CN102768199A

CN102768199A - 一种快速测量材料透射率或反射率的小型光谱仪

Info

Publication number: CN102768199A
Application number: CN2012102502395A
Authority: CN
Inventors: 张师平; 陈森; 吴平
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2012-11-07

Abstract

一种快速测量材料透射率或反射率的小型光谱仪。包括以多组单色LED为主要部件的发光单元、以硅光电二极管（或硅光电池、光敏电阻等）为主要部件的光强采集单元以及结果显示单元。其特征在于，（1）由单色LED作为发光单元，无需普通光谱仪中复杂的发光部件，极大的缩减了光谱仪的成本，并提高了仪器的稳定性；（2）由硅光电二极管作为光强的采集部件具有较高的仪器灵敏度，同时具有电路简单、成本低廉等特点；（3）实验装置既可以制作成一整台光谱仪，也可以作为三个分离的模块组合使用，使用者可以根据实际情况选择不同模块完成测量，具有很高的灵活性。本发明结构简单，稳定性高，操作简便，造价低廉，能耗低，使用寿命长，携带方便。

Description

一种快速测量材料透射率或反射率的小型光谱仪

技术领域

本发明属于光谱测试装置技术领域，提出了一种简易、便宜、便携的小型光谱仪实验装置。

背景技术

一般的光谱仪是由光路系统、分光设备、光强采集设备以及信号处理设备组成，这些系统不仅设计复杂、价格昂贵，而且设备沉重不便于携带。发光二极管（LED）是近几年来迅速崛起的半导体光电器件，它具有单色性好、亮度高、发光响应速度快、驱动电路简单等优点，被广泛用于汽车、手机、显示屏、电子仪器等系统的照明。而硅光电池作为光伏器件具有较宽的光谱响应范围可以作为光电探测器使用。两者的结合使一种简单、便携的小型光谱仪的设计成为可能。

发明内容

本发明的目的是提出一种采用单色发光二极管（LED）作为光源、采用硅光电二极管（或硅光电池、光敏电阻等）作为光强的采集单元小型光谱仪。本装置用单色LED作为光谱仪的光源，无需大型光谱仪中复杂的分光部件，简化了光谱仪的结构，降低了成本，提高了稳定性；用硅光电二极管作为光强的采集部件（或硅光电池、光敏电阻等），具有较高的仪器灵敏度，同时也具有电路简单、成本低廉等特点。

一种快速测量材料透射率或反射率的小型光谱仪，光谱仪包括：多组单色LED发光单元、光强采集单元以及结果显示单元；

所述发光单元的结构为：单色发光二极管（LED）焊接在LED铝基板及其散热器上，并在单色发光二极管上装有LED透镜，将装有铝基板的LED固定在发光单元底座底座上并用导线与发光单元接线柱相连。使用时将发光单元接线柱外接恒流源，为LED提供稳定电力；LED铝基板及其散热器可以将LED工作中发出的热量有效消除，保证了LED工作的稳定性；LED透镜可将LED发出的单色光汇聚形成近平行光。本装置选取不同发光波长的单色LED组成发光单元，波长选取范围可以从200nm到1100nm甚至更宽。

所述光强采集单元的结构为：硅光电二极管及其外围电路（硅光电池或光敏电阻）固定在光强采集单元底座上并使用导线与光强采集单元接线柱相连。硅光电二极管（硅光电池或光敏电阻）可以将光信号转换为电信号经过外围电路的处理可以对电信号进行调制、放大。

所述结果显示单元的结构为：数字电压表或数字表、调节旋钮及其外围电路安装在结果显示单元底座上并与结果显示单元接线柱用导线相连。

工作时，单色光源发出单色光照射在被测材料上，部分光线被材料反射或者吸收，剩下的部分光透过材料照射在光强采集单元上，光强采集单元将光强转换成电信号显示在相对光强的结果显示单元上。

本装置与现有普通光谱仪相比具有以下特点：

1) 本装置采用单色LED作为发光单元，无需普通光谱仪中复杂的分光部件，在市场上有很多不同中心波长的LED可供选择，为本装置的适用性提供了有力的保障，同时缩减了仪器的成本，提高了仪器的可靠性；

