CN106441569B - 一种全光谱多维度的光源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全光谱多维度光源系统，包括光源模块、分光传输系统和光传感组件；所述分光传输系统包括第一准直镜、第二准直镜、第一分光镜、第二分光镜、第一弧形反射镜、第二弧形反射镜和棱镜；所述光传感组件包括第一光传感器、第二光传感器和第三光传感器；所述光传感器组件用于将接收到的水平入射光、第一色散光和外界背景光转化检测光信号，并该检测光信号传输至一光谱分析系统。本发明的全光谱多维度的光源系统应用于新型光谱分析仪，接收范围广，灵敏度高，光源亮度不需校对，大幅减低成本；并且其体积小，可应用于手提光谱仪；并且该光传感组件按照特定图案封装，背景噪声和亮度变化在多维度运算下可自身抵消，提高了检测的准确性。
Description
技术领域
本发明属于光谱分析技术领域，尤其涉及一种全光谱多维度的光源系统。
背景技术
现在的CCD接受元件，CCD每像素面积有限，导致灵敏度低且对每像素处理耗时间，并且波长校对困难，需要影响处理如傅里叶变换或人工判断，CCD外围配套电路复杂，需要配合大体积光学运算系统。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种全光谱多维度的光源系统。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种全光谱多维度光源系统，包括光源模块、分光传输系统和光传感组件；所述分光传输系统包括第一分光镜、第二分光镜、第一弧形反射镜、第二弧形反射镜和棱镜；所述光传感组件包括第一光传感器和第二光传感器；
所述光源模块用于向第一分光镜发射一束入射光；
所述第一分光镜用于将接收到的入射光转换为向第二分光镜的发射的第一水平入射光和向第一弧形反射镜发射的第一探测光；
所述第一弧形反射镜用于接收穿过一第一被测物的第一探测光，并将该第一探测光传输至第二弧形反射镜处；
所述第二弧形反射镜用于将接收到的第一探测光传输至棱镜处；
所述棱镜用于将接收到的第一探测光转化为第一色散光，并将第一色散光传输至第二分光镜；
所述第二分光镜用于将接收到的第一水平入射光传输至第一光传感器处，用于将接收到的第一色散光传输至第二光传感器处；
所述光传感器组件用于将接收到的第一水平入射光和第一色散光转化检测光信号，并该检测光信号传输至一光谱分析系统。
优选地，所述分光传输系统还包括第三分光镜和第三弧形反射镜，所述光传感组件还包括第四传感器；所述第三分光镜设置于第一分光镜和第二分光镜之间；
所述第三分光镜用于将接收到的第一分光镜传输的第一水平入射光转换为向第二分光镜传输的第二水平入射光和向第三弧形反射镜发射的第二探测光；
该第二探测光依次通过第二被测物、第三弧形反射镜、第二弧形反射镜、棱镜和第二分光镜，并最终由第四光传感器接收。提高了光谱仪检测效率。
优选地，还包括第一准直镜，所述第一准直镜设置于光源模块与第一分光镜之间。
优选地，还包括第二准直镜，所述第二准直镜设置于第二弧形反射镜与棱镜之间。
优选地，所述光传感器组件还包括第三光传感器，所述第三光传感器用于接收外界光信号。
优选地，该光源模块为全频谱光源。其进一步公开了光源模块的设置的技术问题。
优选地，所述光传感组件中的各个光传感器呈正方形分布。
优选地，所述棱镜为三棱镜。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的全光谱多维度的光源系统应用于新型光谱分析仪，接收范围广，灵敏度高，光源亮度不需校对，大幅减低成本；并且其体积小，可应用于手提光谱仪；并且该光传感组件按照特定图案封装，背景噪声和亮度变化在多维度运算下可自身抵消，提高了检测的准确性。
附图说明
图1为本发明一种全光谱多维度的光源系统的结构图。
