CN111121633A - 一种多通道光谱共焦测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多通道光谱共焦测量系统及其测量方法，采用模块化设计，将整个系统分划分为光谱共焦探头、光纤转接卡模块和控制器模块三个模块；其中，光谱共焦探头可以为多个，光纤转接卡模块中可以含有多个光纤转接卡，且一个光谱共焦探头对应与一个光纤转接卡连接。上述三个模块中所含有的各个部件皆可独立进行替换，当其中任意一个部件出现故障需要更换时，仅需要对出现故障的部件进行更换，并重新标定，不需要对整个系统进行更换，因此本实施例所公开的光谱共焦测量系统，大大提高了系统的可互换性和可维护性，降低了维护成本。

Description

一种多通道光谱共焦测量系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及高精度测量技术领域，尤其涉及的是一种多通道光谱共焦测量系统及其测量方法。

背景技术

非接触式的光谱共焦测量技术是一种高精度的新型测量技术。由于光谱共焦测量技术测量精度高，速度快，实时性高，能适用于不同的环境，其迅速成为当前研究的热点。

传统的多通道光谱共焦测量系统在使用时，当整个系统的一个部分出现问题，则需要对整个系统进行更换，并重新标定，导致在实际使用中的维护成本较高，并且耗费时间，因此给用户的使用带来诸多不便。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明提供了一种多通道光谱共焦测量系统及其测量方法，克服了现有技术中的光谱共焦测量系统在某个部件出现故障时，需要整体更换，导致维护成本高且更换部件耗时较长的问题。

第一方面，本实施例提供了一种多通道光谱共焦测量系统，其中，包括：至少一个光谱共焦探头和系统集成机箱；

所述光谱共焦探头包括色散镜头和第一光纤连接端口；

所述系统集成机箱包括光纤转接卡模块和控制器模块；

所述光纤转接卡模块包括若干个光纤转接卡；

所述光纤转接卡包括光纤转接板卡、设置在所述光纤转接板卡上的第二光纤连接端口、第三光纤连接端口、宽光谱光源和分光器；

所述控制器模块包括线光谱仪、光纤集束器和数据通信接口；

所述光纤集束器设置在所述线光谱仪的前端面；所述分光器与所述光纤集束器之间设置有第三光纤连接端口；

所述第一光纤连接端口、第二光纤连接端口、分光器、第三光纤连接端口与线光谱仪之间均连接有光纤连接线；

所述宽光谱光源发出的光束传入所述色散镜头，经所述色散镜头色散后聚焦到被测样品上；所述被测样品表面反射的光线经所述色散镜头后进入光纤连接线，由光纤连接线依次经过所述第一光纤连接端口、第二光纤连接端口、分光器、第三光纤连接端口、光纤集束器、输入到所述线光谱仪；

所述线光谱仪获取所述光纤集束器内各个光纤连接线输出光线的光信号，并将获取的所述光信号转化成电信号，并通过所述数据通信接口传输至处理器，使所述处理器根据所述电信号得到被测量物体的位置信息。

可选的，所述第一光纤连接端口包括第一光纤连接座、设置在所述第一光纤连接座上的第一光纤连接器、第二光纤连接器和第一光纤转接器，所述第一光纤连接器和第二光纤连接器对称贴合设置在所述第一光纤转接器两侧.

可选的，所述色散镜头的光轴与所述第一光纤连接端口内光纤连接线出光端面之间呈预设第一角度和/或所述光纤连接座与所述色散镜头的光轴之间呈预设第二角度，且所述出光端面的中心点在所述色散镜头的光轴上。

可选的，所述光纤转接板卡上设置有用于存储所述光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据的存储器；所述控制器模块还设置有微处理器；

所述微处理器获取所述存储器中存储的所述光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据，并将所述光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据传输至所述处理器，以使得所述处理器根据获取的所述背景噪声数据和校准数据对所述色散镜头的参数进行校准和对测量结果进行校对。

可选的，所述光纤转接卡上设置有电气连接器；所述控制器模块还设置有与所述微处理器相连接的总线转接板；

各个所述光纤转接卡的电气连接器通过所述总线转接板连接到所述微处理；

所述微处理器通过所述电气连接器获取各个光纤转接卡上存储器存储的光谱共焦探头的背景噪声数据、校准数据和各个光纤转接卡运行状态信息，并将所述背景噪声数据、校准数据和运行状态信息传输至所述处理器。

