CN107272226A - 一种基于角度调谐的声光可调滤波装置 - Google Patents

一种基于角度调谐的声光可调滤波装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其包括计算机控制与分析系统以及依次设置的光源、光束准直系统、声光滤波系统和光谱探测系统，声光滤波系统和光谱探测系统分别与计算机控制与分析系统相连，来自光源的光束依次通过光束准直系统、声光滤波系统到达光谱探测系统，在计算机控制与分析系统的控制下进行光谱信息的采集、分析和存储，形成完整的光路连接，声光滤波过程的光谱数据采集以及分析由计算机控制与分析系统完成。本发明通过精确控制声光滤波器的角度即可实现灵活的可调声光滤波，滤波稳定性好，装置成本低，操控简单，适合多种应用场合。

Description

一种基于角度调谐的声光可调滤波装置
技术领域
本发明涉及声光滤波领域，尤其涉及一种基于角度调谐的声光可调滤波装置。
背景技术
利用光学滤波方法，可以提取来自目标物体的特定光谱信息，该技术在军事、农业、刑事侦查、生命科学以及地质勘探等领域中都有广泛的应用。利用光栅、三棱镜以及带通滤波片都可以实现对信号光的滤波，但是都有各自的缺点和不足，比如光栅的造价高，对环境的要求苛刻，不方便维护，应用成本高；三棱镜由于其采用的是色散的原理，因此滤波后的信号光谱连续分布，不易提取特定的光谱成分；带通滤波片的中心波长一旦确定就不能调节，无法实现可调的滤波。为此，论文《一般相位匹配条件下声光可调谐滤波器系统的理论分析》和发明专利（声光可调滤波器）提出了基于二氧化碲晶体的声光可调滤波器技术。该技术通过调节声光滤波器所加载的射频信号频率，可以实现可调的光学滤波。但由于需要射频源的输出频率连续可调、精度高，因此成本较高，限制其广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，通过调节声光滤波器与入射信号光的夹角，控制声光作用的过程，改变射频信号频率与滤波信号中心波长的对应关系，在固定的射频信号频率下，实现滤波信号中心波长连续调谐。此种基于角度调谐的声光可调滤波装置结构简单、成本低、调谐精度高且操作方便。
本发明采用的技术方案是：
一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其包括计算机控制与分析系统以及依次设置的光源、光束准直系统、声光滤波系统和光谱探测系统，声光滤波系统和光谱探测系统分别与计算机控制与分析系统相连，来自光源的光束依次通过光束准直系统、声光滤波系统到达光谱探测系统，在计算机控制与分析系统的控制下进行光谱信息的采集、分析和存储，形成完整的光路连接，声光滤波过程的光谱数据采集以及分析由计算机控制与分析系统完成。
所述的光源为卤素灯，在可见光至近红外范围内可输出连续谱。
所述的光束准直系统，由消色差的双胶合凸透镜组和双胶合凹透镜组构成，来自光源的光束经光束准直系统汇聚并准直后形成平行光束，进入声光滤波系统进行声光滤波。
所述的声光滤波系统由声光滤波器、电控角度精密调节转台、射频源以及挡光板组成；电控角度精密调节转台采用电控马达驱动，电控角度精密调节转台下表面连接有支架，声光滤波器固定于电控角度精密调节转台上表面，电控角度精密调节转台通过串口与计算机控制与分析系统连接；通过计算机控制与分析系统可以调节电控角度精密调节转台的旋转角度，精确控制声光滤波器相对来自光源光束的角度，声光滤波器和射频源之间通过射频线连接；挡光板位于声光滤波器的后端，挡光板接收经声光滤波器输出的非滤波光束以及两束滤波光束中的一束，防止影响后续的信号光谱接收。
所述的光谱探测系统为光纤光栅光谱仪，光纤光栅光谱仪包括光纤探头、分光光栅以及高灵敏度CCD阵列，光纤探头用来接收来自声光滤波系统的滤波光束并送入分光光栅进行分光，再送入CCD阵列，CCD阵列用于测量滤波光束中不同波长信号光的强度，并将数据送入后续的计算机控制与分析系统。
所述的计算机控制与分析系统由PC机构成，并通过USB连接线分别与声光滤波系统中的射频源以及光谱探测系统连接，通过串口与电控角度精密调节转台连接，PC机内置射频源控制用软件、光谱探测系统控制用软件、电控角度精密调节转台控制软件，以及数据分析软件，PC机利用射频源控制软件、光谱探测系统控制用软件以及电控角度精密调节转台控制软件，分别对射频源、光谱探测系统以及电控角度精密调节转台进行参数调整与控制； PC机接收来自光谱探测系统的光谱数据并通过数据分析软件完成光谱数据的分析以及存储。
所述电控角度精密调节转台为铝合金材料加工，电控角度精密调节转台的最小分辨率为5分，电控角度精密调节转台上下表面均有螺旋。
所述挡光板为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘。
所述光纤光栅光谱仪在可见光范围内的光谱分辨率为0.2nm。
本发明采用以上技术方案，由光束准直系统接收来自光源的光束，并对其进行缩束和准直；来自光束准直系统的出射光束进入声光滤波系统，声光滤波器对其进行声光滤波；电控角度精密调节转台可精密控制声光滤波器相对于来自光束准直系统光束的角度，改变声光滤波器滤波光束的中心波长，实现可调滤波；经滤波器输出的滤波光束由光谱探测系统接收并测量其光谱信息；计算机控制与分析系统接收来自光谱探测系统的光谱信息对其进行分析，并相应调整射频源、电控角度精密调节转台以及光谱探测系统的参数保证最佳的光谱探测，最后对光谱的数据进行存储，完成基于角度调节的声光可调滤波。
