具有大量像素的传感器模块而言是实用的。此外，集成的读出电子设备也减少了在放大器输入端中的噪声拾取。
在另一优选实施方式中，在光源中实现调制设备(如斩波轮(chopperwheel))以产生由至少一个频率成分组成的时间调制辐照，并且分光仪中包括锁定探测(即相敏探测)装置，以恢复在线性探测器阵列的每个像素处出现的信号振幅。众所周知，当在给定的积分时间内保持接近于最佳的信噪性能时，该锁定探测对于避免来自各种噪声源(包括荧光照明)的干扰而言是非常有效的。
本发明的优点
本发明的一个优点在于来自光源的辐射被引导到样品上的小区域上，其导致了样品上的高辐照度(W/m2)。在透射或反射后，样品通常将该辐射散播为半球，其将被该分光仪中的第一光学设备视为辐射率(W/m2sr)。本发明的更进一步的优点在于：仅仅在第一光学设备内、光导内及第二光学设备内发生了较小的透射和反射损耗后，该辐射被顺序地成像并且最终被透射(而不是散播)至线性可变滤波器和探测器阵列。此外，在线性可变滤波器处的系统的f数或者NA(数值孔径)被最大化到目标分辨率(光谱带宽)所允许的限度。结果是，所提出的分光仪提供了非常接近于最大值的信号，该信号可以采用所选的光源、给定的样品、所选的探测器阵列和目标光谱分辨率来实际获得。由于有被设计为使探测器处的辐射最大化的光学信号链，所提出的分光仪可以提供高的信噪比和高的速度。
系统的第二个优点是：多次反射后的光导或多或少对从样品接收的线图像(line image)进行完全地均化。因此，出现在光导的出口端处、并且之后被成像在线性可变滤波器上的光辐射在线性可变滤波器的长度上是基本不变的。这意味着，移动样品中的任何空间差别将不会被成像在所测量的光谱中。其次，到移动样品的距离的变化(轧制线(pass line)变化)同样也不会导致所测量的光谱中的赝象。结果是，光学“移动-样品噪声”被很有效地最小化。
系统的第三个优点是，当分光仪在变化的环境条件下工作时，在传感器模块级处对信号和波长轴二者进行温度稳定化处理。由于光学材料的热膨胀和折射率的温度依赖性而导致所有干涉滤波器(包括线性可变滤波器)的波长特性随着工作温度而偏移特定量。将线性可变滤波器集成至温度稳定化的体积中避免了该缺陷。此外，对线性可变滤波器进行冷却减少了由滤波器发出的热背景辐射，并且这最终减少了由探测器像素所见的热背景辐射，从而导致阵列中噪声的减少以及分光仪的信噪比的提高。除此之外，对探测器阵列的冷却优化了阵列的信噪性能。此外，工作温度的反馈控制保持在线性探测器阵列处的稳定的温度，并使像素的电-光响应的任何偏移最小化。信号和波长轴二者的稳定化对于设计分光仪以用于在变化的环境条件下工作是很有益的。事实上，只有很少的前述已知分光仪技术可以提供温度稳定的波长刻度和波长轴。
附图说明
图1是根据本发明的优选分光仪的示意图示
图2呈现了在沿光学路径的不同点处的辐照横截面
图3呈现了中空反射光导的结构
具体实施方式
图1呈现了根据本发明的优选分光仪。辐射源1和调制设备2被示为用于产生样品3上的时间调制的辐照。典型方案可以使用卤素灯作为辐射源，并且使用被设计为具有叶片或孔的马达驱动斩波轮，以顺序地中断光束、并以调制频率产生时间调制的辐照，其对于线性探测器阵列12和信号处理电子装置14而言是最优的。此外，存在光学设备5以用于收集来自样品上的被照亮区域3中的实际测量区域4的、经背反射或透射的辐射。实际上，该光学设备表示存在于样品上的进入光学光导6的输入端中的辐射，因此使辐射(类似于可见辐射的亮度)中的任何损耗最小化。光学设备5可以被实现为合适的透镜或透镜系统。更优选的，设备5可以被实现为反射镜或反射镜系统，因为如果采用合适的反射涂层(例如金涂层)加以实现，则该方案会提供在宽波长范围上使用相同的光学器件的可能性。随后，光信号行进穿过光导6，该光导6的目的是为了过滤掉样品的空间图像的任何特征，否则该任何特征会在所测量的光谱中产生所谓的“移动样品”噪声。将在光导中行进的辐射设计为多次碰撞壁，其中该辐射根据光导的结构而被反射或折射。将光导设计为具有矩形横截面，如前所述。之后，出现在光导的出口端处的辐射被第二光学设备7收集，并被作为该辐射的被放大的图像透射出到传感器模块9上。