CN109738070A - 一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可拆装的教学用紫外‑可见光谱仪系统及其控制方法，系统包括：氘‑卤素整合光源、光路整形信号收集系统和计算机，氘‑卤素整合光源用于产生复合宽谱光并输出至光路整形信号收集系统，光路整形信号收集系统用于将复合宽谱光透射过样品区并进行处理后输出至计算机，计算机用于对接收到的光进行读取和可视化处理。本发明所提供的教学用紫外‑可见光谱仪系统及其控制方法，利用基本光学零件组装教学用紫外‑可见光谱仪，可拆装，可重复使用，工艺先进，稳定可靠，成本低廉，性价比高，适合中学、大学的教学实验与要求较低的科研活动。
Description
技术领域
本发明涉及物质结构分析仪器领域，具体涉及一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统及其控制方法。
背景技术
紫外-可见吸收光谱技术与常规化学分析技术相比，具有无损、快速、环保、成本低、参考数据丰富等特点，因而在石油化工、生物医学、地质考古、刑事司法、宝石鉴定、环境监测等领域得以大力发展。随着感光材料、成像技术的发展，紫外-可见吸收光谱检测技术将是应用最广泛最容易普及的分析检测技术之一。
对于紫外-可见光谱这项重要的分析检测技术，我国在科学研究、工业生产、商业应用领域均高度依赖进口，自主国产化水平低，少数几个厂商核心技术仍然依靠进口，这使得其价格过高，不适于进一步推广。因此，市场对于一款国产的、可供教学使用的、低成本高性价比的紫外-可见光谱仪有迫切的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统及其控制方法，利用基本光学零件组装教学用紫外-可见光谱仪，可拆装，可重复使用，工艺先进，稳定可靠，成本低廉，性价比高，适合中学、大学的教学实验与要求较低的科研活动。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，包括：氘-卤素整合光源、光路整形信号收集系统和计算机；
所述氘-卤素整合光源用于产生复合宽谱光并输出至所述光路整形信号收集系统，所述光路整形信号收集系统用于将所述复合宽谱光透射过样品区并进行处理后输出至所述计算机，所述计算机用于对接收到的光进行读取和可视化处理。
进一步，如上所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，所述氘-卤素整合光源包括：封装完成的氘灯与卤钨灯。
进一步，如上所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，所述光路整形信号收集系统包括：可拆装的水平方向从前至后依次设置的第一凸透镜、样品区、第二凸透镜、狭缝和第一凹面镜，还包括光栅、第二凹面镜和CCD相机，所述CCD相机连接所述计算机；
所述氘-卤素整合光源输出的复合宽谱光经所述第一凸透镜整形成平行光，穿过所述样品区的样品后被所述第二凸透镜会聚于所述狭缝上，通过所述第一凹面镜重整为平行光，经所述光栅分光后被所述第二凹面镜会聚于所述CCD相机上，通过所述CCD相机输出至所述计算机。
进一步，如上所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，所述样品区通过转接件固定在所述第一凸透镜和所述第二凸透镜之间。
进一步，如上所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，所述氘-卤素整合光源的出光口对准所述第一凸透镜的正中心。
进一步，如上所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，所述第二凸透镜的焦点位于所述狭缝中央。
一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的控制方法，包括：
S1、将各光学元件与其对应的支撑套件和元件架组装在一起；
S2、将氘-卤素整合光源固定在面包板右下角的位置，紧贴面包板右沿和下沿，光方向水平向左，确定光路平面高度，打开电源，调节钨灯电压使发出的光近似为点光源；
