CN103528971A - 光栅式近红外分析仪中的光路系统 - Google Patents

Abstract

光栅式近红外分析仪中的光路系统，涉及光路系统设计领域，解决了现有CT结构的光路系统存在的像信息畸变及少数波段的清晰汇聚的问题，包括腔体；设置在腔体内的用于将携带样品信息的光线准直成平行光的第一反射镜，用于接收平行光并对其进行分光的光栅，用于汇聚通过光栅分光后的各波段光的第二反射镜，用于探测汇聚光成像的探测器；设置在腔体外的位于第一反射镜焦点上的光纤入射孔，与探测器直接固定相连的USB接口。本发明为正交型结构，带有样品信息的光高保真无损入射，通过反射镜使光线在腔体内往返传播缩短腔室长度，利用光栅对入射光进行相干叠加后读取不同波长下的光谱强度数据，保障信息的完整性，消除杂散光影响，准确稳定。

Description

光栅式近红外分析仪中的光路系统

技术领域

本发明涉及光路系统设计技术领域，具体涉及一种光栅式近红外分析仪中的光路系统。

背景技术

在近红外分析仪中，现有的光路系统多采用CT结构，入射光顺次通过聚光镜、光栅，最终经狭缝出射，但由于其在腔体内传播过程中，光路方向的改变等因素常常引发各种像信息的畸变，使得出射光只能保持少数波段的清晰汇聚。

发明内容

为了解决现有近红外分析仪采用CT结构的光路系统存在的像信息畸变以及少数波段的清晰汇聚的问题，本发明提供一种光栅式近红外分析仪中的光路系统。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

光栅式近红外分析仪中的光路系统，包括：

腔体；

设置在腔体内部的用于将携带样品信息的光线准直成平行光的第一反射镜，用于接收平行光并对其进行分光的光栅，用于汇聚通过光栅分光后的各波段光的第二反射镜，用于探测汇聚光成像的探测器；

设置在腔体外部的位于第一反射镜焦点上的光纤入射孔，与探测器直接固定相连的USB接口；

携带有样品信息的光线经光纤传导后由光纤入射孔高保真无损入射至腔体内的第一反射镜上，光线经第一反射镜准直成平行光入射至光栅上，平行光经光栅分光后转换为不同波长下的光照射在第二反射镜上，第二反射镜将上述各波长下的光谱数据汇聚至探测器上，探测器将接收到的光谱数据转换为弱电信号并由USB接口直接导出。

所述光栅采用长春赛奥科技开发有限公司的平面光栅，尺寸为15mm×15mm×4mm，每毫米300线。

所述光栅的光谱波长范围为900nm～1665nm，每间隔3nm取一个光谱值，共得到256个光谱值。

所述探测器采用硅探测器。

本发明的有益效果是：本发明的光路系统为正交型结构，又称对称型结构，通过选型及布局计算消除象差，使焦平面上的每一个波段都呈象清晰。本发明作为光路系统模块化的集成，系统中带有样品信息的光通过光纤传导后，高保真无损入射光纤入射孔，通过设置反射镜使光线在腔体内往返传播缩短腔室长度，并利用光栅器件对入射光进行相干叠加后分别读取不同波长下的光谱强度数据，根据实际测量的需要通过计算对各光学器件进行选型，使得每次测量均产生256条光谱信息，光谱波长分别从900nm～1665nm，间隔为3nm，充分保障了光谱信息的充实性及完整性，且通过光栅分光极大的减少了杂散光的影响，提升弱信号检测的准确性，使光谱数据具有良好的稳定性及准确性。本发明在细化测量波段的同时将光信号探测器阵列后整合有USB接口，使得整个系统集合可直接插接至后续的信号放大装置及模拟-数字转换的光谱数据处理装置，以完成更多的实际测量功能，更有利于近红外分析仪的模块化和实用化。