附图标记：1、光源模块；2、第一准直镜；3、第一分光镜；4、第二分光镜；5、第一弧形反射镜；6、第二弧形反射镜；7、第二准直镜；8、三棱镜；9、光传感组件；91、第一光传感器；92、第二光传感器；93、第三光传感器；94、第四光传感器；10、第一被测物；11、第三分光镜；12、第三弧形反射镜；13、第二被测物。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1所示，本实施例提供了一种全光谱多维度光源系统，包括光源模块1、分光传输系统和光传感组件9；所述分光传输系统包括第一准直镜2、第二准直镜7、第一分光镜3、第二分光镜4、第一弧形反射镜5、第二弧形反射镜6、第三分光镜11、第三弧形反射镜12和棱镜；所述光传感组件9包括第一光传感器91、第二光传感器92、第三光传感器93和第四光传感器94；
所述光源模块1用于通过第一准直镜2向第一分光镜3发射一束入射光；该光源模块1为全频谱光源；该准直镜目的是为了让入射光能够水平射出；
所述第一分光镜3用于将接收到的入射光转换为向第三分光镜11的发射的第一水平入射光和向第一弧形反射镜5发射的第一探测光；分光镜在此是起到分光的作用，通过分光镜的分出的光是完全一样的光；
所述第三分光镜11用于将接收到的第一分光镜3传输的第一水平入射光转换为向第二分光镜4的第二水平入射光和向第三弧形反射镜12发射的第二探测光；
所述第一弧形反射镜5用于接收穿过一第一被测物10的第一探测光，并将该第一探测光传输至第二弧形反射镜6处；
所述第三弧形反射镜12用于接收穿过一第二被测物13的第二探测光，并将该第二探测光传输至第二弧形反射镜6处；其实本发明不仅仅可以设置两个被测物，还可以根据实际需求设置相应的分光镜和弧形反射镜来增加检测装置以提高效率。
所述第二弧形反射镜6用于将接收到的第一探测光和第二探测光通过第二准直镜7传输至棱镜处；
所述棱镜用于将接收到的第一探测光和第二探测光分别转化为第一色散光和第二色散光，并将第一色散光和第二色散光传输至第二分光镜4处；所述棱镜为三棱镜8。
所述第二分光镜4用于将接收到的第二水平入射光传输至第一光传感器91处，用于将接收到的第一色散光传输至第二光传感器92处；
所述第三光传感器93用于接收一外界背景光；其目的是给分析系统提供背景噪声以使得分析系统能够得到更加准确的数据；
所述光传感器组件9用于将接收到的第二水平入射光、第一色散光、第二色散光和外界背景光转化检测光信号，并该检测光信号传输至一光谱分析系统；所述光传感组件9中的各个光传感器呈正方形分布。该光传感器组件9用于接收光源比较，从而计算分析得出被测物的组成成分。
本实施例的工作原理：
对于第一被测物10和第二被测物13的组分分析主要有三种方法：第一是光谱吸收比较法；第二是拉曼散射；第三是荧光分析法。
光谱吸收法：向分光镜发射一束单一波长的光；通过第一分光镜3和第二分光镜4能够使得其变成三束相同的光A、B和C；C最终由第一光传感器91接收，A和B则分别照射第一被测物10和第二被测物13；经过第一被测物10和第二被测物的A和B光源，由于物质吸收光子，处于基态和低激发态的院子或分子吸收具有连续分布的某些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或者暗带组成的光谱；通过弧形反射镜、准直镜和棱镜渠道光传感器组件处，最后由第二光传感器92和第四光传感器94接收，其中第三光传感器93接收到的是背景光，用于外界光源产生的噪声。当某一种元素吸收某些波长的光，会按波长排列暗线或暗带组成光谱。每一种元素的吸收光谱里暗线的位置与其明线光谱的位置互相重合，即每种元素所发射的光频率与其所吸收的光频率相同，从而得到被测物组成成分。
