CN108169135A - 光谱检测仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光谱检测仪，包括可见光源、第一凹面反射镜、插入有第一入射光纤的第一光纤接头、第一滤光片、第二凹面反射镜以及插入有第二入射光纤的第二光纤接头；第一滤光片的通带部分在可见光源的弱光波段，第一滤光片的阻带部分在可见光源的强光波段。可见光源发出的第一可见光经第一凹面反射镜进入第一入射光纤，可见光源发出的第二可见光先后经第一滤光片、第二凹面反射镜、第一滤光片进入第二入射光纤，这样对可见光源发出的两个方向的光分别加以成像收集，通过第一滤光片对一个方向的光进行强光滤光处理，使得到的混合光在不同波段光强相对均匀，即提高了光源光谱能量分布的均匀性，提高了检测灵敏度和检测准确性。

Description

光谱检测仪
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其是涉及一种光谱检测仪。
背景技术
在检测样品的吸收光谱、荧光光谱以及光致发射光谱时，受样品形态的限制，激发光源和光谱检测往往需要位于样品表面前方的同一侧，这类光谱检测称为前表光谱检测。前表光谱包括样品表面和样品内部的反射和散射吸收光谱、荧光光谱以及光致发光光谱等多种光谱，本质上是一种反射(镜面反射或漫反射)光谱。
现有的前表光谱检测主要有垂直反射式Y型光纤耦合检测、透镜组收发一体式检测以及积分球收发检测等几种结构，主要存在如下缺点：光源光谱能量分布不均匀，不同波段光强相差较大(如钨灯的400-550nm波段的光强为其1000nm处光强的几十分之一)，光源弱光波段(如钨灯的400-550nm波段)的检测灵敏度和检测准确性极易受影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光谱检测仪，以提高光源光谱能量分布的均匀性，从而提高检测灵敏度和检测准确性。
第一方面，本发明实施例提供了一种光谱检测仪，包括可见光源和可见光调整组件；所述可见光调整组件包括第一凹面反射镜、插入有第一入射光纤的第一光纤接头、第一滤光片、第二凹面反射镜以及插入有第二入射光纤的第二光纤接头；
所述可见光源位于所述第一凹面反射镜和所述第二凹面反射镜之间以及所述第一光纤接头和所述第二光纤接头之间，所述第一凹面反射镜用于将所述可见光源成像在所述第一光纤接头的端面中心上，所述第二凹面反射镜用于将所述可见光源成像在所述第二光纤接头的端面中心上；所述第一滤光片位于所述可见光源与所述第二凹面反射镜之间；所述第一滤光片的通带部分在所述可见光源的弱光波段，所述第一滤光片的阻带部分在所述可见光源的强光波段；
所述可见光源发出的第一可见光经由所述第一凹面反射镜反射收集后，汇聚进入插在所述第一光纤接头端面中心的所述第一入射光纤内；所述可见光源发出的第二可见光穿过所述第一滤光片照射到所述第二凹面反射镜上，经镜面反射后再次穿过所述第一滤光片汇聚进入插在所述第二光纤接头端面中心的所述第二入射光纤内；所述可见光调整组件通过所述第一入射光纤和所述第二入射光纤输出强度均匀化调整后的调整可见光。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述可见光源和所述第一光纤接头均位于所述第一凹面反射镜的二倍焦距面上；所述可见光源和所述第二光纤接头均位于所述第二凹面反射镜的二倍焦距面上。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述光谱检测仪还包括紫外光源和紫外光调整组件；沿着光的传播方向，所述紫外光调整组件依次包括均与所述紫外光源同轴设置的光源准直透镜、第二滤光片、光源聚焦透镜以及插入有第三入射光纤的第三光纤接头；其中，所述第二滤光片为低通型紫外滤光片；
