CN109540871A - Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪 - Google Patents
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Abstract
一种Ebert‑Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪，其包括：激发光源以及激发光源之后沿光路依序设置的透镜保护片、第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、入射狭缝、凹面反射镜、平面光栅、平面反光镜和光电转换装置，第一透镜和第二透镜分别由一凸透镜和一凹透镜复合组成，其中：待测的固体粉末样品置于激发光源的电极之间，激发光源激发出的特征光经过第一透镜消除色差并聚焦后，将光阑的成像经过第二透镜聚焦，之后再通过第三透镜均匀投射至入射狭缝，由入射狭缝射出的复合光经凹面反射镜反射后分解为衍射角各不相同的多路单色平行光，多路单色平行光经过平面光栅后色散为单色平行光，之后再经凹面反射镜反射后成像至光电转换装置。
Description
技术领域
本发明涉及原子发射光谱分析仪器领域，具体而言，涉及一种Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪。
背景技术
为满足地质系统地球化学填图及找矿任务的需求，根据分析元素配套方案及AES(Atomic Emission Spectrometry，原子发射光谱法)的特点，应用交流电弧光谱定量分析方法测定化探样品中的银、锡、硼成为常规的分析方法，并已被确定为地球化学填图及找矿的重要配套方法。
电弧激发光电直读光谱仪主要工作原理是：利用交流或直流电弧光源将试样激发出特征光谱，特征光谱经过Ebert-Fastic光学系统衍射为不同波长的光谱线，之后将该光信号转化为电信号，电信号经过数据处理后得到试样实验数据，由于光谱线的强度与不同的元素的含量成一定的函数关系，因此，通过对试样实验数据进行处理可以计算出试样中被测元素的含量，这种电弧激发光电直读光谱仪具有操作简单，且工作效率高等优点。
应广大用户的需求，AES-7000系列交直流电弧专用发射光谱仪取代了老旧一米或两米摄谱仪，省去摄谱、洗相、测光等繁锁操作过程，其具有智能化实用的软件，提高了分析速度，还节省了购买光谱相板及洗相试剂等费用。但AES-7000系列仪器的元素选择受到罗兰圆上光电倍增管排布的影响，因此同时可排开的元素数量受限；另外，对于复杂基体的地质样品，背景扣除、干扰线的分离对实验结果影响很大。
发明内容
本发明提供一种Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪，以解决背景技术中指出的上述问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪，其包括：激发光源以及所述激发光源之后沿光路依序设置的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、入射狭缝、凹面反射镜、平面光栅和光电转换装置，所述第一透镜和所述第二透镜分别由一凸透镜和一凹透镜复合组成，其中：
待测的固体粉末样品置于所述激发光源的电极之间，所述激发光源激发出的特征光经过所述第一透镜消除色差并聚焦后，将所述光阑的成像经过所述第二透镜聚焦，之后再通过所述第三透镜均匀投射至所述入射狭缝，由所述入射狭缝射出的复合光经凹面反射镜反射后分解为衍射角各不相同的多路单色平行光，多路单色平行光经过平面光栅后色散为单色平行光，之后再经凹面发射镜反射后成像至所述光电转换装置。
在本发明的一实施例中，所述凹面反射镜与所述光电转换装置之间设有一平面反光镜，以改变由所述照相物镜反射后的光线方向。
在本发明的一实施例中，所述光电转换装置为CMOS传感器。
在本发明的一实施例中，所述CMOS传感器为多个，多个所述CMOS传感器根据所述平面反光镜射出的光线的方向进行设置。
在本发明的一实施例中，所述凹面反射镜前设有一光阑片，所述光阑片的下部为准直镜光阑，上部为照相物镜光阑，以过滤不需要的光谱线和杂散光。
在本发明的一实施例中，所述光电转换装置将光信号转换为电信号并将所述电信号输出至一测控系统。
在本发明的一实施例中，所述激发光源为交流电弧或直流电弧。
在本发明的一实施例中，所述第一透镜入射侧进一步设有一透镜保护片。
本发明提供的Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪操作简单、工作效率高，可自由选择各自分析元素的灵敏线及背景位置，能够使得谱线强度更加均匀以及成像效果更佳，提高了分析结果的灵敏性和准确度，并且实现了全谱式采集。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明提供的Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪的主光路图；
图2为本发明提供的Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪的俯视光路图。
附图标记说明：1-激发光源；2-透镜保护片；3-第一透镜；4-光阑；5-第二透镜；6-第三透镜；7-入射狭缝；8-光阑片；9-凹面反射镜；10-平面光栅；11-平面反光镜；12-光电转换装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付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。