在传感器模块处，光线穿过窗口10、线性可变滤波器11，且最终由线性探测器阵列12的各像素来探测经滤波的辐射，以便提供所测量样品的光谱的电信息。传感器模块包括用于对探测器阵列和线性可变滤波器进行冷却及温度稳定化处理的装置13。如前所述，调节器电路(如PI控制器)也连接到传感器模块，但没有在该示意图中示出。为了得到最佳性能，调整第二光学设备7的放大率，以从由半角8限定的角锥内照亮线性可变滤波器11。通常基于光谱分辨率和信噪比的应用要求来选择该半角，因为增加角度将改善信号和信噪比，反之减少角度则改善波长分辨率。最后，在信号处理电子装置14中，在线性探测器阵列中探测的电信号被放大、被电滤波及数字化。读出电子装置可以被集成到传感器封装内部，但是其没有在该示意图中示出。优选的是，信号处理包括如前所述的所谓的锁定(相敏)探测，其针对每个像素输出仅对应于时间调制照明的频率的信号振幅。
图2旨在通过呈现在分光仪的光学路径中的不同点处的辐照横截面，来阐明所提出的装置的光学成像特性。在截面A中，有被宽带光源照亮的较大区域3。只有部分该区域被第一光学设备3看到，其被示为矩形区域4。可以优选的是，在进入光导6之前减小辐照横截面的大小，从而使光导的尺寸最小化。这可以在横截面B中看出，该横截面B具有与横截面A相比相同的形状但更小的大小。值得考虑的是，当减小横截面的面积时，光束的角展度将会增加。这是基于图像的辐射测量术中的已知原理，根据该原理，在光学系统中集光率或通过量(throughput)Φ是不变量，且被按如下方式定义：
Φ＝Ω1×A1＝Ω2×A2             (1)
其中A1和A2指的是光学系统中的两个图像的面积，而Ω1和Ω2是在相同位置处的光辐射的立体角。进一步沿着信号路径，截面C示出了光导出口端处的辐照的横截面。在图2中所示的情形下，横截面的长度保持相同，然而横截面的宽度被减小(与前述的横截面B相比)。换言之，将光导的横截面面积设计为通过逐渐改变横截面的至少一个尺寸而朝向出口端减小。由于压缩朝向出口端并且随后到线性探测器阵列的光学辐射的效果，所以这是有益的。参照等式1可以清楚地看到，该空间压缩效果伴随着光束角度的增加。因此，只要不超过最大角度(图1中的8)，就可以实现上述好处。最后的横截面D示出了传感器模块处的情形，其中可以看出，线性可变滤波器11被排列在线性探测器阵列12上。有利的是，被递送到传感器的辐射图像大于探测器区域(为了完全照亮所有像素)但小于LVF区域(为了不照亮可能产生散射的杂散光的滤波器边缘)。根据本发明，可以通过设计第二光学设备7中的合适的放大率的量来最优化针对截面D的照明。
图3呈现了用于均化红外辐射的光导的有利设计。当由金属镜组件代替玻璃材料制造光导时，可以降低光导的价格，所述玻璃材料在IR区具有好的透射性质，如蓝宝石。最重要的特征是光导的形状精确度和表面1处的表面粗糙度。尺寸2，3和4固定了光导的形状。台阶4的重要性在于获得较大的用于抛光的区域3以便简化抛光处理。形状精确度可以通过对衬底进行精确CNC机械加工而轻松获得。当抛光时，只有沿着光导的边缘5可以经受磨圆。如果该部分被首先抛光(该部分还可以是非自身(off-self)的反射镜，金属或玻璃)并被机械加工为正确的形状，则也可以减少磨圆。最终，如6中可见，由四个不同的部分来制造中空光导。

Claims (19)

1.一种用于测量来自在一定距离处移动的样品材料的信息的分光仪，该分光仪包括：
a)宽带光源，其用于将辐照递送至在一定距离处的移动样品材料上的小区域；
b)具有输入端和出口端的光导，其将来自样品的经背反射、散射或透射的辐射接收至输入端，并且通过光导内部的多次反射，将该辐射空间地均化至出口端以过滤掉移动样品材料的空间图像的特征；
c)线性可变滤波器，其接收来自光导出口端的被空间地均化的辐射，以便将宽带辐射分为波长成分；
d)线性探测器阵列，其用于将光学辐射转换为可测量的电信号，其中所述阵列的每个像素接收不同的波长成分；
e)用于将来自像素的电信号处理为光谱信息的装置；和
f)传感器模块，其包括所述线性可变滤波器、所述线性探测器阵列、以及当分光仪在变化的环境条件下工作时，用于对所述线性探测器阵列和所述线性可变滤波器二者的工作温度进行冷却和稳定化处理的装置。