S3、将第一凸透镜套组固定在氘-卤素整合光源左侧，通过改变固定位置与角度进行调整，使光被整形为平行光，且平行于桌面；
S4、沿光方向第一预定距离处固定样品区，使光完全透过样品区的样品，同时遮去不通过样品区的光束；
S5、沿光方向第二预定距离处固定第二凸透镜套组与狭缝，调节使光照在第二凸透镜的中央，且焦点位置位于狭缝中央；
S6、沿狭缝位置顺激光方向向前至第一凹面镜的焦距处固定第一凹面镜套组，调节使光照在第一凹面镜的正中，与第一凹面镜的镜面法线成一夹角，反射光平行于桌面且近似于平行光；
S7、沿反射光方向于一定位置处安装光栅套组，调节使光照在光栅的正中，反射光平行于桌面射向右侧，反复调节光栅与激光之间的夹角，并用一白纸板确定分光方向，直至得到一级衍射，调节使一级衍射光平行于桌面，并在此方向固定第二凹面镜套组；如果光栅的分光方向使长波长光位于内侧，则使光照在第二凹面镜的外侧边缘，如果光栅的分光方向使长波长光位于外侧，则使光照在第二凹面镜的内侧边缘；偏转第二凹面镜，使反射光向左侧射出，调节第二凹面镜与光栅的距离，使第二凹面镜恰好承接完整的光谱；
S8、用一白纸板确定反射光焦点位置，将CCD相机固定于此处，调节使反射光聚焦于CCD相机的感光元件表面；如果光栅的分光方向使长波长光位于内侧，则使光聚焦在CCD相机的窗口外侧边缘，如果光栅的分光方向使长波长光位于外侧，则使光聚焦在CCD相机的窗口内侧边缘；
S9、启动计算机，接收CCD相机输出的光，并对其进行可视化处理。
进一步，如上所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，所述样品区通过转接件固定在所述第一凸透镜和所述第二凸透镜之间。
进一步，如上所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，所述第一预定距离为50mm。
进一步，如上所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，所述第二预定距离为50mm。
本发明的有益效果在于：本发明所提供的教学用紫外-可见光谱仪系统及其控制方法，利用基本光学零件组装教学用紫外-可见光谱仪，可拆装，可重复使用，工艺先进，稳定可靠，成本低廉，性价比高，适合中学、大学的教学实验与要求较低的科研活动。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，包括：氘-卤素整合光源1、光路整形信号收集系统和计算机10；
氘-卤素整合光源1用于产生复合宽谱光并输出至光路整形信号收集系统，光路整形信号收集系统用于将复合宽谱光透射过样品区并进行处理后输出至计算机10，计算机10用于对接收到的光进行读取和可视化处理。
氘-卤素整合光源1包括：封装完成的氘灯与卤钨灯。
光路整形信号收集系统包括：可拆装的水平方向从前至后依次设置的第一凸透镜2、样品区3、第二凸透镜4、狭缝5和第一凹面镜6，还包括光栅7、第二凹面镜8和CCD相机9，CCD相机9连接计算机10；
氘-卤素整合光源1输出的复合宽谱光经第一凸透镜2整形成平行光，穿过样品区3的样品后被第二凸透镜4会聚于狭缝5上，通过第一凹面镜6重整为平行光，经光栅7分光后被第二凹面镜8会聚于CCD相机9上，通过CCD相机9输出至计算机10。
样品区3通过转接件固定在第一凸透镜2和第二凸透镜4之间。氘-卤素整合光源1的出光口对准第一凸透镜2的正中心，第二凸透镜4的焦点位于狭缝5中央。
工作原理如下：
氘-卤素整合光源1输出的光被第一凸透镜2整形为平行光，穿过样品区3后被第二凸透镜4会聚于狭缝5上，随后由第一凹面镜6重整为平行光。在光栅7上分光，不同颜色的光被第二凹面镜8会聚在CCD相机9上不同的点，由与CCD相机9相连的计算机10及其上安装的相关软件读出信号并进行可视化与后续处理。
如图2所示、一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的控制方法，包括：
S1、将各光学元件与其对应的支撑套件和元件架组装在一起；
S2、将氘-卤素整合光源固定在面包板右下角的位置，紧贴面包板右沿和下沿，光方向水平向左，确定光路平面高度，打开电源，调节钨灯电压使发出的光近似为点光源；
S3、将第一凸透镜套组固定在氘-卤素整合光源左侧，通过改变固定位置与角度进行调整，使光被整形为平行光，且平行于桌面；