拉曼散射：向分光镜发射一束单一波长的光；通过第一分光镜3和第二分光镜4能够使得其变成三束相同的光A、B和C；C最终由第一光传感器91接收，A和B则分别照射第一被测物10和第二被测物13；经过第一被测物10和第二被测物13的A和B光源，当分子收到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态，虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光，因而散射光中既有与入射光频率相同的谱线也有与入射光不同的谱线，最后A光源由第二光传感器92接收，B光源由第四光传感器94接收；第三光传感器93为背景光。通过分析第一被测物10和第二被测物13受到光照射后新生的光谱，从而得到第一被测物10和第二被测物13的组成结构。
荧光分析：发射一紫外光，通过第一分光镜3和第二分光镜4能够使得其变成三束相同的光A、B和C；C最终由第一光传感器91接收，A和B则分别照射第一被测物10和第二被测物13；经过第一被测物10和第二被测物13的A和B光源，当某些物质受到紫外线照射时，会发射出各种颜色和不同强度的可见光(称为荧光，其产生过程：处于基态最低振动能级的荧光物质分子受到紫外线照射，吸收了和它具有的特征频率相一致的光线，跃迁到第一电子激发态的各个振动能级，被激发到第一电子激发态的各个振动能级的分子通过无辐射跃迁降落到第一电子激发态的最低振动能级，第一电子激发态的最低振动能级的分级继续降落到基态的各个不同振动能级，同时发射出相应的光量子，这就是荧光)；通过荧光分析，从而测出第一被测物10和第二被测物13的组成结构。
在进行光谱分析选择的时候，分析系统会对三种方式都进行相应的分析计算，并根据得到的三种方式对应的图谱来比对系统内存储的各物质对应的光谱以得到最优的结果。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种全光谱多维度光源系统，其特征在于，包括光源模块、分光传输系统和光传感组件；所述分光传输系统包括第一分光镜、第二分光镜、第一弧形反射镜、第二弧形反射镜和棱镜；所述光传感组件包括第一光传感器和第二光传感器；
所述光源模块用于向第一分光镜发射一束入射光；
所述第一分光镜用于将接收到的入射光转换为向第二分光镜的发射的第一水平入射光和向第一弧形反射镜发射的第一探测光；
所述第一弧形反射镜用于接收穿过一第一被测物的第一探测光，并将该第一探测光传输至第二弧形反射镜处；
所述第二弧形反射镜用于将接收到的第一探测光传输至棱镜处；
所述棱镜用于将接收到的第一探测光转化为第一色散光，并将第一色散光传输至第二分光镜；
所述第二分光镜用于将接收到的第一水平入射光传输至第一光传感器处，用于将接收到的第一色散光传输至第二光传感器处；
所述光传感器组件用于将接收到的第一水平入射光和第一色散光转化检测光信号，并该检测光信号传输至一光谱分析系统。
2.如权利要求1所述的全光谱多维度光源系统，其特征在于，所述分光传输系统还包括第三分光镜和第三弧形反射镜，所述光传感组件还包括第四传感器；所述第三分光镜设置于第一分光镜和第二分光镜之间；
所述第三分光镜用于将接收到的第一分光镜传输的第一水平入射光转换为向第二分光镜传输的第二水平入射光和向第三弧形反射镜发射的第二探测光；
该第二探测光依次通过第二被测物、第三弧形反射镜、第二弧形反射镜、棱镜和第二分光镜，并最终由第四光传感器接收。
3.如权利要求2所述的全光谱多维度光源系统，其特征在于，还包括第一准直镜，所述第一准直镜设置于光源模块与第一分光镜之间。
4.如权利要求2所述的全光谱多维度光源系统，其特征在于，还包括第二准直镜，所述第二准直镜设置于第二弧形反射镜与棱镜之间。
5.如权利要求2所述的全光谱多维度光源系统，其特征在于，所述光传感器组件还包括第三光传感器，所述第三光传感器用于接收外界光信号。
6.如权利要求5所述的全光谱多维度光源系统，其特征在于，所述光传感组件中的各个光传感器呈正方形分布。
7.如权利要求1所述的全光谱多维度光源系统，其特征在于，该光源模块为全频谱光源。
8.如权利要求1所述的全光谱多维度光源系统，其特征在于，所述棱镜为三棱镜。
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