本发明通过精确控制声光滤波器的角度即可实现灵活的可调声光滤波，滤波稳定性好，装置成本低，操控简单，适合多种应用场合。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种基于角度调谐的声光可调滤波装置的结构示意图；
图2为本发明一种基于角度调谐的声光可调滤波装置的原理流程示意图。
具体实施方式
如图1或2所示，本发明公开了一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其包括计算机控制与分析系统105以及依次设置的光源101、光束准直系统102、声光滤波系统103和光谱探测系统104，声光滤波系统103和光谱探测系统104分别与计算机控制与分析系统105相连，来自光源101的光束依次通过光束准直系统102、声光滤波系统103到达光谱探测系统104，在计算机控制与分析系统105的控制下进行光谱信息的采集、分析和存储，形成完整的光路连接，声光滤波过程的光谱数据采集以及分析由计算机控制与分析系统105完成。
所述的光源101为卤素灯，在可见光至近红外范围内可输出连续谱。
所述的光束准直系统102，由消色差的双胶合凸透镜组和双胶合凹透镜组构成，来自光源101的光束经光束准直系统102汇聚并准直后形成平行光束，进入声光滤波系统103进行声光滤波。
所述的声光滤波系统103由声光滤波器、电控角度精密调节转台、射频源以及挡光板组成；电控角度精密调节转台采用电控马达驱动，电控角度精密调节转台下表面连接有支架，声光滤波器固定于电控角度精密调节转台上表面，电控角度精密调节转台通过串口与计算机控制与分析系统105连接；通过计算机控制与分析系统105可以调节电控角度精密调节转台的旋转角度，精确控制声光滤波器相对来自光源101光束的角度，声光滤波器和射频源之间通过射频线连接；挡光板位于声光滤波器的后端，挡光板接收经声光滤波器输出的非滤波光束以及两束滤波光束中的一束，防止影响后续的信号光谱接收。
所述的光谱探测系统104为光纤光栅光谱仪，光纤光栅光谱仪包括光纤探头、分光光栅以及高灵敏度CCD阵列，光纤探头用来接收来自声光滤波系统103的滤波光束并送入分光光栅进行分光，再送入CCD阵列，CCD阵列用于测量滤波光束中不同波长信号光的强度，并将数据送入后续的计算机控制与分析系统105。
所述的计算机控制与分析系统105由PC机构成，并通过USB连接线分别与声光滤波系统103中的射频源以及光谱探测系统104连接，通过串口与电控角度精密调节转台连接，PC机内置射频源控制用软件、光谱探测系统104控制用软件、电控角度精密调节转台控制软件，以及数据分析软件，PC机利用射频源控制软件、光谱探测系统104控制用软件以及电控角度精密调节转台控制软件，分别对射频源、光谱探测系统104以及电控角度精密调节转台进行参数调整与控制； PC机接收来自光谱探测系统104的光谱数据并通过数据分析软件完成光谱数据的分析以及存储。
所述电控角度精密调节转台为铝合金材料加工，电控角度精密调节转台的最小分辨率为5分，电控角度精密调节转台上下表面均有螺旋。
所述挡光板为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘。
所述光纤光栅光谱仪在可见光范围内的光谱分辨率为0.2nm。
如图2所示，本发明基于角度调节的声光可调滤波的具体过程如下：
步骤201：系统开，即整个声光可调滤波系统的初始化，主要包括光谱探测系统104、声光滤波系统103，以及计算机控制与分析系统105等。
步骤202：根据光源101发光情况对光束准直系统102以及声光滤波系统103进行参数调节和设置，进行基于角度调节的声光可调滤波。
步骤203：调节光谱探测系统104中光纤探头的位置，对滤波光束进行准确接收，调整光谱探测系统104中CCD的增益，完成滤波光束光谱的最佳测量。
步骤204：利用计算机控制与分析系统105对测量的光谱数据进行分析处理，根据获得的光谱参数，比如：强度、中心波长、带通、旁瓣等，调整声光滤波系统103中电控角度精密调节转台的角度等参数，重新进行基于角度调节的声光可调滤波。
步骤205：对获得的滤波光谱结果进行存储，基于角度调节的声光可调滤波过程结束，系统关闭。
本发明采用以上技术方案，由光束准直系统102接收来自光源101的光束，并对其进行缩束和准直；来自光束准直系统102的出射光束进入声光滤波系统103，声光滤波器对其进行声光滤波；电控角度精密调节转台可精密控制声光滤波器相对于来自光束准直系统102光束的角度，改变声光滤波器滤波光束的中心波长，实现可调滤波；经滤波器输出的滤波光束由光谱探测系统104接收并测量其光谱信息；计算机控制与分析系统105接收来自光谱探测系统104的光谱信息对其进行分析，并相应调整射频源、电控角度精密调节转台以及光谱探测系统104的参数保证最佳的光谱探测，最后对光谱的数据进行存储，完成基于角度调节的声光可调滤波。
本发明通过精确控制声光滤波器的角度即可实现灵活的可调声光滤波，滤波稳定性好，装置成本低，操控简单，适合多种应用场合。

