CN102980658A - 一种微型光纤光谱仪 - Google Patents

Abstract

一种微型光纤光谱仪。包括光源、Y型反射式光纤、入射狭缝、准直透镜、平面衍射光栅、凹面反射镜、线阵CCD、数据采集卡和上位机。激发光源照射到待测样品进入微型光纤光谱仪后，根据不同物质对不同波段光谱的吸收、反射的不同，可检测出待测物质原子、分子的能级变化而引起的光谱特性，进而辨别物质的种类和含量。本光谱仪特征在于采用Y型反射式光纤，可同时传输光源信号以及样品输出信号，上位机可以实现光谱实时显示，在数据处理中使用了消背景及抗干扰技术，降低了因外界光源和环境变化而带来的检测误差，不仅缩小了整个光谱仪的体积，也提高辨别物质的准确性，特别适用于珠宝检测。

Description

一种微型光纤光谱仪

技术领域

本发明属于检测仪器技术领域，涉及一种微型光纤光谱仪，使用了Y型反射式光纤传输激发和样品输出光，特别适用于珠宝检测。

背景技术

光谱学是测量可见、紫外、近红外和红外波段光等波段光强强度分布的一种技术，被广泛应用于多种材料结构与成分分析领域，如：材料、化学化工、物理、电子、环境检测、医药、生物生化等领域都使用光谱作为物质检验检测手段。传统光谱测量仪由众多电学、光学与机械等分立器件构成，需要极其复杂的光路系统与精密机械结构，这样就增加了仪器维护困难，降低了仪器的使用可靠性，对仪器工作、存放环境也有严格的要求，且体积较大，限制了应用范围。尤其是针对现场光谱测量的应用需求，传统光谱仪难以解决，开发微型化光谱仪已经成为当前光谱测量技术的一大研究热点。

随着科技的进步，光纤技术和光纤加工技术已取得了迅猛的发展和完善。许多基于光纤技术的新型器件亦已崭露头角，其与传统器件相比具有许多优势，如：体积小、损耗低、抗干扰性强、成本低等。采用光纤作为光谱仪的导光媒介已成为光谱仪开发的主流技术之一。

目前市场对珠宝分析仪的要求越来越高，要求光谱仪具有实时性和较高的准确性，缩短传统珠宝检测的时间，降低珠宝检测的误差是设计者首要考虑因素，因此设计一种微型珠宝分析仪不仅可以降低珠宝检测的门槛，而且能够让普通人快速掌握辨别珠宝真假和种类的能力。

发明内容

本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种性能稳定的微型光纤光谱仪，可用于珠宝现场鉴定，提高对珠宝分析的速度，无测量仪器使用环境限制。

本发明提供的微型光纤光谱仪，包括光源、Y型反射式光纤、入射狭缝、准直透镜、平面衍射光栅、凹面反射镜、线阵CCD、数据采集卡和上位机；所述光谱仪使用Y型反射式光纤，其三个探头如下设置：第一探头与光纤的光源入射端连接，第二探头与照射样品的端口连接，第三探头与光纤的输出光端口连接。光源发出的输出信号首先经Y型反射式光纤上的第一探头进入Y型反射式光纤，经第二探头照射到样品上，遇到样品后，反射回来的输出信号再次进入Y型反射式光纤，并由Y型反射式光纤上的第三探头出射，途中经过入射狭缝和准直透镜的准直后，再依次通过平面衍射光栅、凹面反射镜，最终照射到线阵CCD上，线阵CCD的输出端连接数据采集卡，数据采集卡连接上位机，线阵CCD接收到的输出信号经数据采集卡最后传输到上位机。

所述Y型反射式光纤的用于照射样品的一端的光纤包括内层的光源传输光纤和外层的信号接收光纤，光源传输光纤和信号接收光纤之间由内套层隔开，信号接收光纤外周包覆外套层；光源传输光纤用于光源的入射光传输，信号接收光纤用于样品反射回的输出光传输。

所述的微型光纤光谱仪将实时采集的样品信号与背景信号进行对比，消除了背景的不同光谱分布和外界本底对测量结果的影响。

本发明的有益效果：1、光谱仪中的准直透镜能够将入射狭缝出射的衍射光平行输出，降低了光学系统的杂散光，提升了光谱仪的检测效率及准确率。2、与现有光谱仪相比，以Y型反射式光纤替代普通单通道光纤作为导光媒介，在传输光源信号的同时也能够传输样品反射的信号，这样便可以即时显示样品相对吸收量，提高对珠宝分析的能力。