所述紫外光源发出的紫外光先后经由所述光源准直透镜准直、所述第二滤光片滤光、所述光源聚焦透镜聚焦后，进入插在所述第三光纤接头端面中心的所述第三入射光纤内；所述紫外光调整组件通过所述第三入射光纤输出滤光后的调整紫外光。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述光谱检测仪还包括从下到上依次同轴设置的集总光纤接头、混光准直透镜、积分球、中空载物板和载样玻璃片；
所述集总光纤接头设置有第一通孔，所述第一通孔用于容纳固定所述第一入射光纤的第一出射端、所述第二入射光纤的第二出射端和所述第三入射光纤的第三出射端；所述第一出射端的出射端面、所述第二出射端的出射端面和所述第三出射端的出射端面均位于所述混光准直透镜的近轴焦平面上；
所述积分球的上下两端分别开设有第一开口和第二开口；所述载样玻璃片镶嵌在所述中空载物板的中空部分，所述载样玻璃片上用于放置被测样品；
所述第一出射端和所述第二出射端输出的调整可见光以及所述第三出射端输出的调整紫外光，经由所述混光准直透镜准直后变为混合平行入射光；所述混合平行入射光从所述第二开口进入所述积分球，穿过所述积分球内部和所述第一开口，照射到所述载样玻璃片上的被测样品上。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述混光准直透镜的中心主光轴上开设有第二通孔；
所述光谱检测仪还包括出射光纤和光纤光谱仪；所述出射光纤的出射端连接所述光纤光谱仪，所述出射光纤的入射端先后穿过所述第一通孔和所述第二通孔，且所述出射光纤的入射端面与所述积分球的内壁最低点齐平。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述混光准直透镜镶嵌在所述第二开口内，所述光谱检测仪还包括镶嵌在所述第一开口内的透光窗。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述光源准直透镜、所述光源聚焦透镜、所述第三入射光纤的纤芯和所述混光准直透镜均为远紫外类JGS1石英玻璃材质。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，在所述积分球和所述中空载物板之间还设置有参比编码盘，所述参比编码盘包括多块不同透光率或不同反光率的参比区域；穿过所述第一开口的所述混合平行入射光照射在所述参比区域上。
结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述参比区域包括光学白板、光学黑板和透光区。
结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述光谱检测仪还包括码盘驱动电机；所述参比编码盘的中心设置有圆孔，所述参比编码盘通过所述圆孔固定在所述码盘驱动电机的转轴末端；
所述码盘驱动电机用于带动所述参比编码盘转动，以使各块所述参比区域分别旋转至所述第一开口与所述载样玻璃片之间。
结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十种可能的实施方式，其中，所述参比编码盘上还设置有与所述参比区域一一对应的多个同步触发孔；所述光谱检测仪还包括光纤光谱仪以及与所述同步触发孔一一对应的多个光开关，各个所述光开关分别与所述光纤光谱仪连接；所述光开关用于当检测到对应的同步触发孔时，向所述光纤光谱仪发送同步触发信号。