Claims (9)

1.一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其特征在于：其包括计算机控制与分析系统以及依次设置的光源、光束准直系统、声光滤波系统和光谱探测系统，声光滤波系统和光谱探测系统分别与计算机控制与分析系统相连，来自光源的光束依次通过光束准直系统、声光滤波系统到达光谱探测系统，在计算机控制与分析系统的控制下进行光谱信息的采集、分析和存储，形成完整的光路连接，声光滤波过程的光谱数据采集以及分析由计算机控制与分析系统完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其特征在于：所述的光源为卤素灯，在可见光至近红外范围内可输出连续谱。
3.根据权利要求1所述的一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其特征在于：所述的光束准直系统，由消色差的双胶合凸透镜组和双胶合凹透镜组构成，来自光源的光束经光束准直系统汇聚并准直后形成平行光束，进入声光滤波系统进行声光滤波。
4.根据权利要求1所述的一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其特征在于：所述的声光滤波系统由声光滤波器、电控角度精密调节转台、射频源以及挡光板组成；电控角度精密调节转台采用电控马达驱动，电控角度精密调节转台下表面连接有支架，声光滤波器固定于电控角度精密调节转台上表面，电控角度精密调节转台通过串口与计算机控制与分析系统连接；通过计算机控制与分析系统可以调节电控角度精密调节转台的旋转角度，精确控制声光滤波器相对来自光源光束的角度，声光滤波器和射频源之间通过射频线连接；挡光板位于声光滤波器的后端，挡光板接收经声光滤波器输出的非滤波光束以及两束滤波光束中的一束，防止影响后续的信号光谱接收。
5.根据权利要求4所述的一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其特征在于：所述电控角度精密调节转台为铝合金材料加工，电控角度精密调节转台的最小分辨率为5分，电控角度精密调节转台上下表面均有螺旋。
6.根据权利要求4所述的一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其特征在于：所述挡光板为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘。
7.根据权利要求1所述的一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其特征在于：所述的光谱探测系统为光纤光栅光谱仪，光纤光栅光谱仪包括光纤探头、分光光栅以及高灵敏度CCD阵列，光纤探头用来接收来自声光滤波系统的滤波光束并送入分光光栅进行分光，再送入CCD阵列，CCD阵列用于测量滤波光束中不同波长信号光的强度，并将数据送入后续的计算机控制与分析系统。
8.根据权利要求7所述的一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其特征在于：所述光纤光栅光谱仪在可见光范围内的光谱分辨率为0.2nm。
9. 根据权利要求4所述的一种基于角度调谐的声光可调滤波装置，其特征在于：所述的计算机控制与分析系统由PC机构成，并通过USB连接线分别与声光滤波系统中的射频源以及光谱探测系统连接，通过串口与电控角度精密调节转台连接，PC机内置射频源控制用软件、光谱探测系统控制用软件、电控角度精密调节转台控制软件，以及数据分析软件，PC机利用射频源控制软件、光谱探测系统控制用软件以及电控角度精密调节转台控制软件，分别对射频源、光谱探测系统以及电控角度精密调节转台进行参数调整与控制； PC机接收来自光谱探测系统的光谱数据并通过数据分析软件完成光谱数据的分析以及存储。
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