CN104748847A - 全波段波长扫描系统及光谱曲线绘制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全波段波长扫描系统及光谱曲线绘制的方法。其中，该全波段波长扫描系统包括光源、分光机构、样品室及光信号采集处理系统，其中分光机构包括光栅、滤光片、光栅驱动电机、光电编码器及旋转台座，其中光栅与滤光片于旋转台座上固定安装，并同轴旋转；旋转台座、光栅驱动电机及光电编码器基于连接轴同轴连接；光栅连续单方向旋转，电编码器用于实时反馈光栅的转角数据给光信号采集处理系统；光信号采集处理系统用于根据转角数据及从样品室输出的光信号输出光谱曲线。

Description

全波段波长扫描系统及光谱曲线绘制的方法

技术领域

本发明涉及光谱分析领域，尤其涉及一种全波段波长扫描系统及光谱曲线绘制的方法。

背景技术

目前光谱仪器的波长扫描装置的设计通常可分为两类：一类是采用以正弦机构或凸轮机构作为机械分光机构，配合光电倍增管（PMT）作为单波长光信号的检测器件，实现全谱波长分时扫描；另一类是直接采用电荷耦合器件（CCD）作为全谱光信号检测器件，实现全谱波长同时扫描。前者具有扫描精度高、成本低的优势，但因机械结构的限制，将不可避免地引入一定的机械误差，且无法显著提高波长扫描速度；而后者虽然可实现全谱快速同步扫描，但受电荷耦合器件的自身特性限制，波长准确度和波长扫描范围存在瓶颈。

为了解决波长扫描速度与波长准确度二者之间的矛盾，也有人提出过使用步进电机细分直驱代替正弦机构或使用微通道板光电倍增管（MCP-PMT）代替电荷耦合器器件（CCD）两种方法来设计波长扫描装置。使用步进电机细分直驱虽然可以减小机械体积和损耗，但因其驱动器细分性能和电机自身机械特性所限，无法实现高精度的波长扫描；同时由于此种方案在光谱绘制方法上还使用旧有模式，因此波长扫描速度的提升并不显著。而使用微通道板光电倍增管既保持了传统光电倍增管灵敏度高和响应时间短的优点，又实现了同电荷耦合器件一样的全谱波长同时扫描，具有瞬态灵敏度高的特点，但其相对于现有结构设计而言存在过高成本的问题。

根据公开文献，为了解决步进电机细分直驱驱动方式所存在的缺点，曾出现使用伺服电机直驱旋转光栅结构完成波长扫描的方法。但在实践中该光栅驱动结构高速旋转时会表现出较差的旋转动平衡性能，从而严重降低光谱信号的信噪比，影响该结构的实用性。同时由于传统设计中，出射光滤光片被设计在出射狭缝之后，在光栅高速旋转时难以实现滤光同步，无法解决衍射光栅次级光谱问题，因此基于此公开文献所述方法的扫描装置在分光光度计仪器上几乎没有实用意义。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种全波段波长扫描系统及光谱曲线绘制的方法，以改进现有技术，在显著提高全波段波长扫描系统的扫描速度的同时，保持光电倍增管高响应速度、高灵敏度的工作性能，改善系统旋转动平衡性能，滤除衍射光栅次级光谱，从而实现光谱信号的高信噪比可用性，并维持相对低廉的成本。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

本发明一方面公开了一种全波段波长扫描系统，包括：光源、分光机构、样品室及光信号采集处理系统，其中分光机构包括光栅、滤光片、光栅驱动电机、光电编码器及旋转台座；其中光栅与滤光片于旋转台座上固定安装，并同轴旋转；旋转台座、光栅驱动电机及光电编码器基于连接轴同轴连接；光栅连续单方向旋转，电编码器用于实时反馈光栅的转角数据给光信号采集处理系统；光信号采集处理系统用于根据转角数据及从样品室输出的光信号输出光谱曲线。

本发明另一方面公开了一种用于波长扫描系统的光谱曲线绘制的方法，其中波长扫描系统包括旋转光栅、用于实时反馈旋转光栅的转角数据的光电编码器及用于输出由获取的光信号转换为数字信号的A/D转换器，该方法包括：同步接收A/D转换器输出的数字信号与光电编码器实时反馈的旋转光栅的转角数据，将从数字信号获取的光谱能量及与其对应的从转角数据获取的位置计数值编码后输出；接收并解析编码后的光谱能量及与其对应的位置计数值，进行光谱曲线的定标；以及，确定每个位置计数值所对应的波长，根据光谱能量和与其对应的位置计数值对应的波长，绘制出光谱曲线。