结合第一方面的第十种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十一种可能的实施方式，其中，各个所述同步触发孔分布在所述参比编码盘的不同半径所在的圆周上；所述光开关包括光电对管。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例中，光谱检测仪包括可见光源和可见光调整组件；可见光调整组件包括第一凹面反射镜、插入有第一入射光纤的第一光纤接头、第一滤光片、第二凹面反射镜以及插入有第二入射光纤的第二光纤接头；可见光源位于第一凹面反射镜和第二凹面反射镜之间以及第一光纤接头和第二光纤接头之间，第一凹面反射镜用于将可见光源成像在第一光纤接头的端面中心上，第二凹面反射镜用于将可见光源成像在第二光纤接头的端面中心上；第一滤光片位于可见光源与第二凹面反射镜之间；第一滤光片的通带部分在可见光源的弱光波段，第一滤光片的阻带部分在可见光源的强光波段；可见光源发出的第一可见光经由第一凹面反射镜反射收集后，汇聚进入插在第一光纤接头端面中心的第一入射光纤内；可见光源发出的第二可见光穿过第一滤光片照射到第二凹面反射镜上，经镜面反射后再次穿过第一滤光片汇聚进入插在第二光纤接头端面中心的第二入射光纤内；可见光调整组件通过第一入射光纤和第二入射光纤输出强度均匀化调整后的调整可见光。本发明实施例提供的光谱检测仪，对可见光源发出的两个方向的光分别加以成像收集，通过第一滤光片对一个方向的光进行强光滤光处理，使得最终得到的混合光在不同波段光强相对均匀，即提高了光源光谱能量分布的均匀性，从而提高了检测灵敏度和检测准确性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种光谱检测仪的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种混光准直透镜的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种混光准直光路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种参比编码盘的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前现有的前表光谱检测时所采用的光源具有光谱能量分布不均匀，不同波段光强相差较大的问题，光源弱光波段的检测灵敏度和检测准确性极易受影响。基于此，本发明实施例提供的一种光谱检测仪，可以提高光源光谱能量分布的均匀性，从而提高检测灵敏度和检测准确性。
图1为本发明实施例提供的一种光谱检测仪的结构示意图，如图1所示，该光谱检测仪包括可见光源1和可见光调整组件；可见光调整组件包括第一凹面反射镜2、插入有第一入射光纤4的第一光纤接头3、第一滤光片5、第二凹面反射镜6以及插入有第二入射光纤8的第二光纤接头7。
如图1所示，可见光源1位于第一凹面反射镜2和第二凹面反射镜6之间以及第一光纤接头3和第二光纤接头7之间，其中，可见光源1可以但不限于为卤钨灯。第一凹面反射镜2用于将可见光源1成像在第一光纤接头3的端面中心上，第二凹面反射镜6用于将可见光源1成像在第二光纤接头7的端面中心上。在一些可能的实施例中，可见光源1和第一光纤接头3均位于第一凹面反射镜2的二倍焦距面上；可见光源1和第二光纤接头7均位于第二凹面反射镜6的二倍焦距面上。
如图1所示，第一滤光片5位于可见光源1与第二凹面反射镜6之间。第一滤光片5可以为材料吸收型宽带带通滤光片，第一滤光片5的通带部分在可见光源1的弱光波段(如卤钨灯400-550nm波段)，第一滤光片5的阻带部分在可见光源1的强光波段(如卤钨灯550-1000nm波段)，从通带向阻带的过渡较为平缓，第一滤光片5可以过滤(大幅减弱)强光波段、保留弱光波段。