2.如权利要求1中的分光仪，其中，在所述样品和所述光导之间实现光学设备，以便收集来自在一定距离处的所述样品的经背反射、散射或透射的辐射，并且将该辐射成像到光导的输入端中。
3.如权利要求2中的分光仪，其中，所述光学设备被实现为反射元件或元件系统。
4.如权利要求1中的分光仪，其中，在所述光导和所述传感器模块之间实现另一光学设备，以用于将出现在所述光导的出口端处的辐射成像并放大到所述传感器模块中。
5.如权利要求4中的分光仪，其中，所述光学设备被实现为反射元件或元件系统。
6.如权利要求1中的分光仪，其中，所述光导中的内部横截面为矩形。
7.如权利要求1或6中的分光仪，其中，所述光导的出口端的形状基本上与所述线性探测器阵列的总的光敏区域的形状相同。
8.如权利要求4中的分光仪，其中，选择权利要求4中的光学设备的放大率，以完全照亮所述线性探测器阵列，但是不照亮所述线性可变滤波器的边缘。
9.如权利要求1中的分光仪，其中，所述光导被实现为中空结构，该中空结构由具有用高反射材料覆盖的内表面的至少两个单独部分组成。
10.如权利要求1中的分光仪，其中，所述光导中的横截面的至少一个尺寸朝向所述出口端减小，以便压缩辐射。
11.如权利要求1中的分光仪，其中，在所述传感器模块中集成读出电路，其具有针对每个像素的单独的放大器，以及将多个像素连接至一条输出线的多路复用器。
12.如权利要求1中的分光仪，其中，在所述光源中实现调制装置，以产生由至少一个频率成分组成的时间调制辐照，并且在所述分光仪中包含锁定探测装置，以恢复出现在所述线性探测器阵列的每个像素处的信号振幅。
13.一种用于测量来自在一定距离处移动的样品材料的光谱信息的方法，该方法包含以下步骤：
a)由宽带光源照射在一定距离处的移动样品材料上的小区域；
b)将来自所述样品的经背反射、散射或透射的辐射接收至光导的输入端，并且通过光导内部的多次反射，将该辐射空间地均化至出口端以过滤掉移动样品材料的空间图像的特征；
c)利用线性可变滤波器接收来自所述光导的出口端的、被空间地均化的辐射，并将宽带辐射分为波长成分；
d)在线性探测器阵列中将光学辐射转换为可测量的电信号，其中所述阵列的每个像素接收不同的波长成分；
e)将来自所述像素的电信号处理为光谱信息；和
f)当分光仪在变化的环境条件下工作时，通过对线性探测器阵列和线性可变滤波器二者的工作温度进行冷却和稳定化处理，来保持所述光谱信息稳定，所述光谱信息包括光谱值和波长。
14.如权利要求13中的方法，进一步包括：利用在所述样品和所述光导之间实现的光学设备来收集来自所述样品的经背反射、散射或透射的辐射、并且将该辐射成像到光导的输入端中的步骤。
15.如权利要求13中的方法，进一步包括：利用在所述光导和传感器模块之间实现的另一个光学设备、来将出现在所述光导的出口端处的辐射成像并放大到所述传感器模块中的步骤，所述传感器模块包括所述线性可变滤波器、所述线性探测器阵列、以及当分光仪在变化的环境条件下工作时，用于对所述线性探测器阵列和所述线性可变滤波器二者的工作温度进行冷却和稳定化处理的装置。
16.如权利要求15中的方法，其中，选择权利要求15中的光学设备的放大率，以完全照亮所述线性探测器阵列，但是不照亮所述线性可变滤波器的边缘。
17.如权利要求13中的方法，其中，与所述输入端相比，通过减小横截面的至少一个尺寸，来朝向所述出口端压缩在所述光导中行进的辐射。
18.如权利要求13中的方法，其中，利用被集成到传感器模块中的读出电子装置来放大来自每个像素的信号，并将这些信号中的多个信号多路复用至一条输出线，所述传感器模块包括所述线性可变滤波器、所述线性探测器阵列、以及当分光仪在变化的环境条件下工作时，用于对所述线性探测器阵列和所述线性可变滤波器二者的工作温度进行冷却和稳定化处理的装置。
19.如权利要求13中的方法，其中，来自所述光源的辐照被调制为至少一个频率成分，并且利用锁定探测方法来恢复出现在所述线性探测器阵列的每个像素处的信号振幅。
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