可选的，所述控制器模块还设置有多个用于与外界设备建立连接的外部设备I/O接口。

可选的，所述宽光谱光源为LED光源；所述光纤转接卡上设置有LED驱动电路，所述LED驱动电路与所述LED光源相连接，用于控制所述LED光源发光。

可选的，所述LED光源的侧边设置有散热片，用于为LED光源散热。

可选的，所述系统集成机箱还设置有机箱；

所述机箱上设置有与所述光纤转接卡相对应的卡槽、与数据通信接口对应的插口、与所述外部设备I/O接口相对应的插口。

第二方面，本实施例还提供了一种多通道光谱共焦测量系统的测量方法，其中，应用于如所述的多通道光谱共焦测量系统，包括：

开启宽光谱光源，使得宽光谱光源发出的光束经过分光器后，传入到色散镜头；

色散镜头将输入的光线色散后聚焦到所述被测样品表面；

所述被测样品表面反射的光线经所述色散镜头后进入光纤连接线，由光纤连接线依次经过所述第一光纤连接端口、第二光纤连接端口、分光器、第三光纤连接端口、光纤集束器、输入到所述线光谱仪；

所述线光谱仪获取所述光纤集束器内各个光纤连接线输出光线的光信号，并将获取的所述光信号转化成电信号，并通过所述数据通信接口传输至处理器；以使得所述处理器根据所述电信号得到被测量物体的位置信息。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

根据本发明实施方式提供的系统及其测量方法，采用模块化设计，将整个系统分划分为光谱共焦探头、光纤转接卡模块和控制器模块三个部分；其中，光谱共焦探头可以为多个，光纤转接卡模块中可以含有多个光纤转接卡，且一个光谱共焦探头对应与一个光纤转接卡连接。上述三个部分中所含有的各个部件皆可独立进行替换，当其中任意一个部件出现故障需要更换时，仅需要对出现故障的部件进行更换，并重新标定，不需要对整个系统进行更换，因此本实施例所公开的光谱共焦测量系统，大大提高了系统的可互换性和可维护性，降低了维护成本。

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中记载的一些实施例，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是本发明实施例中一种多通道光谱共焦测量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中光谱共焦探头的结构示意图；

图3a是本发明实施例中第一光纤连接端口第一实现方式的结构示意图；

图3b是本发明实施例中第一光纤连接端口第二实现方式的结构示意图；

图3c是本发明实施例中第一光纤连接端口第三是实现方式的结构示意图；

图4是本发明实施例中光纤转接卡模块的结构示意图；

图5是本发明实施例中光纤转接卡模块上光束传播示意图；

图6是本发明实施例中控制器模型的结构示意图；

图7是本发明实施例中第三光纤连接端口与光纤集束器之间的连接关系示意图；

图8a是本发明实施例中测量系统未消背景噪声的接收光谱曲线；

图8b是本发明实施例中测量系统处于离焦状态的背景噪声；

图8c是本发明实施例中测量系统消除背景噪声后接收的光曲线；

图9是本发明实施例中多通道光谱共焦测量系统的整体外观结构示意图；

图10是本发明实施例中机箱正面结构示意图；

图11是本发明实施例中机箱背面结构示意图；

图12是本发明实施例中所述测量方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供了一种多通道光谱共焦测量系统，结合图1所示，包括：至少一个光谱共焦探头和系统集成机箱；所述系统集成机箱包括光纤转接卡模块和控制器模块；所述光纤转接卡模块包括若干个光纤转接卡，且一个光谱共焦探头与一个光纤转接卡通过光纤连接线相连接。

所述光谱共焦探头包括色散镜头和第一光纤连接端口；所述第一光纤连接端口用于接入光纤连接线的一端，光纤连接线的另一端连接在所述光纤转接卡上，建立所述光谱共焦探头与所述光纤转接卡之间的光纤连接。

进一步，所述光纤转接卡包括光纤转接板卡、设置在所述光纤转接板卡上的第二光纤连接端口、第三光纤连接端口、宽光谱光源和分光器；所述控制器模块包括线光谱仪、光纤集束器和数据通信接口。