以可见光源1为中心，定义第一凹面反射镜2位于可见光源1的后方(图1中右上方向)，第二凹面反射镜6位于可见光源1的前方(图1中左下方向)，第一光纤接头3位于可见光源1的左侧(图1中左上方向)，第二光纤接头7位于可见光源1的右侧(图1中右下方向)，上述光谱检测仪进行可见光调整的原理如下：可见光源1发出的光朝前后方向辐射；对于朝后方向辐射的第一可见光，由于第一凹面反射镜2可以将可见光源1的后侧发光中心成像在第一光纤接头3的端面中心点上，因此可见光源1朝后方发出的第一可见光经第一凹面反射镜2反射收集之后，汇聚进入插在第一光纤接头3端面中心的第一入射光纤4内；对于朝前方向辐射的第二可见光，由于第二凹面反射镜6可以将可见光源1的前侧发光中心成像在第二光纤接头7的端面中心点上，因此可见光源1朝前方发出的第二可见光首次穿过第一滤光片5后，照射到第二凹面反射镜6的镜面上，经镜面反射之后再次穿过第一滤光片5，汇聚进入到插在第二光纤接头7端面中心的第二入射光纤8内。
进入到第一入射光纤4中的后向光为全谱可见光，进入到第二入射光纤8中的前向光为滤光后的可见光弱光波段，第一入射光纤4和第二入射光纤8输出的光混合在一起后所得的全谱可见光中弱光波段得以补充加强。微调第一凹面反射镜2的位置可以适当调整第一光纤接头3端面中心成像光斑的大小，进而可调节进入到第一入射光纤4中的全谱可见光的强度，光斑面积越大进入到第一入射光纤4中的全谱可见光强度衰减越多。因此通过微调第一凹面反射镜2，可以将最终混合光(调整可见光)中可见光源的强光波段和弱光波段的光强大小调节到接近一致。即可见光调整组件通过第一入射光纤4和第二入射光纤8输出强度均匀化调整后的调整可见光。
本发明实施例提供的光谱检测仪，对可见光源1(如卤素钨灯)发出的前后两个方向的光分别加以成像收集，对其中一个方向的光再加以强光滤光处理，所得的混合光(调整可见光)在不同波段光强相对均匀，即提高了光源光谱能量分布的均匀性，因此可以有效消除光源不同波段光强相差巨大影响后续检测灵敏度和检测准确性的问题。与传统的光谱检测仪中只利用光源一个方向的发射光相比，这种对光源前后两个方向的光同时加以利用的方式相当于使用了两个同样的光源，光能利用更加高效，同时还避免了两个光源时间漂移、温度漂移不一致的问题。另外，可见光源1的前向光(第二可见光)两次穿过第一滤光片5，相当于使用了两片滤光片串联，滤光效果更好。
对于还包括紫外光源的光谱检测仪，考虑到光源强度变化剧烈的地方(如氘灯的485.8nm、581.4nm、656.1nm谱线)容易出现假信号峰导致误检，如图1所示，上述光谱检测仪还包括紫外光源9和紫外光调整组件；沿着光的传播方向，该紫外光调整组件依次包括均与紫外光源9同轴设置的光源准直透镜10、第二滤光片11、光源聚焦透镜12以及插入有第三入射光纤14的第三光纤接头13。紫外光源9发出的紫外光先后经由光源准直透镜10准直、第二滤光片11滤光、光源聚焦透镜12聚焦后，进入插在第三光纤接头13端面中心的第三入射光纤14内；紫外光调整组件通过第三入射光纤14输出滤光后的调整紫外光。
在一些可能的实施例中，如图1所示，紫外光源9(如氘灯)、光源准直透镜10、第二滤光片11、光源聚焦透镜12、第三光纤接头13可以从左至右位于同一水平轴线上。
滤除紫外光源9中尖锐谱线的原理如下：如图1所示，紫外光源9发出的紫外光经光源准直透镜10准直之后变成平行光，平行光穿过第二滤光片11以后照射到光源聚焦透镜12上，经光源聚焦透镜12聚焦之后汇聚成点光斑投射到第三光纤接头13端面中心位置，被收集进入插在第三光纤接头13端面中心的第三入射光纤14内。光源准直透镜10和光源聚焦透镜12均可以为远紫外类JGS1石英玻璃材质，光源准直透镜10和光源聚焦透镜12均能透过可见光和短波紫外以及部分远紫外光。第三入射光纤14的纤芯也可以为JGS1石英玻璃材质，能高效透过185nm以上的紫外光及全谱可见光。第二滤光片11可以为低通型紫外滤光片或其他低通型紫外滤光装置，可以滤除480nm以上可见波段的光，保留210-450nm紫外波段的光，经过第二滤光片11滤光之后紫外光源9发出的光谱中尖锐强烈的谱线(如氘灯485.8nm、581.4nm、656.1nm谱线)被滤除掉，因此可以有效避免因光源强度变化剧烈致使后续光谱检测过程中出现假信号峰，进而导致误检的问题。
