CN104713647A - 光谱仪及光谱分析方法 - Google Patents

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Abstract

光谱仪及光谱分析方法。一种光谱仪，该光谱仪包括光源发射模块、样品模块、探测模块、信号处理模块和显示模块，该探测模块包括第一探测器和第二探测器，所述光源发射模块发出的光一部分直接被第一探测器接收，另一部分光照射在该样品模块后被第二探测器接收，该信号处理模块将该第一探测器和第二探测器获取的信号值处理后计算出该样品模块的光谱数值，并通过显示模块显示。该光谱仪具有精确度高的优点。同时由于该光谱仪结构简单，因此有利于降低仪器成本，容易实现专用化。

Description

光谱仪及光谱分析方法
技术领域
本发明涉及光谱测量技术领域，特别是一种光谱仪和光谱分析方法。
背景技术
近年来，光谱分析技术在分析测试领域中得到了越来越多的关注。由于光谱分析技术用于样品分析时，基本不需要对样品进行处理，且不破坏和消耗样品，又无环境污染，所以堪称是绿色分析的典型代表。因此，光谱分析技术作为一种无损、快速检测技术正越来越多地被大家认同。例如授权公告日为2010年03月17日，专利号为200910114415.0的中国发明专利揭示了一种衍射光栅光谱仪，该衍射光栅光谱仪包括带有狭缝的平板、平面光栅和光谱采集装置。所述平板上的狭缝的缝宽可以调节，平面光栅作为一个衍射成像元件对平板上的狭缝成像，除零级衍射光外从平面光栅出射的每一级衍射光分别在狭缝的虚像面上成一组虚光谱，光谱采集装置是数码相机、胶片相机、摄像机其中一种，或者是正透镜和CCD组成的装置，或者是正透镜和感光板组成的装置，光谱采集装置对某一非零级衍射光衍射所成的像进行采集，从而采集到光谱。
然而，虽然这种衍射光栅光谱仪分辨率高，并且能够使用不同的采集系统采集光谱，但光能量损失较多，且成本较高，不易实现专用化。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种精确度高、仪器成本低的光谱仪。
本发明采用的技术方案为：一种光谱仪，该光谱仪包括光源发射模块、样品模块、探测模块、信号处理模块和显示模块，该探测模块包括第一探测器和第二探测器，所述光源发射模块发出的光一部分直接被第一探测器接收，另一部分光照射在该样品模块后被第二探测器接收，该信号处理模块将该第一探测器和第二探测器获取的信号值处理后计算出该样品模块的光谱数值，并通过显示模块显示。
一种光谱分析方法，该方法包括以下步骤：步骤1：在光源发射模块后设置滤光模块，该滤光模块将该光源照射模块发出的光过滤成单色光；步骤2：在该滤光模块后设置分光模块，该分光模块将该滤光模块过滤的单色光分成第一光束和第二光束；步骤3：在该分光模块后设置样品模块和探测模块，该探测模块包括第一探测器和第二探测器，该分光模块分出的第一光束被第一探测器接收，第二光束照射在该样品模块后被该第二探测器接收，由此该第一探测器获取信号值a，该第二探测器获取信号值b；步骤4：该探测模块后设置有信号分析模块，该信号分析模块将第一探测器获取的信号值a与该第二探测器获取的信号值b进行比较，从而获取该样品模块的光谱数值并通过显示模块显示。
与现有技术相比，该光谱仪及光谱分析方法通过设置双探测器系统，即设置第一探测器和第二探测器，通过将该第一探测器作为参考探测器来接收未经过样品的第一光束，而通过第二探测器接收照射样品后的第二光束，利用信号处理模块将该第一探测器和第二探测器接收的信号值进行比较后从而得出该样品的光谱数值。由于未使用衍射光栅，因此本发明中的 光谱仪及光谱分析方法在探测模块上可以获得比光栅分光高得多的光能量，从而简化探测模块的信号放大和噪声抑制工作，实现光电信号的高稳定性输出，因此该光谱仪及光谱分析方法具有精确度高的优点。同时由于该光谱仪结构简单，因此有利于降低仪器成本，容易实现专用化。
附图说明
图1是本发明第一实施例光谱仪及光谱分析方法的模块示意图。
图2是本发明第一实施例中第二探测器的结构示意图。
附图标记说明：
10   光源发射模块
20   滤光模块
30   分光模块
31   第一光束
32   第二光束
40   样品模块
50   探测模块
51   第一探测器
52   第二探测器
521  积分球
522  积分球探测器
60   信号处理模块
70   显示模块
具体实施方式
图1是本发明第一实施例光谱仪及光谱分析方法的模块示意图，包括光源发射模块10、滤光模块20、分光模块30、样品模块40、探测模块50、信号处理模块60显示模块70，其中该探测模块50包括第一探测器51和第二探测器52，该光源发射模块10发出的光一部分直接被该第一探测器51接收，另一部分光照射在该样品模块40后被该第二探测器52接收，该信号处理模块60将该第一探测器51和第二探测器52获取的信号值处理后计算出该样品模块40的光谱数值，并通过该显示模块70显示。
请参考图1和图2，该滤光模块20设有滤光片(图未示)，该滤光模块20紧挨该光源照射模块10设置，将该光源照射模块10发出的光过滤成单色光。该分光模块30设有分束镜(图未示)，该分光模块30紧挨该滤光模块20设置。该分光模块30将该滤光模块20过滤的单色光分成第一光束31和第二光束32，该第一光束31直接被该第一探测器51接收，该第二光束32照射在该样品模块40后被该第二探测器52接收。该第二探测器52包括积分球521和积分球探测器522，该积分球探测器522设置在该积分球521上。该积分球521收集该样品 模块40的漫散射光信息后由该积分球探测器522接收。该信号处理模块60中设置有单片机(图未示)，该单片机中设置有锁相放大器设置有锁相放大器(图未示)，该锁相放大器在一定时间内对接收的信号值进行积分处理，以时问换取信噪比来计算出光谱数值。