所述光纤集束器设置在所述线光谱仪的前端面；所述分光器与所述光纤集束器之间设置有第三光纤连接端口；所述第一光纤连接端口、第二光纤连接端口、分光器、第三光纤连接端口与线光谱仪之间均连接有光纤连接线；因此光纤转接卡模块与所述控制器模块之间通过光纤连接线建立连接，并且光纤连接线的一端连接在第三光纤连接端口上，光纤连接线的另一端连接在控制器模块的光纤集束器上，由于每个光纤转接卡模块包含多个光纤转接卡，则各个光纤转接卡上的第三光纤连接端口上接出的光纤连接线均紧密排列到光纤集束器上，所述光纤集束器与线光谱仪连接，将光纤连接线输出的光信号输入到线光谱仪。

进一步的，所述宽光谱光源为LED光源，也可以是其他可以发出宽光谱的光源，例如：由激光器和荧光材料层组成的光源组件，当激光激发荧光材料层上的荧光材料发出宽光谱光束。所述分光器的左侧设置有一个光纤连接线接口，用于接入与第二光纤连接端口相连接的光纤连接线，所述分光器的左侧设置有两个光纤连接线接口，一个连接到所述宽光谱光源，另一个与第三光纤连接端口相连接。

所述LED光源发出的光耦合到其前方的光纤连接线内，通过光纤连接线传入到分光器，传入到光纤连接线内的光线经过分光器左侧与第二光纤连接端口相连接的光纤连接线传入到所述色散镜头，经所述色散镜头色散后聚焦到被测样品表面上。聚焦到被测样品表面上的光线，被所述被测样品表面反射后，耦合到所述第一光纤连接端口内的光纤连接线端口，并依次经过所述第一光纤连接端口、第二光纤连接端口、分光器、第三光纤连接端口、光纤集束器、输入到所述线光谱仪。

所述线光谱仪获取所述光纤集束器内各个光纤连接线输出光线的光信号，并将获取的所述光信号转化成电信号，并通过所述数据通信接口传输至处理器；以使得所述处理器根据所述电信号得到被测量物体的位置信息。

进一步的，结合图2所示，所述色散镜头201与所述第一光纤连接端口对应设置，所述第一光纤连接端口包括第一光纤连接座205、设置在所述第一光纤连接座205上的第一光纤连接器204、第二光纤连接器和第一光纤转接器，所述第一光纤连接器204和第二光纤连接器对称贴合设置在所述第一光纤转接器两侧，所述色散镜头201的光轴与所述第一光纤连接端口内光纤连接线203出光端面202之间呈预设角度，且所述出光端面202的中心点在所述色散镜头201的光轴上。

进一步的，所述第一光纤连接端口内的光纤连接线的内芯大小与其接收到的光信号的强弱，与线光谱仪接收到的光信号所对应的成像的分辨率等均具有直接关系，光纤连接线的内芯越大，则测量系统接收到的光信号强度越大，所呈现出的光斑也越大，但测量系统分辨率会降低，相反，光纤连接线的内芯越小，测量系统接收到的光信号强度越小，呈现出的光斑越小，则测量系统分辨率会越高，因此为了兼顾接收光信号的强度和测量系统的分辨率，光纤连接线的内芯大小设置在5um到100um。

考虑到光纤连接线的出光端面的特性直接影响从光纤连接线射出的光的光强分布，本实施例中，还对出光端面的镜面打磨，使出光端面出射光的空间光强分布更均匀。较佳的，选取内芯20um的光纤连接线，并且在其出光端面进行镜面打磨，从而使其更好的满足光谱共焦测量系统的要求。

进一步的，若光纤连接线出光端面正对着色散镜头，则从色散镜头反射的杂光较多。因为单点光谱共焦探头只对轴上点成像，所以只需要保证光纤连接线的中心点在光轴上，因此光纤连接线的出光端面与光轴倾斜一定角度不会对轴上点成像造成影响，当光纤连接线的出光端面与光轴倾斜设置时，可以减少其它物点的光线斜入射到光纤连接线的出光端面，因此可以减少反射杂光进分光器传入到线光谱仪，从而有效减少色散镜头反射的杂光，提高测量系统的信噪比。

本实施例中，光谱共焦探头中光纤连接线座、光纤连接线的设置方式为：所述色散镜头的光轴与所述第一光纤连接端口内光纤连接线出光端面之间呈预设第一角度和/或所述光纤连接座与所述色散镜头的光轴之间呈预设第二角度，且所述出光端面的中心点在所述色散镜头的光轴上。具体的分为以下三种情况：