本发明再一方面公开了一种分光机构，包括：光栅、滤光片、光栅驱动电机、光电编码器及旋转台座；其中，光栅与滤光片于旋转台座上固定安装，并同轴连接；旋转台座、光栅驱动电机及光电编码器基于连接轴同轴连接；光栅连续单方向旋转，光电编码器用于实时反馈输出光栅的转角数据。

进一步地，滤光片相对光栅的位置由光栅出射的衍射光至滤光片的光路长L确定，光路长L满足公式

$L=\frac{L_f}{2\·\sin \frac{\mathrm{\ω}}{2}},$

其中，L_f为滤光片表面衍射光路入射点至截止波长入射点的长度，w为光栅转角。

进一步地，旋转台座的转动惯量基于下述公式获得：

$J_F\≥\frac{\left[W\right]}{n_m^2\left[\mathrm{\δ}\right]}-J_M$

其中，[W]为是分光机构内除旋转台座外各旋转组件的最大盈亏功，J_F为旋转台座转动惯量；J_M为分光机构内除旋转台座外各旋转组件的转动惯量和；n_m为平均转速；[δ]为许用运转不均匀系数。

进一步地，通过采用分光机构内除旋转台座外各旋转组件的转动惯量和；J_M及旋转台座转动惯量J_F的惯量匹配，获得旋转台座的转动惯量。

进一步地，连接轴的旋转套筒与锥面转轴的连接采用了锥面紧固密配配接方式设计。

进一步地，分光机构内各旋转组件构成的旋转系统在转动平稳度不满足要求时，进行动平衡校正。

进一步地，在旋转台座上并立多个光栅。

进一步地，滤光片选用线性可变滤光片，或者选用多通道带通滤光片。

本发明公开的全波段波长扫描系统，通过对分光机构内各旋转组件的转动惯量计算及旋转台座与其余各旋转组件的惯量匹配计算，旋转台座、光栅驱动电机、光电编码器三部分的选材及配接设计，采用电机直驱机械结构驱动光栅，由高精度编码器实时反馈单向光栅转角数据确定相应波长值，设置滤光片滤除次级衍射光谱，最终实现了高速、高精度、高信噪比的全波段光谱扫描。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1为本发明实施例公开的全波段波长扫描系统的结构示意图。

图2为本发明实施例公开的全波段波长扫描系统的机械结构示意图。

图3为本发明实施例公开的全波段波长扫描系统的光路示意图。

图4为光栅转角与波长公式的示意图。

图5为光栅与滤光片位置示意图。

图6为旋转台座动平衡校正机械设计示意图。

图7为旋转台座动平衡调整盘装配示意图。

图8为锥面紧固密配配接方式设计机械结构示意图。

图9为光栅脉冲标识波长值示意图。

图10为本发明实施公开的光谱曲线绘制方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

图1为本发明实施例公开的全波段波长扫描系统的结构示意图。如图1所示，该全波段波长扫描系统包括：光源10，分光机构20，样品室30及光信号采集处理系统40。

图2为本发明实施例公开的全波段波长扫描系统的机械结构图。如图2所示，分光机构20包括光栅201，滤光片202、光栅驱动电机203、光电编码器204及旋转台座205。其中，分光机构20采用同轴旋转圆盘式光栅-滤光片定角度设计，光栅201与滤光片202于旋转台座205上固定安装，并同轴旋转；旋转台座205、光栅驱动电机203与光电编码器204采用直驱结构设计，同轴连接，以解决现有正弦机构在光谱仪器应用中存在的机械回滞误差大及光谱扫描速度过慢的问题；光栅201连续单方向旋转，由光电编码器204实时反馈光栅201的转角数据给光信号采集处理系统40。当光栅201旋转至某一角度时，只能输出特定波长的单色光。分光机构20中的光栅驱动电机203驱动光栅201做周期性运动，周期性地改变其转角，从而依次输出不同波长的单色光。

图3为本发明实施例公开的全波段波长扫描系统的光路示意图。如图3所示，由光源10发出的复合光通过入射狭缝206、反射镜207反射后，入射分光机构20的光栅201；光栅201对复合光进行色散分光后形成单色光，由滤光片202滤除光栅201衍射分光形成的次级光谱后，经反射镜207发射，通过出射狭缝208送入样品室30。光信号采集处理系统40接收从样品室30出射的光信号并进行相应的信号降噪处理，之后上传至上位机，最终绘制出完整的光谱曲线。