S4、沿光方向第一预定距离处固定样品区，使光完全透过样品区的样品，同时遮去不通过样品区的光束；
S5、沿光方向第二预定距离处固定第二凸透镜套组与狭缝，调节使光照在第二凸透镜的中央，且焦点位置位于狭缝中央；
S6、沿狭缝位置顺激光方向向前至第一凹面镜的焦距处固定第一凹面镜套组，调节使光照在第一凹面镜的正中，与第一凹面镜的镜面法线成一夹角，反射光平行于桌面且近似于平行光；
S7、沿反射光方向于一定位置处安装光栅套组，调节使光照在光栅的正中，反射光平行于桌面射向右侧，反复调节光栅与激光之间的夹角，并用一白纸板确定分光方向，直至得到一级衍射，调节使一级衍射光平行于桌面，并在此方向固定第二凹面镜套组；如果光栅的分光方向使长波长光位于内侧，则使光照在第二凹面镜的外侧边缘，如果光栅的分光方向使长波长光位于外侧，则使光照在第二凹面镜的内侧边缘；偏转第二凹面镜，使反射光向左侧射出，调节第二凹面镜与光栅的距离，使第二凹面镜恰好承接完整的光谱；
S8、用一白纸板确定反射光焦点位置，将CCD相机固定于此处，调节使反射光聚焦于CCD相机的感光元件表面；如果光栅的分光方向使长波长光位于内侧，则使光聚焦在CCD相机的窗口外侧边缘，如果光栅的分光方向使长波长光位于外侧，则使光聚焦在CCD相机的窗口内侧边缘；
S9、启动计算机，接收CCD相机输出的光，并对其进行可视化处理。
样品区通过转接件固定在第一凸透镜和第二凸透镜之间。第一预定距离为50mm。第二预定距离为50mm。
实施例一
一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的控制方法，包括：
S101.将各光学元件与其相对应的支撑套件和元件架组装在一起；
S102.首先将氘-卤素整合光源固定在面包板右下角的位置，紧贴面包板右沿、下沿，光方向水平向左，确定光路平面高度。打开电源，将钨灯电压调至合适，确保发出的光可近似为点光源；
S103.之后将凸透镜套组固定在光源左侧约50mm处，通过改变固定位置与角度进行调整，使光被整形为平行光，且平行于桌面；
S104.沿光方向约50mm处固定样品池，令光完全透过样品池，同时遮去不通过样品池区域的光束；
S105.沿光方向约50mm处固定另一凸透镜套组与狭缝，通过调节令光照在镜片中央，且焦点位置位于狭缝中央；
S106.沿狭缝位置顺激光方向向前75mm(即凹面镜的焦距)，固定一个凹面镜套组，调节令激光照在镜片的正中，与镜面法线成一小的夹角，反射光平行于桌面且近似于平行光；
S107.沿反射光方向于合适位置安装光栅套组，调节令激光照在光栅的正中，反射光平行于桌面射向右侧，反复调节光栅与激光之间的夹角，并用一白纸板确定分光方向，直至得到较强的一级衍射。调节使一级衍射光平行于桌面，并在此方向固定凹面镜套组，如果光栅的分光方向使长波长光位于内侧，则应当令激光照在凹面镜的外侧边缘，反之亦然。略微偏转凹面镜，使反射光向左侧射出。调节凹面镜与光栅的距离，令凹面镜恰好承接完整的光谱；
S108.用一白纸板确定反射光焦点位置，将CCD固定于此处，调节令反射光聚焦于CCD感光元件表面，如果光栅的分光方向使长波长光位于内侧，则应当令激光聚焦在CCD窗口外侧边缘，反之亦然；
S109.启动计算机，运行基于C语言编写的可在Windows操作系统上工作采集CCD信号的自制后处理软件，读取从CCD相机接收的光并进行可视化处理，并进行呈现。
与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：
(1)该方法创新性地利用基础光学部件组装紫外可见光谱仪，可拆装，可重复使用，工艺先进，稳定可靠，成本低廉，性价比高，适合中学、大学的教学实验与要求较低的科研活动；
(2)该装置集成数据可视化与后处理模块，采用计算机软件控制，可实现对信号的不同后处理与图像化，满足不同需求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，其特征在于，包括：氘-卤素整合光源、光路整形信号收集系统和计算机；
所述氘-卤素整合光源用于产生复合宽谱光并输出至所述光路整形信号收集系统，所述光路整形信号收集系统用于将所述复合宽谱光透射过样品区并进行处理后输出至所述计算机，所述计算机用于对接收到的光进行读取和可视化处理。