如图3a所示，将光纤连接线的光线出射端面法线与色散镜头光轴倾斜一小角度，称为θ₁，较佳的，设置预设角度θ₁为4°到16°，即将光纤连接线的出光端面设置为斜面；或采用图3b中所示，将光纤连接座倾斜安装，即让光纤连接座水平端面法线与光轴成一预设角度，称为θ₂，θ₂的角度范围为2°到8°。又或者可以采用上述图3a和图3b结合的方式，将光纤连接线的出光端面设置为斜面，同时还将光纤连接座倾斜安装，使得光纤连接座水平端面法线与光轴成一预设角度，最终使光纤连接线的出光端面法线与光轴成的角度为θ₁与θ₂之和。

上述三种方式均需要满足光纤连接线出光端面的中心点在光轴上。这样就可以有效减少从色散镜头反射的杂光，降低了背景噪声，从而提高系统的信噪比。

如图4所示，所述光纤转接卡模块中包括多个光纤转接卡，一个光谱共焦探头对应连接一个光纤转接卡，较佳的，采用四个光谱共焦探头分别对应四个光纤转接卡。光纤转接卡的主体是预设规格的光线转接板卡，其规格一般在200mm*100mm。所述光纤转接板卡上集成有第二光纤连接端口403、分光器402、LED光源401、存储器404、指示灯409、按钮408、LED驱动电路4011等部件。所述第二光纤连接端口403包括第二光纤转接座、第二光纤转接器、第三光纤连接器和第四光纤连接器。

具体的，第一光纤连接端口与第二光纤连接端口403之间通过第一光纤连接线410建立连接，所述第一光纤连接线410的一端连接在第一光纤连接端口，另一端接入第二光纤连接端口403，所述第二光纤连接端口403包括光纤连接座以及固定在光纤连接座上的第二光纤转接器，固定在所述光纤转接器两端的第三光纤连接器4031和第四光纤连接器，所述第一光纤连接线410连接到所述第三光纤连接器4031上。

第二光纤连接端口403的一端与所述第一光纤连接端口相连接，另一端连接分光器402。分光器402左前端有一个光纤连接线接口，右前端有两个光纤连接线接口。位于右前端的两个光纤连接线的接口中，一个接口通过光纤连接线连接LED光源，另一个接口通过光纤连接线连接到第三光纤连接端口405上。分光器402可以接入Y型光纤连接线或者其它，优选方案采用Y型光纤。位于分光器402的右侧设置有第三光纤连接端口405，所述分光器402与第三光纤连接端口405之间通过光纤连接线相连接，第三光纤连接端口405与控制器模块的光纤集束器之间也是通过光纤连接线连接。

LED光源的背面紧贴散热片，使LED光源产生的热量及时散去，有效降低光纤转接板的工作温度，防止光纤转接卡温度过高，增加光纤转接卡的稳定性。光纤转接卡上还设置有用来控制LED发光LED驱动电路。

同时光纤转接卡上还有一个非易失性存储器，非易失性存储器类型可以是EPROM或Flash Memory，存储系统背景噪声信息和光谱共焦探头的校准参数信息；

具体的，结合图5所示，光线从LED光源发出，耦合进光纤连接线，耦合进光纤连接线的光线，经分光器和光纤转接器输入色散镜头，色散镜头对其进行色散后，色散光线聚焦到被测样品表面，聚焦到被测样品表面的光线反射后，耦合进入光纤连接线，经分光器传入到线光谱仪。分光器是光信号的传输枢纽，将从被测样品反射回来的光信号经另一光纤连接线进入线光谱仪。

结合图4和图6所示，所述光纤转接板卡上设置有用于存储所述光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据的存储器，所述控制器模块还设置有微处理器；

所述微处理器获取所述存储器中存储的所述光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据，并将所述光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据传输至处理器，以使得所述处理器根据获取的所述背景噪声数据和校准数据对所述色散镜头的参数进行校准和对测量结果进行校对。

所述存储器用来储存光谱共焦探头的背景噪声数据，光谱共焦探头的量程、使用波段范围、波长位移对应关系等等经校准后的校准数据，其为非易失性存储器，其可以为EPROM或Flash存储介质。由于所述存储器中存储有上述数据，因此当测量系统处于工作状态时，可以单独对一个或多个通道内的光谱共焦探头或光纤转接卡进行热插拔，不会影响到其他通道内的测量工作，因此提高了测量系统的可互换性和可维护性，降低了维护成本。