附图说明

图1是微型光纤光谱仪的结构示意图。

图2是Y型反射式光纤的横截面示意图。

图3是Y型反射式光纤结构示意图。

图4是光谱实时测量与显示软件操作流程图。

图中，光源1、Y型反射式光纤2、入射狭缝3、准直透镜4、平面衍射光栅5、凹面反射镜6、线阵CCD 7、数据采集卡8、上位机9、样品10、第一探头11、第二探头12、第三探头13、信号接收光纤14、光源传输光纤15、外套层16、内套层17。

具体实施方式

下面结合实例，对本发明做进一步详述：

如图1所示微型光纤光谱仪，该光谱仪由光源1、Y型反射式光纤2、入射狭缝3、准直透镜4、平面衍射光栅5、凹面反射镜6、线阵CCD7、数据采集卡8和上位机9组成；所述Y型光纤2应用于光谱仪当中，便于对待测信号的传输，Y型光纤2有三个探头，分别为连接光源1的第一探头11、照射样品10的第二探头12、和连接入射狭缝3的第三探头13。

待测信号由Y型反射式光纤2接入光谱仪，经由入射狭缝3入射到准直透镜4上，然后通过准直透镜4平行照射到平面衍射光栅5上，平面衍射光栅5将入射光色散成不同波长的光，波长不同的光入射到凹面反射镜6上，由凹面反射镜6会聚并反射到线阵CCD 7上，线阵CCD 7放置于凹面反射镜6的会聚焦点处，线阵CCD 7将接收光的光强度转变成对应的模拟电信号，数据采集卡8将线阵CCD的模拟电信号进行ADC模数转换，然后数据采集卡8再把数字信号传输至上位机9，上位机进行相应的数据处理后，将光谱进行实时显示。如此便完成了一次测量采集。

如图2所示，所述Y型反射式光纤用于照射样品的一端的光纤包括内层的光源传输光纤15和外层的信号接收光纤14，光源传输光纤15和信号接收光纤14之间由内套层17隔开，信号接收光纤14外周包覆外套层16；光源传输光纤15用于光源的入射光传输，信号接收光纤14用于样品反射回的输出光传输。

光谱实时测量与显示软件操作流程如图4所示：

打开光谱仪，将自动检测光谱仪是否连接到上位机，当连接上上位机，并设置好积分时间和驱动频率后，开始采集背景，等待采集背景完成后按照日期保存到上位机，然后下一步开始采集样品信号，等待样品信号采集完成后，对采集到的样品信号进行默认数据处理，并与前一步采集到的背景信号进行对比，将对比结果得到的相对吸收量显示给操作人员，由操作人员查看所测信号是否正确，是否需要继续测量，当整个测量已经完成后，保存数据，停止显示，最后便可以关闭光谱仪。

以上所述，仅是本发明的一个较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是根据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种微型光纤光谱仪，其特征在于该光谱仪包括光源、Y型反射式光纤、入射狭缝、准直透镜、平面衍射光栅、凹面反射镜、线阵CCD、数据采集卡和上位机；所述光谱仪使用带有三探头的Y型反射式光纤传输激发光和样品受激发后产生的荧光，具体设置如下：第一探头与光纤的光源发射端连接，第二探头与照射样品的端口连接，第三探头与光纤的输出光端口连接；光源发出的光首先经Y型反射式光纤上的第一探头进入Y型反射式光纤，经第二探头照射到样品，样品受激发后产生的荧光反射至Y型反射式光纤并经Y型反射式光纤上的第三探头通过入射狭缝照射到准直透镜上，经准直后的荧光再依次经平面衍射光栅、凹面反射镜照射到线阵CCD，其中凹面反射镜放置在平面衍射光栅的反射方向上，并在凹面反射镜的会聚焦点处放置线阵CCD，线阵CCD的输出端连接数据采集卡，数据采集卡连接上位机，线阵CCD接收到的样品输出信号经数据采集卡最后传输到上位机。

2.根据权利要求1所述的微型光纤光谱仪，其特征在于所述Y型反射式光纤的用于照射样品的一端的光纤包括内层的光源传输光纤和外层的信号接收光纤，光源传输光纤和信号接收光纤之间由内套层隔开，信号接收光纤外周包覆外套层；光源传输光纤用于光源的入射光传输，信号接收光纤用于样品反射回的输出光传输。

3.根据权利要求1所述的微型光纤光谱仪，其特征在于将实时采集的样品信号与背景信号进行对比，消除了背景的不同光谱分布和外界本底对测量结果的影响。

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