考虑到现有技术中对出射光线的方向要求高，易受样品表面不规则形状的影响，本实施例采用积分球来收集返回的出射光。另外考虑到采用积分球时，入射光经积分球散射混光(积分球方式)照射到样品上的光强衰减比较大，对光源光功率要求高，大量入射光未经过样品直接在积分球内多次反射之后进入检测仪器，这样抬高了基线光谱，进而影响了仪器的灵敏度和动态检测范围。基于此，如图1所示，上述光谱检测仪还包括从下到上依次同轴设置的集总光纤接头15、混光准直透镜16、积分球17、中空载物板19和载样玻璃片20。混光准直透镜16和载样玻璃片20均可以为JGS1石英玻璃材质，从而对短波紫外光的吸收甚少。
具体地，集总光纤接头15设置有第一通孔，第一通孔用于容纳固定第一入射光纤的第一出射端、第二入射光纤的第二出射端和第三入射光纤的第三出射端；第一出射端的出射端面、第二出射端的出射端面和第三出射端的出射端面均位于混光准直透镜16的近轴焦平面上。积分球17的上下两端分别开设有第一开口和第二开口；载样玻璃片20镶嵌在中空载物板19的中空部分，载样玻璃片20上用于放置被测样品21。第一出射端和第二出射端输出的上述调整可见光以及第三出射端输出的上述调整紫外光，经由混光准直透镜16准直后变为混合平行入射光；混合平行入射光从第二开口进入积分球17，穿过积分球17内部和第一开口，照射到载样玻璃片20上的被测样品21上。由于混合平行入射光是准直后的平行光，因而只是从积分球17内部穿过，不会照射到积分球17内壁的漫反射材料上，从而可以避免未经样品转化的入射光在积分球17内多次反射之后进入检测仪器，导致抬高了基线光谱进而影响仪器的灵敏度和动态检测范围的问题；同时也大幅降低了入射光在积分球17内部的漫射损耗，提高了入射光的利用效率。
图2为本发明实施例提供的一种混光准直透镜的结构示意图，为了便于从被测样品返回的出射光的输出，如图2所示，混光准直透镜16的中心主光轴上开设有第二通孔16-1。如图1所示，上述光谱检测仪还包括出射光纤22和光纤光谱仪23；出射光纤22的出射端连接光纤光谱仪23，出射光纤22的入射端先后穿过第一通孔和第二通孔16-1，且出射光纤22的入射端面与积分球17的内壁最低点齐平。
图3为本发明实施例提供的一种混光准直光路的结构示意图。在一些可能的实施例中，如图3所示，集总光纤接头15的第一通孔15-2可以容纳4根裸光纤，出射光纤22的入射端从集总光纤接头15的中心轴线上(第一通孔15-2内)穿过，并伸入到混光准直透镜16的上方，其入射端面22-1高出准直透镜16的上凸面16-2的中心最高点。
具体地，如图3所示，第一入射光纤4、第二入射光纤8、第三入射光纤14的出射端均伸入到集总光纤接头15的第一通孔15-2中汇总到一起，三根入射光纤紧贴出射光纤22，并围绕在出射光纤22的周围呈120°等角度分布，出射端面4-1、8-1、14-1与集总光纤接头15的上端面15-1平齐。混光准直透镜16位于集总光纤接头15的上方，其焦点落在集总光纤接头15的上端面15-1的中心，即第一入射光纤4、第二入射光纤8、第三入射光纤14的出射端面4-1、8-1、14-1均位于混光准直透镜16的近轴焦平面上，三根入射光纤从光源处收集来的入射光分别从出射端面4-1、8-1、14-1射出之后，经由混光准直透镜16准直后变成混合在一起的混合平行入射光。