2.根据权利要求1所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，其特征在于，所述氘-卤素整合光源包括：封装完成的氘灯与卤钨灯。
3.根据权利要求2所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，其特征在于，所述光路整形信号收集系统包括：可拆装的水平方向从前至后依次设置的第一凸透镜、样品区、第二凸透镜、狭缝和第一凹面镜，还包括光栅、第二凹面镜和CCD相机，所述CCD相机连接所述计算机；
所述氘-卤素整合光源输出的复合宽谱光经所述第一凸透镜整形成平行光，穿过所述样品区的样品后被所述第二凸透镜会聚于所述狭缝上，通过所述第一凹面镜重整为平行光，经所述光栅分光后被所述第二凹面镜会聚于所述CCD相机上，通过所述CCD相机输出至所述计算机。
4.根据权利要求3所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，其特征在于，所述样品区通过转接件固定在所述第一凸透镜和所述第二凸透镜之间。
5.根据权利要求3所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，其特征在于，所述氘-卤素整合光源的出光口对准所述第一凸透镜的正中心。
6.根据权利要求3所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统，其特征在于，所述第二凸透镜的焦点位于所述狭缝中央。
7.基于权利要求3-6任一项所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的控制方法，其特征在于，包括：
S1、将各光学元件与其对应的支撑套件和元件架组装在一起；
S2、将氘-卤素整合光源固定在面包板右下角的位置，紧贴面包板右沿和下沿，光方向水平向左，确定光路平面高度，打开电源，调节钨灯电压使发出的光近似为点光源；
S3、将第一凸透镜套组固定在氘-卤素整合光源左侧，通过改变固定位置与角度进行调整，使光被整形为平行光，且平行于桌面；
S4、沿光方向第一预定距离处固定样品区，使光完全透过样品区的样品，同时遮去不通过样品区的光束；
S5、沿光方向第二预定距离处固定第二凸透镜套组与狭缝，调节使光照在第二凸透镜的中央，且焦点位置位于狭缝中央；
S6、沿狭缝位置顺激光方向向前至第一凹面镜的焦距处固定第一凹面镜套组，调节使光照在第一凹面镜的正中，与第一凹面镜的镜面法线成一夹角，反射光平行于桌面且近似于平行光；
S7、沿反射光方向于一定位置处安装光栅套组，调节使光照在光栅的正中，反射光平行于桌面射向右侧，反复调节光栅与激光之间的夹角，并用一白纸板确定分光方向，直至得到一级衍射，调节使一级衍射光平行于桌面，并在此方向固定第二凹面镜套组；如果光栅的分光方向使长波长光位于内侧，则使光照在第二凹面镜的外侧边缘，如果光栅的分光方向使长波长光位于外侧，则使光照在第二凹面镜的内侧边缘；偏转第二凹面镜，使反射光向左侧射出，调节第二凹面镜与光栅的距离，使第二凹面镜恰好承接完整的光谱；
S8、用一白纸板确定反射光焦点位置，将CCD相机固定于此处，调节使反射光聚焦于CCD相机的感光元件表面；如果光栅的分光方向使长波长光位于内侧，则使光聚焦在CCD相机的窗口外侧边缘，如果光栅的分光方向使长波长光位于外侧，则使光聚焦在CCD相机的窗口内侧边缘；
S9、启动计算机，接收CCD相机输出的光，并对其进行可视化处理。
8.根据权利要求7所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的控制方法，其特征在于，所述样品区通过转接件固定在所述第一凸透镜和所述第二凸透镜之间。
9.根据权利要求7所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的控制方法，其特征在于，所述第一预定距离为50mm。
10.根据权利要求7所述的一种可拆装的教学用紫外-可见光谱仪系统的控制方法，其特征在于，所述第二预定距离为50mm。
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