附图说明

图1为本发明的光栅式近红外分析仪中的光路系统的结构示意图。

图中：1、腔体，2、光纤入射孔，3、第一反射镜，4、光栅，5、第二反射镜，6、探测器，7、USB接口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的光栅式近红外分析仪中的光路系统，由腔体1、光纤入射孔2、第一反射镜3、光栅4、第二反射镜5、探测器6和USB接口7组成，第一反射镜3、光栅4、第二反射镜5和探测器6均固定设置在腔体1内部，光纤入射孔2和USB接口7均固定设置在腔体1外部上，光纤入射孔2位于第一反射镜3的焦点上，第一反射镜3用于将携带样品信息的光线准直成平行光，光栅4用于接收平行光并对其进行分光，第二反射镜5用于汇聚通过光栅4分光后的各波长下的光，探测器6用于接收光谱数据并将其转换为弱电信号，探测器6与USB接口7直接固定连接。

本实施方式中，探测器6采用硅探测器，具有价格便宜、体积小、信噪比高及热影响小等特点。

本实施方式中，根据实际测量的需要并通过计算对各光学器件进行选型，光栅4采用长春赛奥科技开发有限公司的平面光栅，尺寸为15mm×15mm×4mm，每毫米300线（300/mm）。

利用光栅4通过光的相干叠加分别读取不同波长下的光谱强度数据，光栅4主要起到波长选择的作用，通过光栅16次取平均值，各波段全扫描一次后得出最终的256条光谱信息，光谱波长范围为900nm～1665nm，每间隔3nm取一个光谱值，总共得到256个光谱值，充分保障了光谱信息的充实性及完整性，且通过光栅4分光极大的减少了杂散光的影响，提升弱信号检测的准确性，使光谱强度数据具有良好的稳定性及准确性。

本实施方式中，在细化测量波段的同时将探测器6后整合有USB接口7，使得整个光路系统通过USB接口7可直接插接至分析仪中后续的信号放大装置或者用于模数转换装置，以完成更多的实际测量功能，更有利于近红外光谱成分分析装置的模块化和实用化。

本发明的光路系统在具体应用到光栅式近红外分析仪中时，携带有样品信息的光线经过光纤传导后由光纤入射孔2高保真无损入射至光路系统的腔体1内，携带样品信息的光线由光纤入射孔2入射至第一反射镜3上，第一反射镜3将光线准直成平行光入射至光栅4上，平行光经光栅4分光后转换为不同波长下的光照射在第二反射镜5上，光谱波长范围为900nm～1665nm，每间隔3nm取一个光谱数据，共得到256个光谱数据，第二反射镜5将上述各波长下的光也就是256个光谱数据汇聚至探测器6上，探测器6将接收到的光谱数据转换为弱电信号并由USB接口7直接导出。

Claims (4)

1.光栅式近红外分析仪中的光路系统，其特征在于，包括：

腔体（1）；

设置在腔体（1）内部的用于将携带样品信息的光线准直成平行光的第一反射镜（3），用于接收平行光并对其进行分光的光栅（4），用于汇聚通过光栅（4）分光后的各波段光的第二反射镜（5），用于探测汇聚光成像的探测器（6）；

设置在腔体（1）外部的位于第一反射镜（3）焦点上的光纤入射孔（2），与探测器（6）直接固定相连的USB接口（7）；

携带有样品信息的光线经光纤传导后由光纤入射孔（2）高保真无损入射至腔体（1）内的第一反射镜（3）上，光线经第一反射镜（3）准直成平行光入射至光栅（4）上，平行光经光栅（4）分光后转换为不同波长下的光照射在第二反射镜（5）上，第二反射镜（5）将上述各波长下的光谱数据汇聚至探测器（6）上，探测器（6）将接收到的光谱数据转换为弱电信号并由USB接口（7）直接导出。

2.根据权利要求1所述的光栅式近红外分析仪中的光路系统，其特征在于，所述光栅（4）采用长春赛奥科技开发有限公司的平面光栅，尺寸为15mm×15mm×4mm，每毫米300线。

3.根据权利要求1或2所述的光栅式近红外分析仪中的光路系统，其特征在于，所述光栅（4）的光谱波长范围为900nm～1665nm，每间隔3nm取一个光谱值，共得到256个光谱值。

4.根据权利要求1所述的光栅式近红外分析仪中的光路系统，其特征在于，所述探测器（6）采用硅探测器。

Images