其中，光电编码器204可选用输出80000及以上脉冲的高精度增量型光电编码器；光栅驱动电机203可选用交流伺服电机，选用伺服电机的优点在于：高转速下力矩输出稳定、转速稳定度高；光栅201选用刻度密度为1800线及以上的衍射光栅；滤光片202可选用线性可变滤光片（LVF），还可选用多通道带通滤光片，如中心波长为379nm-489nm-658nm-830nm的四通道带通滤光片。

由于分光机构20采用了同轴旋转圆盘式光栅-滤光片定角度的设计方案，可以有效解决光谱仪器的波长扫描装置结构设计中使用正弦机构设计引起的波长扫描速度过慢问题，及使用直驱机构设计引起的无法滤除次级光谱问题。同时由于使用了光电编码器204实时反馈光栅201的转角数据，有效的避免了使用步进电机直驱设计方案中存在的定位精度不高、丢步、多步等问题。

针对同轴旋转圆盘式光栅-滤光片定角度的设计，于一实施例中，滤光片202相对于光栅201的位置由光栅201出射的衍射光至滤光片202的光路长确定，可通过下述方法得出：

根据基本光栅方程（1）及（2）和（3）可算得出射波长值从指定上限值变化至指定下限值时所对应的光栅转角w。

d(sinα-sinβ)＝mλ    （1）

$=>\mathrm{\λ}=\frac{2d}{m}\cos \frac{\mathrm{\α}+\mathrm{\β}}{2}\sin \mathrm{\ω}=\frac{2d}{m}\cos \frac{\mathrm{\δ}}{2}\sin \mathrm{\ω}---\left(2\right)$

$=>\sin w=\frac{\mathrm{\λm}}{2d\cos \frac{\mathrm{\δ}}{2}}---\left(3\right)$

其中，λ为波长，d为光栅常数，由光栅刻线密度确定，如图4所示，α为入射角，β为衍射角，δ入射角与衍射角之和，即光栅分离角，w为光栅转角。

计算出光栅转角w后，再根据滤光片位置计算公式（4）计算得出如图5所示的光栅201出射至滤光片202的光路长L。

$L=\frac{L_f}{2\·\sin \frac{\mathrm{\ω}}{2}}---\left(4\right)$

其中，L_f为滤光片202表面衍射光路入射点（900nm）至截止波长入射点（190nm）的长度。在实际的设计中，选用成品滤光片作为设计方案时，可根据滤光片产品提供的参数得知L_f，以此推算出光路长L完成光路设计；或采用定制滤光片，根据自身的光路设计完成L_f的设计计算。

在本发明的分光机构20的设计中，由于考虑到未经调整设计的分光机构20内除旋转台座205外的各旋转组件在高速旋转情况下，可能会出现较差的动平衡性能，从而影响光谱能量的信噪比。因此，为了改善这一部分的动平衡性能，采用如下设计：

于一实施例中，采用飞轮转动惯量计算公式，以确定旋转台座205的转动惯量。其中，旋转台座205的转动惯量计算公式（5）如下：

$J_F\≥\frac{\left[W\right]}{n_m^2\left[\mathrm{\δ}\right]}-J_M---\left(5\right)$

其中，[W]为是分光机构20内除旋转台座205外各旋转组件的最大盈亏功，J_F为旋转台座205转动惯量；J_M为分光机构20内除旋转台座205外各旋转组件的转动惯量和；n_m为平均转速；[δ]为许用运转不均匀系数。

具体地，在旋转台座205转动惯量J_F计算的基础上，通过采用分光机构20内除旋转台座205外各旋转组件的转动惯量和J_M及旋转台座205转动惯量J_F的“惯量匹配”方案来完成设计，以得到旋转台座205的转动惯量。

由牛顿第二定律知，进给系统所需力矩T=系统转动总惯量J×角加速度θ，则加速度θ影响系统的动态特性。其中，系统转动总惯量J包含J_M和J_F。θ不能过小，即J不能过大，避免由控制器发出指令到系统执行完毕的时间长致使系统反应慢；θ变化也不能过大，即系统运转时J变化不能过大，应保持恒定，避免系统反应忽快忽慢致使影响转动精度；由于系统实际工作中转速较高，为避免过大的离心力致转速不稳甚至破坏整个旋转系统，在转轴的周向和径向系统质量分布应尽可能均匀。