考虑到积分球受潮后会对检测结果造成影响，如图1所示，上述混光准直透镜16镶嵌在积分球17的第二开口内，该光谱检测仪还包括镶嵌在积分球17的第一开口内的透光窗18。透光窗18可以为JGS1石英材质，对短波紫外光的吸收甚少。这样通过混光准直透镜16和透光窗18将积分球17封闭起来，可以防止积分球17受潮。
在一些可能的实施例中，如图1所示，积分球17上下两端开有和混光准直透镜16直径相同的圆形开口(第一开口和第二开口)，中空载物板19的中间位置亦开有相同大小圆孔(中空部分)，混合平行入射光从第二开口和积分球17的内部穿过，透过积分球17的第一开口处的透光窗18和镶嵌在中空载物板19上的载样玻璃片20照射被测样品21上。
如图1所示，从被测样品21上返回来的出射光呈散射状态(光线方向各不相同)，反穿过载样玻璃片20和透光窗18进入积分球17内部，这些不同方向的出射光经积分球17内壁材料的多次漫反射之后，光能接近均匀地分布于积分球17。如图3所示，出射光纤22的入射端穿过混光准直透镜16的第二通孔16-1伸入到混光准直透镜16的上凸面16-2以上；如图1所示，混光准直透镜16镶嵌在积分球17的第二开口之中，出射光纤22的入射端面22-1高出混光准直透镜16的上凸面16-2、与积分球17的内壁最低点平齐；从被测样品21上返回来的出射光经积分球17混匀后，部分出射光经由入射端面22-1进入到出射光纤22中，最终被送往光纤光谱仪23进行检测分析。由于采用了积分球17来收集返回的出射光，可以消除不规则、不均匀样品对出射光的影响，提高对样品前表光谱采集的重复性和准确度。
考虑到光源的发光强度随时间和环境温度的漂移易导致检测光谱产生基线漂移，对于组合光源(如氘卤钨灯组合)，不同的光源光强漂移变化不一致易导致检测光谱曲线形状畸变出现假信号，如图1所示，在积分球17和中空载物板19之间还设置有参比编码盘24，参比编码盘24包括多块不同透光率或不同反光率的参比区域；穿过积分球17的第一开口的混合平行入射光照射在参比区域上。考虑到同一光源的发光强度短时间内不会出现明显变化，因此在进行样品检测时，可以通过采用不同透光率或不同反光率的参比区域进行参比校准，从而降低光源光强的时间漂移和温度漂移对检测结果的影响，缓解不同的光源光强漂移变化不一致易导致检测光谱曲线形状畸变出现假信号的问题。
上述参比区域包括光学白板、光学黑板和透光区。图4为本发明实施例提供的一种参比编码盘的结构示意图，如图4所示，参比编码盘24主要由圆盘24-1、扇形光学白板24-2、扇形光学黑板24-3以及扇形样品透光区24-4组成，在对被测样品进行检测的过程中光学白板24-2和光学黑板24-3用作参比。其中，扇形光学白板24-2、扇形光学黑板24-3和扇形样品透光区24-4在圆盘24-1上呈120°等角度分布；扇形光学白板24-2在紫外和可见波段均有着良好的反射率，白板板体嵌入在圆盘24-1中，其漫反射面与盘面平齐；扇形光学黑板24-3由黑色吸光材料制作而成，黑板板体亦嵌入在圆盘24-1中，其黑色吸光面与盘面平齐；扇形样品透光区24-4为圆盘24-1上开凿出来镂空区域，照射到被测样品上的入射光和从样品返回的出射光可以从该区域自由穿过。