2) 本装置采用硅光电二极管作为光强的采集部件，具有仪器灵敏度高、电路简单、成本低廉等特点；

3) 本装置的三部分模块既可以制作成一整台光谱仪，也可以作为三个分离的模块组合使用。使用者可以根据实际情况选择不同模块完成测量，具有很高的灵活性；

4) 本装置具有结构简单，稳定性高，操作简便，造价低廉，能耗低，使用寿命长，携带方便等特点。

附图说明

图1发光单元结构示意图。

图2光强采集单元结构示意图。

图3结果显示单元结构示意图。

图中：1、发光单元接线柱，2、LED铝基板及其散热器，3、单色发光二极管（LED），4、LED透镜，5、光强采集单元接线柱，6、硅光电二极管及其外围电路，7、数字电压表或数字电流表，8、调节旋钮及外围电路，9、结果显示单元接线柱、10、发光单元底座，11、光强采集单元底座，12、结果显示单元底座。

具体实施方式

图1～3分别为本装置的发光单元、光强采集单元和结果显示单元。

如图1所示，发光单元的结构为：单色发光二极管（LED）3焊接在LED铝基板及其散热器2上，并在发光二极管3上装有LED透镜4，将装有铝基板的LED固定在发光单元底座10上并用导线与发光单元接线柱相连1。使用时将发光单元接线柱1外接恒流源为LED提供稳定电力；LED铝基板及其散热器2可以将LED工作中发出的热量有效消除，保证了LED工作的稳定性；LED透镜4可将LED发出的单色光汇聚形成近平行光。本装置选取不同发光波长的单色LED组成发光单元，波长选取范围可以从200nm到1100nm甚至更宽。

如图2所示，光强采集单元的结构为：硅光电二极管（硅光电池或光敏电阻）及其外围电路6固定在光强采集单元底座11上并使用导线与光强采集单元接线柱5相连。硅光电二极管（硅光电池或光敏电阻）6可以将光信号转换为电信号经过外围电路的处理可以对电信号进行调制、放大。

如图3所示，结果显示单元的结构为：数字电压表（或数字表）7、调节旋钮及其外围电路8安装在结果显示单元底座12上并与结果显示单元接线柱9用导线相连，与光强采集单元配合使用时可以将光强采集单元接收转换出的电信号显示出来。

本装置的发光单元、光强采集单元以及结果显示单元既可以制作成一个整体仪器使用，也可以作为三个分离的模块组合使用。在作为三个分离的模块搭配使用时，使用者可以根据实际需要搭配具有不同发光波长的发光单元进行实验，具有很高的灵活性；发光单元发出的单色光照射在被测样品上，可以通过光强采集单元对其透射光信号或反射光信号进行测量，这些光信号经过光强采集单元的处理转换为电信号，转换后的电信号可以通过结果显示单元直接给出测量结果，也可以使用计算机采集模块采集，通过虚拟仪器软件将该信号进行处理获得测量结果。

Claims

1.一种快速测量材料透射率或反射率的小型光谱仪，其特征在于光谱仪包括：多组单色LED发光单元、光强采集单元以及结果显示单元；发光单元的结构为：单色发光二极（3）即LED焊接在LED铝基板及其散热器（2）上，并在单色发光二极管（3）上装有LED透镜（4），将装有铝基板的LED固定在发光单元底座（10）上并用导线与发光单元接线柱（1）相连；

光强采集单元的结构为：硅光电二极管及其外围电路（6）固定在光强采集单元底座（11）上并使用导线与光强采集单元接线柱（5）相连；

结果显示单元的结构为：数字电压表或数字表（7）、调节旋钮及其外围电路（8）安装在结果显示单元底座（12）上并与结果显示单元接线柱（9）用导线相连。

2.按照权利要求1所述的快速测量材料透射率或反射率的小型光谱仪，其特征在于：使用时将发光单元接线柱（1）外接恒流源，为LED提供稳定电力；LED铝基板及其散热器（2）能将LED工作中发出的热量有效消除，保证了LED工作的稳定性；LED透镜（4）能将LED发出的单色光汇聚形成近平行光；本光谱仪选取不同发光波长的单色LED组成发光单元，波长选取范围从200nm到1100nm。

3.按照权利要求1所述的快速测量材料透射率或反射率的小型光谱仪，其特征在于：硅光电二极管及其外围电路（6）能将光信号转换为电信号经过外围电路的处理对电信号进行调制、放大；硅光电二极管及其外围电路（6）能用硅光电池、光敏电阻取代；光谱仪能作为三个分离的模块组合使用，使用者能根据实际情况选择不同模块完成测量。

4.按照权利要求1所述的快速测量材料透射率或反射率的小型光谱仪，其特征在于：工作时，单色光源发出单色光照射在被测材料上，部分光线被材料反射或者吸收，剩下的部分光透过材料照射在光强采集单元上，光强采集单元将光强转换成电信号显示在相对光强的结果显示单元上。