J_M为分光机构20内除旋转台座205外各旋转组件的转动惯量和，由于J_M中各组件存在因形状材质、加工、形位装配等误差，其质量分布不均匀且质心不一定在转轴上，从而系统旋转时J_M难以恒定、离心力偏大致系统转动不平稳。因本发明的系统转动总惯量J包含J_M和J_F，为避免偏大的离心力、减少系统运转不均匀系数，需先通过提升旋转台座的加工精度以保证该台座在周向和径向质量分布均匀，再在保证足够转动精度前提下尽可能增大J_F在系统转动总惯量J中的比重。

综上，旋转台座205转动惯量J_F应当设计足够大，则J随之应当足够大，但为保证转动精度、系统响应灵敏，角加速度θ不能过小，即系统转动总惯量J不应过大，同时旋转台座205的加工精度应较高以质量分布均匀。优选地，旋转台座205转动惯量J_F和分光机构20内除旋转台座205外各旋转组件的转动惯量和J_M比值约在3～10区间，其中尤以5为佳；同时对于旋转台座205而言，其径厚比对于整个机构的旋转稳定性也有着有一定影响，优选地，装配规格径厚比为40：1的旋转台座205，材料选用刚性好、密度均匀致密及尺寸稳定性好的peek材料。图6为旋转台座动平衡校正机械设计示意图，其中601为动平衡调整块，602为动平衡调整飞轮。如图6所示，该台座重要尺寸，如其转轴孔直径的精度及其外圆圆度、外圆与转轴轴线垂直度、外圆与转轴孔同轴度等重要形位公差均取较高的五级精度。

此外，为了进一步保证分光机构20的旋转同轴性，对光栅驱动电机203、旋转台座205及光电编码器204三部分的连接轴进行配接设计。图8为锥面紧固密配配接方式设计机械结构示意图。如图8所示，旋转套筒209和锥面转轴210连接采用锥面紧固密配配接方式设计。旋转套筒209的锥面孔及螺纹孔212的加工工艺采用一次装卡该套筒方式加工，该套筒内孔外筒的圆度及其与锥面和转轴轴线的同轴度等重要形位公差采用较高的五级精度；旋转套筒209的锥面和锥面转轴210的锥面均采用1：20的锥面，以保证旋转套筒209和锥面转轴210良好的锥面同轴密配效果；为使该锥面密配压紧贴实，同时避免因螺纹连接后过定位导致锥面配合承受偏载导致锥面配合同轴度降低，特采用较大间隙的6G/6h螺纹配合，为锥面密配提供压紧贴实的负载；采用周向三均布顶丝螺孔螺纹配合211以牢固保持锥面密配的压紧贴实状态，为该锥面配合提供牢固的周向定位。这样的设计使得该旋转套筒209和锥面转轴210之间周向、轴向连接更加可靠、配合更加紧密。

整个系统装调好后，为确保该系统能够转动平稳，在转动平稳度不满足要求时，还可以进一步通过动平衡校正，以充分保证分光机构20内各旋转组件构成的旋转系统的旋转稳定性。图7为旋转台座动平衡调整盘装配示意图，具体地，如图6及图7所示，可通过例如从周向和/或径向上调节601，以进行动平衡校正。

光信号采集处理系统40进一步包括光电探测器、模拟/数字转换器（A/D转换器）及数据通信处理与控制器。启动光栅驱动电机203，使其带动光栅201绕旋转中心轴以一定速度单方向连续旋转。当光栅驱动电机203旋转状态稳定后，光电探测器，以PMT为例，开始进行光电转化，把光信号转化为模拟电信号，以测量出接收到的单色光强度；同时，光电编码器204反馈光栅201的转角数据，如图9所示的输出脉冲。与PMT电连接的A/D转换器以一定采样频率持续采样PMT输出的模拟电信号，将其转换为数字信号，并输出给数据通信处理与控制器，以现场可编程门阵列（FPGA）为例。同时，FPGA同步接收光电编码器204输出的光栅转角数据。光电编码器204输出的每一个A相输出脉冲都对应着一个确定的物理位置，而Z相脉冲则对应一个基准零点。FPGA在接收到一个光电编码器204输出的A相输出脉冲时，会在内部对位置计数值变量进行累加，直至接收到一个Z相脉冲，将该位置计数值清零后，在再次收到A相脉冲时继续累加。

因为FPGA在接收A/D转换器输出的数字信号的同时，还在同步接收光电编码器204输出的光栅转角数据，即输出脉冲，因此每一个从接收的数字信号中获取的光谱能量数据均可以对应一个确定的位置计数值。FPGA将光谱能量数据与位置计数值这两类数据以一定格式编码后，传输给上位机处理。