参比校准的原理如下：当扇形光学黑板24-3转到透光窗18和载样玻璃片20之间的采样光通道上时，经混光准直透镜16准直后的混合平行入射光穿过透光窗18后照射到光学黑板24-3上被吸收掉，此时几乎没有出射光进入到积分球17，可以测量一帧光谱强度数据作为暗信号基线光谱；当扇形光学白板24-2转到采样光通道上时，混合平行入射光穿过透光窗18后照射到光学白板24-2上，经光学白板24-2散射后的反射光返回到积分球17的内部，此时可以测量一帧光谱强度数据，用该光谱强度数据减去暗信号基线光谱得到的入射光光谱强度可以作为参比光谱；当扇形样品透光区24-4转到采样光通道上时，混合平行入射光可以从该空位直接通过并照射到被测样品上，从被测样品上返回的出射光通过该扇形样品透光区24-4，经由透光窗18进入到积分球17内部，此时可以测量样品的出射光强度，测量所得的光谱强度数据减去暗信号基线光谱可得样品出射光的净强度。样品出射光的净强度光谱数据可以直接用于后续的光谱分析，也可以与参比光谱相比较得到更为准确的样品光相对光谱强度。
为了实现参比编码盘24的自动旋转，如图1所示，上述光谱检测仪还包括码盘驱动电机25，码盘驱动电机25用于带动参比编码盘24旋转。在一些可能的实施例中，如图4所示，参比编码盘24的圆盘24-1的中心设有一圆孔24-5，圆孔24-5用于连接码盘驱动电机25的转轴，参比编码盘24通过圆孔24-5固定在码盘驱动电机25的转轴末端。当码盘驱动电机25带动参比编码盘24转动时，可以将扇形光学白板24-2、扇形光学黑板24-3以及扇形样品透光区24-4依次旋转到透光窗18和载样玻璃片20之间的采样光通道上。
为了实现同步自动测量，参比编码盘24上还设置有与参比区域一一对应的多个同步触发孔；该光谱检测仪还包括图1所示的光纤光谱仪23以及与同步触发孔一一对应的多个光开关，各个光开关分别与光纤光谱仪连接。光开关包括光电对管，用于当检测到对应的同步触发孔时，向光纤光谱仪发送同步触发信号。光纤光谱仪可以通过接收同步触发信号，确定处于采样光通道上的参比区域，从而实现相应光强的自动测量。
在一些可能的实施例中，如图4所示，参比编码盘24的圆盘24-1的圆盘外周还设有白板同步触发孔24-6、黑板同步触发孔24-7和样品同步触发孔24-8三个同步触发孔位，三个孔位分布在不同半径所在的圆周上。在仪器整机(光谱检测仪)中与这三个圆周对应的位置分别设有光开关(如光电对管)，当相应的同步触发孔旋转到对应光开关的位置时光开关会产生一个突变信号触发该光谱检测仪进行相应光强的检测与分析。
通过上述参比编码盘24，本实施例提供的光谱检测仪可以在检测样品的过程中实现同步自动测量参比光强、同步自动扣除暗信号基线光谱、同步自动完成与参比光的比对，即通过参比编码盘24进行实时在线校准，有效地避免了光源的发光强度随时间和环境温度的漂移影响检测结果的准确性，在检测的过程中无需人工反复测量参比校准仪器，检测速度更快，检测结果更为准确。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种光谱检测仪，其特征在于，包括可见光源和可见光调整组件；所述可见光调整组件包括第一凹面反射镜、插入有第一入射光纤的第一光纤接头、第一滤光片、第二凹面反射镜以及插入有第二入射光纤的第二光纤接头；
所述可见光源位于所述第一凹面反射镜和所述第二凹面反射镜之间以及所述第一光纤接头和所述第二光纤接头之间，所述第一凹面反射镜用于将所述可见光源成像在所述第一光纤接头的端面中心上，所述第二凹面反射镜用于将所述可见光源成像在所述第二光纤接头的端面中心上；所述第一滤光片位于所述可见光源与所述第二凹面反射镜之间；所述第一滤光片的通带部分在所述可见光源的弱光波段，所述第一滤光片的阻带部分在所述可见光源的强光波段；
所述可见光源发出的第一可见光经由所述第一凹面反射镜反射收集后，汇聚进入插在所述第一光纤接头端面中心的所述第一入射光纤内；所述可见光源发出的第二可见光穿过所述第一滤光片照射到所述第二凹面反射镜上，经镜面反射后再次穿过所述第一滤光片汇聚进入插在所述第二光纤接头端面中心的所述第二入射光纤内；所述可见光调整组件通过所述第一入射光纤和所述第二入射光纤输出强度均匀化调整后的调整可见光。