所述存储器与设置在所述控制器模块上的所述微处理器相连接，所述微处理器获取存储器中保存的背景噪声数据和校准数据，并将获取到的背景噪声数据和校准数据传输至处理器。所述处理器获取到上述数据信息后，根据所述数据信息对测量系统进行消噪声和校准处理。

如图8a为测量系统未消除背景噪声时，线光谱仪采集到的光信号曲线。当系统未进行背景噪声校正时，由于接收信号中夹杂着背景噪声，探测器接收到的光谱曲线较宽，不容易分辨其峰值波长。图8b为当测量系统处于离焦状态并使收集的信号数据归零时线光谱仪采集到的光信号曲线；当系统处于离焦状态，即在光谱共焦探头的量程范围内没有被测样品，没有反射回系统的光信号时，CCD或者COMS感光器件接收到的是系统的背景噪声，各波长光强低但不为零。如图8c所示，系统读取背景噪声并清除对背景噪声数据进行消除，线光谱仪采集到的光信号曲线，当对系统进行背景噪声扣除以后，CCD或者COMS感光器件接收到的光谱曲线与未扣除背景噪声的曲线相比变得更加尖锐，峰值更加突出，可以更好的识别峰值波长，信噪比更高，保证了系统的测量精度。

结合图4所示，所述光纤转接卡上还设置有若干指示灯409、按钮408和电气连接器。所述指示灯409表达光纤转接卡是否通电以及是否正常工作等运行状态，例如，若光纤转接卡通电且处于正常工作，则指示灯呈绿色，若通电但处于非正常工作状态，则指示灯呈红色。所述按钮408有初始化按钮、归零按钮、消除背景噪声按钮等。其中，初始化按钮使与该光纤转接卡对应的色散镜头的校准数据恢复出厂值；归零按钮将当前测量点定义为零点；消除背景噪声按钮用于记录色散镜头处于离焦状态下，色散镜头及光纤连接线反射回来的背景噪声；其他按钮的数量和作用根据具体需求而定。

进一步的，所述光纤转接卡上设置有电气连接器；所述控制器模块还设置有与所述微处理器相连接的总线转接板；所述总线转接板连接电源，为测量系统供电。

每个光纤转接卡内均设置至少一个电气连接器，控制器模块中设置有总线转接板，电气连接器连接所述总线转接板。

所述微处理器通过所述电气连接器获取各个光纤转接卡上存储器存储的光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据和各个光纤转接卡运行状态信息，并将所述背景噪声数据、校准数据和运行状态信息传输至所述处理器。由于每个光纤转接卡上的信息均由微处理器采集，并传送到处理器，因此不同光纤转接卡之间传送的信息的时间没有延时，保证控制器模块与多个光纤转接卡之间的多通道采集信息的同步性。由于多个光谱共焦探头可能是同时对通过被测样品进行测量，因此各个光谱共焦探头采集信息的同步性越高，则最终测量出的数据越准确。

由于光纤转接卡上的各元件集成设置，为模块化设计，因此当某一个元件出现问题，则仅仅需要对该元件进行更换，从而提高了整个系统的便捷性，实用性以及空间利用率。

进一步的，所述控制器模块上设置有光纤集束器、线光谱仪、数据通讯接口，总线转接板、微处理器、机箱等。

结合图4所示，各个光纤转接卡模块中的第三光纤连接端口405均连接有第五光纤连接线412，该第五光纤连接线的一端与第三光纤连接端口405相连接，另一端连接在光纤集束器上，所有光纤转接卡的第三光纤连接线412均集成到光纤集束器上。其连接方式如图7所示，各个第五光纤连接线412的一端均排列连接到光纤集束器上，所述光纤集束器的有效长度至少为光纤端面大小乘光纤转接卡数量，其长度在200um到5000um之间，较佳的，本实施例中采用500um*100um的光纤集束器。光纤集束器将第五光纤连接线412紧密排列并接入线光谱仪，线光谱仪采用面阵CCD或者COMS探测器，线光谱仪通过数据通讯接口连接到处理器。所述处理器可以为PC机。所有的光纤转接卡通过电气连接器连接在总线转接板上，总线转接板连接电源和微处理器；微处理器一端通过数据通讯接口连接处理器，另一端还可以通过外部设备I/O接口连接外部电子设备。