上位机对接收到的数据进行解析后，先对原始数据进行光谱曲线坐标系的定标工作，之后绘制出最终的光谱曲线。光谱曲线坐标系X轴为波长，Y轴为光谱能量。

光谱曲线坐标系定标的主要依据是光源光谱曲线的零级点位置。首先需要寻找零级特征峰，即原始光谱能量数据的最大峰值Ymax和对应位置计数值Xmax，从Xmax开始分别往前、后查找Ymax/2处的位置计数值X1和X2，最后确定该零级特征峰的中心位置计数值为(X1+X2)/2，并以此位置计数值作为光谱曲线坐标系的零点。再根据基本光栅方程（1）确定每个位置计数值所对应的波长。至此，光谱曲线坐标系的定标工作完成。

由于A/D转换器的采样频率通常都高于光电编码器204的输出脉冲频率，因此对应一个位置计数值可能同时对应多个光谱能量值。对于这种情况，可以采用对该位置计数值的所有光谱能量值进行算术平均处理。参照已标定好的坐标系即可绘制出完整的光谱曲线。

进一步地，选用多光栅结构替代单光栅结构，还可以提高光谱数据的信噪比，如将旋转台座205上并立多个光栅。

图10为本发明一实施提供的光谱曲线绘制方法的流程图。如图10所示，该方法包括：

步骤S101，FPGA同步接收A/D转换器输出的数字信号与光电编码器204实时反馈的光栅201的转角数据，将从该数字信号获取的光谱能量及与其对应的从该转角数据获取的位置计数值编码后，输出给上位机。

该转角数据包括A相脉冲和Z相脉冲。光电编码器204输出的每一个A相输出脉冲都对应着一个确定的物理位置，而Z相脉冲则对应一个基准零点。FPGA在接收到一个光电编码器204输出的A相输出脉冲时，会在内部对位置计数值变量进行累加，直至接收到一个Z相脉冲，将该位置计数值清零后继续累加。

步骤S102，上位机对接收到的数据进行解析后，对原始数据进行光谱曲线坐标系的定标。

该光谱曲线坐标系X轴为波长，Y轴为光谱能量。光谱曲线坐标系定标的主要依据是光源光谱曲线的零级点位置。首先需要寻找零级特征峰，即原始光谱能量数据的最大峰值Ymax和对应位置计数值Xmax，从Xmax开始分别往前、后查找Ymax/2处的位置计数值X1和X2，最后确定该零级特征峰的中心位置计数值为(X1+X2)/2，并以此位置计数值作为光谱曲线坐标系的零点，。

步骤S103，确定每个位置计数值所对应的波长，根据接收的光谱能量和与其对应的位置计数值对应的波长，绘制出最终的光谱曲线。

由于A/D转换器的采样频率通常都高于光电编码器204的输出脉冲频率，因此对应一个位置计数值可能同时对应多个光谱能量值。对于这种情况，可以采用对该位置计数值的所有光谱能量值进行算术平均处理。参照已标定好的坐标系即可绘制出完整的光谱曲线。

综上，本发明公开的全波段波长扫描系统，通过对分光机构内各旋转组件的转动惯量计算及旋转台座与其余各旋转组件的惯量匹配计算，旋转台座、光栅驱动电机、光电编码器三部分的选材及配接设计，采用电机直驱机械结构驱动光栅，由高精度编码器实时反馈单向光栅转角数据确定相应波长值，设置滤光片滤除次级衍射光谱，最终实现了高速、高精度、高信噪比的全波段光谱扫描。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。

Claims (15)

1.一种全波段波长扫描系统，包括光源（10）、分光机构（20）、样品室（30）及光信号采集处理系统（40），其中所述分光机构（20）包括光栅（201）、滤光片（202）、光栅驱动电机（203）、光电编码器（204）及旋转台座（205），其特征在于，

所述光栅（201）与所述滤光片（202）于所述旋转台座（205）上固定安装，并同轴旋转；

所述旋转台座（205）、所述光栅驱动电机（203）及所述光电编码器（204）基于连接轴同轴连接；

所述光栅（201）连续单方向旋转，所述光电编码器（204）用于实时反馈所述光栅（201）的转角数据给所述光信号采集处理系统（40）；以及，

所述光信号采集处理系统（40）用于根据所述转角数据及从所述样品室（30）输出的光信号输出光谱曲线。

2.根据权利要求1的全波段波长扫描系统，其特征在于，所述滤光片（202）相对所述光栅（201）的位置由所述光栅（201）出射的衍射光至所述滤光片（202）的光路长L确定，所述光路长L满足公式