2.根据权利要求1所述的光谱检测仪，其特征在于，所述可见光源和所述第一光纤接头均位于所述第一凹面反射镜的二倍焦距面上；所述可见光源和所述第二光纤接头均位于所述第二凹面反射镜的二倍焦距面上。
3.根据权利要求1所述的光谱检测仪，其特征在于，所述光谱检测仪还包括紫外光源和紫外光调整组件；沿着光的传播方向，所述紫外光调整组件依次包括均与所述紫外光源同轴设置的光源准直透镜、第二滤光片、光源聚焦透镜以及插入有第三入射光纤的第三光纤接头；其中，所述第二滤光片为低通型紫外滤光片；
所述紫外光源发出的紫外光先后经由所述光源准直透镜准直、所述第二滤光片滤光、所述光源聚焦透镜聚焦后，进入插在所述第三光纤接头端面中心的所述第三入射光纤内；所述紫外光调整组件通过所述第三入射光纤输出滤光后的调整紫外光。
4.根据权利要求3所述的光谱检测仪，其特征在于，所述光谱检测仪还包括从下到上依次同轴设置的集总光纤接头、混光准直透镜、积分球、中空载物板和载样玻璃片；
所述集总光纤接头设置有第一通孔，所述第一通孔用于容纳固定所述第一入射光纤的第一出射端、所述第二入射光纤的第二出射端和所述第三入射光纤的第三出射端；所述第一出射端的出射端面、所述第二出射端的出射端面和所述第三出射端的出射端面均位于所述混光准直透镜的近轴焦平面上；
所述积分球的上下两端分别开设有第一开口和第二开口；所述载样玻璃片镶嵌在所述中空载物板的中空部分，所述载样玻璃片上用于放置被测样品；
所述第一出射端和所述第二出射端输出的调整可见光以及所述第三出射端输出的调整紫外光，经由所述混光准直透镜准直后变为混合平行入射光；所述混合平行入射光从所述第二开口进入所述积分球，穿过所述积分球内部和所述第一开口，照射到所述载样玻璃片上的被测样品上。
5.根据权利要求4所述的光谱检测仪，其特征在于，所述混光准直透镜的中心主光轴上开设有第二通孔；
所述光谱检测仪还包括出射光纤和光纤光谱仪；所述出射光纤的出射端连接所述光纤光谱仪，所述出射光纤的入射端先后穿过所述第一通孔和所述第二通孔，且所述出射光纤的入射端面与所述积分球的内壁最低点齐平。
6.根据权利要求4所述的光谱检测仪，其特征在于，所述混光准直透镜镶嵌在所述第二开口内，所述光谱检测仪还包括镶嵌在所述第一开口内的透光窗。
7.根据权利要求4所述的光谱检测仪，其特征在于，所述光源准直透镜、所述光源聚焦透镜、所述第三入射光纤的纤芯和所述混光准直透镜均为远紫外类JGS1石英玻璃材质。
8.根据权利要求4所述的光谱检测仪，其特征在于，在所述积分球和所述中空载物板之间还设置有参比编码盘，所述参比编码盘包括多块不同透光率或不同反光率的参比区域；穿过所述第一开口的所述混合平行入射光照射在所述参比区域上。
9.根据权利要求8所述的光谱检测仪，其特征在于，所述参比区域包括光学白板、光学黑板和透光区。
10.根据权利要求8所述的光谱检测仪，其特征在于，所述光谱检测仪还包括码盘驱动电机；所述参比编码盘的中心设置有圆孔，所述参比编码盘通过所述圆孔固定在所述码盘驱动电机的转轴末端；
所述码盘驱动电机用于带动所述参比编码盘转动，以使各块所述参比区域分别旋转至所述第一开口与所述载样玻璃片之间。
11.根据权利要求8所述的光谱检测仪，其特征在于，所述参比编码盘上还设置有与所述参比区域一一对应的多个同步触发孔；所述光谱检测仪还包括光纤光谱仪以及与所述同步触发孔一一对应的多个光开关，各个所述光开关分别与所述光纤光谱仪连接；所述光开关用于当检测到对应的同步触发孔时，向所述光纤光谱仪发送同步触发信号。
12.根据权利要求11所述的光谱检测仪，其特征在于，各个所述同步触发孔分布在所述参比编码盘的不同半径所在的圆周上；所述光开关包括光电对管。
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