Ebert-Fastic(艾伯特-法斯提)光路是光学领域中常用的一种光路，CMOS检测系统也经常应用于光学检测领域，本发明创新性的将二者进行结合并进行了改进，从而得到本发明。
图1、图2分别为本发明提供的Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪的主光路图和俯视光路图，如图1、图2所示，本发明提供的Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪，其包括：激发光源1以及激发光源1之后沿光路依序设置的透镜保护片2、第一透镜3、光阑4、第二透镜5、第三透镜6、入射狭缝7、光阑片8、凹面反射镜9、平面光栅10、平面反光镜11和光电转换装置12，其中：
待测的固体粉末样品置于激发光源1的电极之间，激发光源1可以为交流电弧或直流电弧，具体可根据被测样品的性质进行选择使用。激发光源1激发出的特征光经过第一透镜3消除色差并聚焦后，将光阑4的成像经过第二透镜5聚焦，之后再通过第三透镜6均匀投射至入射狭缝7，由入射狭缝7射出的复合光经凹面反射镜9反射后分解为衍射角各不相同的多路单色平行光(各元素光谱线)，多路单色平行光经过平面光栅10后色散为单色平行光，之后再经凹面发射镜9反射后成像至光电转换装置12。
如图1所示，凹面反射镜9与光电转换装置12之间设有一平面反光镜11，以改变由凹面反射镜9反射后的光线方向，如图1所示，若未设置平面反光镜11，则由凹面反射镜9反射后的光线直射向右侧的光电转换装置12，设置平面反光镜11之后，凹面反射镜9反射后的光线经过平面反光镜11折射后射向上方的光电转换装置12。另外，也可将平面反光镜11替换为半透半反镜，使其中一部分光线不改变传输方向而直射，另一部分光线发生反射改变传输方向。
本发明中的光电转换装置12的作用为将光信号转换为电信号并将电信号输出至一测控系统，由测控系统进行放大与A/D转换，再经数据处理计算出元素的含量，打印分析结果。本发明不对光电转换装置12的具体实现方式进行限制，可实现上述转换作用的元件均可以应用在本发明中，例如，光电转换装置12可以为CMOS传感器，CMOS传感器可以为多个，多个CMOS传感器根据平面反光镜11或半透半反镜射出的光线的方向进行设置。
如图1所示，本发明中的凹面反射镜9前设有一光阑片8，光阑片8的下部为准直光阑，上部为照相物镜光阑，以过滤不需要的光谱线和杂散光。
本发明中的光阑4和光阑片8均为圆心薄片，其使用方式和工作原理为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
本发明提供的Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪操作简单、工作效率高，可自由选择各自分析元素的灵敏线及背景位置，能够使得谱线强度更加均匀以及成像效果更佳，提高了分析结果的灵敏性和准确度，并且实现了全谱式采集。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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。
Claims (8)
1.一种Ebert-Fastic光路与CMOS检测系统相结合的全谱交直流电弧直读光谱仪，其特征在于，包括：激发光源以及所述激发光源之后沿光路依序设置的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、入射狭缝、凹面反射镜、平面光栅和光电转换装置，所述第一透镜和所述第二透镜分别由一凸透镜和一凹透镜复合组成，其中：
待测的固体粉末样品置于所述激发光源的电极之间，所述激发光源激发出的特征光经过所述第一透镜消除色差并聚焦后，将所述光阑的成像经过所述第二透镜聚焦，之后再通过所述第三透镜均匀投射至所述入射狭缝，由所述入射狭缝射出的复合光经凹面反射镜反射后分解为衍射角各不相同的多路单色平行光，多路单色平行光经过平面光栅后色散为单色平行光，之后再经凹面发射镜反射后成像至所述光电转换装置。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述凹面反射镜与所述光电转换装置之间设有一平面反光镜，以改变由所述照相物镜反射后的光线方向。
3.根据权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述光电转换装置为CMOS传感器。
4.根据权利要求3所述的光谱仪，其特征在于，所述CMOS传感器为多个，多个所述CMOS传感器根据所述平面反光镜射出的光线的方向进行设置。
5.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述凹面反射镜前设有一光阑片，所述光阑片的下部为准直镜光阑，上部为照相物镜光阑，以过滤不需要的光谱线和杂散光。
6.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述光电转换装置将光信号转换为电信号并将所述电信号输出至一测控系统。
7.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述激发光源为交流电弧或直流电弧。
8.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述第一透镜入射侧进一步设有一透镜保护片。
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