如图9所示，光纤转接卡模块和控制器模块集成放置于系统集成机箱的机箱之中，结合图10和图11所示，所述机箱上设置有多个光纤连接卡的第二光纤连接端口的卡槽104，所述卡槽104内设置有指示灯101、按钮102和光纤接口103，所述光谱共焦探头上的第一光纤连接线通过所述光纤接口103接入所述光纤连接卡的第二光纤连接端口相连接。所述机箱的面板上还设置有若干数据通讯接口105、若干外部设备I/O接口108、一个电源开关107以及一个电源指示灯106，所述机箱的大小根据光纤转接卡的数量和结构要求决定，结构尺寸的范围为：200mm*100mm*100mm到800mm*600mm*600mm之间。如图11所示，机箱背面有电源线接口1101和通风孔1102。

本发明所提供的测量系统，解决了以往多通道单点光谱共焦方案时存在的，多通道同步性不佳、更新和维护成本高、存在背景噪声等缺点，提出了一种低成本、多通道同步性效果好、高集成度、高信噪比的多通道光谱共焦系统解决方案。

本实施例在提出上述测量系统的基础上，还提出了一种多通道光谱共焦测量系统的测量方法，如图12所示，所述测量方法应用于如所述的多通道光谱共焦测量系统，包括：

步骤S1、开启宽光谱光源，使得宽光谱光源发出的光束经过分光器后，传入到色散镜头；

步骤S2、色散镜头将输入的光线色散后聚焦到所述被测样品表面；

步骤S3、所述被测样品表面反射的光线经所述色散镜头后进入光纤连接线，由光纤连接线依次经过所述第一光纤连接端口、第二光纤连接端口、分光器、第三光纤连接端口、光纤集束器、输入到所述线光谱仪；

步骤S4、所述线光谱仪获取所述光纤集束器内各个光纤连接线输出光线的光信号，并将获取的所述光信号转化成电信号，并通过所述数据通信接口传输至处理器；以使得所述处理器根据所述电信号得到被测量物体的位置信息。

本发明所提供的光谱共焦测量系统及其测量方法具有以下优点：

1.本实施例中设置色散镜头对应的光纤连接线出光端面法线与光轴倾斜一小角度以及光纤连接座法线与光轴倾斜一小角度共同使系统的背景噪声减弱；光纤转接卡上的背景噪声消除按钮记录下系统处于离焦状态下的该通道的背景噪声并写入光纤转接卡上的非易失性存储器中，正常测量时读取非易失性存储器中背景噪声数据并扣除，从而消除了背景噪声对测量结果的影响，提高了系统的信噪比。

2.本发明采用模块化设计；整个系统分为光谱共焦探头、光纤转接卡模块、控制器模块三个部分，三个部分皆可独立进行替换，当某个部件出现故障，直接对出故障的部件进行替换，而非需要对其整体进行替换，因此大大提高了系统的可互换性和可维护性，降低了维护成本。

3.本发明采用热插拔设计，每个光纤转接卡中都含有一个非易失性存储器，而存储器中存储了系统和光谱共焦探头的校准参数信息，当系统处于工作状态时，仍可单独对一个或多个通道的光谱共焦探头和光纤转接卡进行热插拔，即当系统在工作状态下需要更新或者更换其中一个或者几个通道的部件，可以直接对相应通道的部件更换而不会影响其它通道部件工作。

4.本发明采用多通道设计，可同时使用两个以上的不同的单点光谱共焦探头进行测量。可以同时测量多个不同的位置，提高了单点光谱共焦测量系统的效率和扩展了光谱共焦测量系统的使用范围。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多通道光谱共焦测量系统，其特征在于，包括：至少一个光谱共焦探头和系统集成机箱；