$L=\frac{L_f}{2\·\sin \frac{\mathrm{\ω}}{2}},$

其中，L_f为所述滤光片（202）表面衍射光路入射点至截止波长入射点的长度，w为光栅转角。

3.根据权利要求1的全波长扫描系统，其特征在于，所述旋转台座（205）的转动惯量基于下述公式获得：

$J_F\≥\frac{\left[W\right]}{n_m^2\left[\mathrm{\δ}\right]}-J_M$

其中，[W]为是所述分光机构（20）内除所述旋转台座（205）外各旋转组件的最大盈亏功，J_F为所述旋转台座（205）转动惯量；J_M为所述分光机构（20）内除所述旋转台座（205）外各旋转组件的转动惯量和；n_m为平均转速；[δ]为许用运转不均匀系数。

4.根据权利要求3的全波长扫描系统，其特征在于，通过采用所述分光机构（20）内除所述旋转台座（205）外各旋转组件的转动惯量和J_M及所述旋转台座（205）转动惯量J_F的惯量匹配，获得所述旋转台座（205）的转动惯量。

5.根据权利要求1的全波段波长扫描系统，其特征在于，所述连接轴的旋转套筒（209）与锥面转轴（210）的连接采用了锥面紧固密配配接方式设计。

6.根据权利要求1的全波段波长扫描系统，其特征在于，所述分光机构（20）内各旋转组件构成的旋转系统在转动平稳度不满足要求时，进行动平衡校正。

7.根据权利要求1的全波段扫描系统，其特征在于，所述光信号采集处理系统（40）包括光电探测器、A/D转换器及数据通信处理与控制器。

8.根据权利要求7的全波段扫描系统，其特征在于，所述光电探测器为光电倍增管。

9.根据权利要求7的全波段扫描系统，其特征在于，所述数据通信处理与控制器为现场可编程门阵列，用于同步接收所述A/D转换器输出的数字信号与所述转角数据，及将从所述数字信号获取的光谱能量值及与其对应的从所述转角数据获取的位置计数值编码后输出。

10.根据权利要求7的全波段波长扫描系统，其特征在于，该系统还包括上位机，以接收并解析所述数据通信处理与控制器输出的光谱能量值及与其对应的位置计数值，进行光谱曲线坐标系的定标，及根据所述的光谱能量值及与其对应的位置计数值绘制完整的光谱曲线。

11.根据权利要求1-10中任一项的全波长扫描系统，其特征在于，在所述旋转台座（205）上并立多个光栅（201）。

12.根据权利要求1-10中任一项的全波长扫描系统，其特征在于，所述滤光片（202）选用线性可变滤光片，或者选用多通道带通滤光片。

13.一种用于波长扫描系统的光谱曲线绘制的方法，所述波长扫描系统包括旋转光栅、用于实时反馈所述旋转光栅的转角数据的光电编码器及用于输出由获取的光信号转换为数字信号的A/D转换器，其特征在于，所述方法包括：

同步接收所述A/D转换器输出的数字信号与所述光电编码器实时反馈的所述旋转光栅的转角数据，将从所述数字信号获取的光谱能量及与其对应的从所述转角数据获取的位置计数值编码后输出；

接收并解析所述编码后的所述光谱能量及与其对应的所述位置计数值，进行所述光谱曲线的定标；以及，

确定每个所述位置计数值所对应的波长，根据所述光谱能量和与其对应的所述位置计数值对应的所述波长，绘制出所述光谱曲线。

14.根据权利要求13的光谱曲线绘制的方法，其特征在于，从所述转角数据获取的位置计数值包括：所述转角数据包括A相脉冲和Z相脉冲，当所述数据通信处理与控制器接收到一个A相脉冲时，对一位置计数值累加，并于收到一个Z相脉冲时，清零该位置计数值。

15.根据权利要求13或14的光谱曲线绘制的方法，其特征在于，进行所述光谱曲线图的定标包括：

寻找零级特征峰，即原始光谱能量数据的最大峰值Ymax和对应位置计数值Xmax：从Xmax开始分别往前、后查找Ymax/2处的位置计数值X1和X2，确定所述零级特征峰的中心位置计数值为(X1+X2)/2，并以该位置计数值作为所述光谱曲线坐标系的零点。