工作时，该滤光模块20将该光源照射模块10发出的光过滤成单色光后通过该分光模块30将该滤光模块20过滤的单色光分成第一光束31和第二光束32，该第一光束31被该第一探测器51接收，该第二光束32照射在该样品模块40后被该第二探测器52接收，由此该第一探测器51获取信号值a，该第二探测器52获取信号值b，该探测模块50后设置有信号分析模块60，该信号分析模块60将该第一探测器51获取的信号值a与该第二探测器52获取的信号值b进行比较，从而获取该样品模块40的光谱数值并通过该显示模块70显示。该第一探测器51作为参考探测器来接收未经过该样品模块的第一光束31从而获取信号值a，该信号值a与该第二探测器52获取的信号值b经过该信号处理模块60获得一个比较值，该比较值能够体现该样品模块40的吸光度，即该样品模块40的光谱数值。而技术人员就根据该光谱数值与化学基因数据库中特定基因的光谱数值进行比较，从而对各种有机化合物成分进行分析。
综上所述，该光谱仪及光谱分析方法通过设置双探测器系统，即设置第一探测器51和第二探测器52，通过将该第一探测器51作为参考探测器来接收未经过该样品模块40的第一光束31，而通过该第二探测器52来接收照射在该样品模块40后的第二光束32，利用信号处理模块60将该第一探测器51和第二探测器52接收的信号值a和信号值b进行比较后得出该样品模块40的光谱数值。由于该光谱仪及光谱分析方法未使用衍射光栅，因此本发明中的光谱仪及光谱分析方法在探测模块50上可以获得比光栅分光高得多的光能量，从而简化了该探测模块50的信号放大和噪声抑制工作，实现光电信号的高稳定性输出，因此该光谱仪及光谱分析方法具有精确度高的优点。同时由于该光谱仪结构简单，因此有利于降低仪器成本，容易实现专用化。
本发明中该信号处理模块60中的单片机使用的是89C51单品机，在奶粉、牛奶及酱油相关成分含量的检测中能够获得较准确的数值。当然的，该信号处理模块60中单片机设置可以根据该光谱仪所针对的分析样品种类进行设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，任何本领域人员在不脱离本方案技术范围内，可当利用上述揭露的技术内容作些许改动为同等变化的等效实施例。但凡为脱离在本发明技术方案内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种光谱分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：在光源发射模块后设置滤光模块，该滤光模块将该光源照射模块发出的光过滤成单色光；
步骤2：在该滤光模块后设置分光模块，该分光模块将该滤光模块过滤的单色光分成第一光束和第二光束；
步骤3：在该分光模块后设置样品模块和探测模块，该探测模块包括第一探测器和第二探测器，该分光模块分出的第一光束被第一探测器接收，第二光束照射在该样品模块后被该第二探测器接收，由此该第一探测器获取信号值a，该第二探测器获取信号值b；
步骤4：该探测模块后设置有信号分析模块，该信号分析模块将第一探测器获取的信号值a与该第二探测器获取的信号值b进行比较，从而获取该样品模块的光谱数值并通过显示模块显示。
2.根据权利要求1所述的光谱分析方法，其特征在于：该第二探测器包括积分球和积分球探测器，该积分球收集该样品模块的漫散射光信息，该漫散射光信息该积分球探测器接收后得出信号值b。
3.根据权利要求1所述的光谱分析方法，其特征在于：该信号处理模块中设置有锁相放大器，该锁相放大器在一定时间内对接收的信号值进行积分处理，以时问换取信噪比来计算出光谱数值。
4.一种光谱仪，该光谱仪包括光源发射模块、样品模块、探测模块、信号处理模块和显示模块，其特征在于：该探测模块包括第一探测器和第二探测器，所述光源发射模块发出的光一部分直接被第一探测器接收，另一部分光照射在该样品模块后被第二探测器接收，该信号处理模块将该第一探测器和第二探测器获取的信号值进行处理后计算出该样品模块的光谱数值，并通过该显示模块显示。
5.根据权利要求4所述的光谱仪，其特征在于：还包括滤光模块，该滤光模块设有滤光片，该滤光模块紧挨该光源照射模块设置，将该光源照射模块发出的光过滤成单色光。
6.根据权利要求4或5所述的光谱仪，其特征在于：还包括分光模块，该分光模块设有分束镜，该分光模块紧挨该滤光模块设置。
7.根据权利要求6所述的光谱仪，其特征在于：该分光模块将该滤光模块过滤的单色光分成第一光束和第二光束，该第一光束直接被该第一探测器接收，该第二光束照射在该样品模块后被该第二探测器接收。
8.根据权利要求4所述的光谱仪，其特征在于：该第二探测器包括积分球和积分球探测器，该积分球探测器设置在该积分球上。
9.根据权利要求4所述的光谱仪，其特征在于：该信号处理模块中设置有单片机。
10.根据权利要求9所述的光谱仪，其特征在于：该单片机中设置有锁相放大器。
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