所述光谱共焦探头包括色散镜头和第一光纤连接端口；

所述系统集成机箱包括光纤转接卡模块和控制器模块；

所述光纤转接卡模块包括若干个光纤转接卡；

所述光纤转接卡包括光纤转接板卡、设置在所述光纤转接板卡上的第二光纤连接端口、宽光谱光源和分光器；

所述控制器模块包括线光谱仪、光纤集束器和数据通信接口；

所述光纤集束器设置在所述线光谱仪的前端面；所述分光器与所述光纤集束器之间设置有第三光纤连接端口；

所述第一光纤连接端口、第二光纤连接端口、分光器、第三光纤连接端口与线光谱仪之间均连接有光纤连接线；

所述宽光谱光源发出的光束传入所述色散镜头，经所述色散镜头色散后聚焦到被测样品上；所述被测样品表面反射的光线经所述色散镜头后进入光纤连接线，由光纤连接线依次经过所述第一光纤连接端口、第二光纤连接端口、分光器、第三光纤连接端口、光纤集束器、输入到所述线光谱仪；

所述线光谱仪获取所述光纤集束器内各个光纤连接线输出光线的光信号，并将获取的所述光信号转化成电信号，并通过所述数据通信接口传输至处理器，以使得所述处理器根据所述电信号得到被测量物体的位置信息。

2.根据权利要求1所述的多通道光谱共焦测量系统，其特征在于，所述第一光纤连接端口包括第一光纤连接座、设置在所述第一光纤连接座上的第一光纤连接器、第二光纤连接器和第一光纤转接器，所述第一光纤连接器和第二光纤连接器对称贴合设置在所述第一光纤转接器两侧。

3.根据权利要求2所述的多通道光谱共焦测量系统，其特征在于，所述色散镜头的光轴与所述第一光纤连接端口内光纤连接线出光端面之间呈预设第一角度和/或所述光纤连接座与所述色散镜头的光轴之间呈预设第二角度，且所述出光端面的中心点在所述色散镜头的光轴上。

4.根据权利要求1所述的多通道光谱共焦测量系统，其特征在于，所述光纤转接板卡上设置有用于存储所述光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据的存储器；所述控制器模块还设置有微处理器；

所述微处理器获取所述存储器中存储的所述光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据，并将所述光谱共焦探头的背景噪声数据和校准数据传输至所述处理器，以使得所述处理器根据获取的所述背景噪声数据和校准数据对所述色散镜头的参数进行校准和对测量结果进行校对。

5.根据权利要求4所述的多通道光谱共焦测量系统，其特征在于，所述光纤转接卡上设置有电气连接器；所述控制器模块还设置有与所述微处理器相连接的总线转接板；

各个所述光纤转接卡的电气连接器通过所述总线转接板连接到所述微处理；

所述微处理器通过所述电气连接器获取各个光纤转接卡上存储器存储的光谱共焦探头的背景噪声数据、校准数据和各个光纤转接卡运行状态信息，并将所述背景噪声数据、校准数据和运行状态信息传输至所述处理器。

6.根据权利要求1所述的多通道光谱共焦测量系统，其特征在于，所述控制器模块还设置有多个用于与外界设备建立连接的外部设备I/O接口。

7.根据权利要求1所述的多通道光谱共焦测量系统，其特征在于，所述宽光谱光源为LED光源；所述光纤转接卡上设置有LED驱动电路，所述LED驱动电路与所述LED光源相连接，用于控制所述LED光源发光。

8.根据权利要求1所述的多通道光谱共焦测量系统，其特征在于，所述LED光源的侧边设置有散热片，用于为LED光源散热。

9.根据权利要求6所述的多通道光谱共焦测量系统，其特征在于，所述系统集成机箱还设置有机箱；

所述机箱上设置有与所述光纤转接卡相对应的卡槽、与数据通信接口对应的插口、与所述外部设备I/O接口相对应的插口。

10.一种多通道光谱共焦测量系统的测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的多通道光谱共焦测量系统，包括：

将被测样品放置到所述光谱共焦探头下方；

开启宽光谱光源，使得宽光谱光源发出的光束经过分光器后，进入到色散镜头；

色散镜头将输入的光线色散后聚焦到所述被测样品表面；

所述被测样品表面反射的光线经所述色散镜头后进入光纤连接线，由光纤连接线依次经过所述第一光纤连接端口、第二光纤连接端口、分光器、第三光纤连接端口、光纤集束器、输入到所述线光谱仪；

所述线光谱仪获取所述光纤集束器内各个光纤连接线输出光线的光信号，并将获取的所述光信号转化成电信号，并通过所述数据通信接口传输至处理器；以使得所述处理器根据所述电信号得到被测量物体的位置信息。

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