CN113167648A - 一种用于光谱仪的附件 - Google Patents

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奥代德·本-大卫
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Abstract

用于提高光谱仪的灵敏度或效率的附件以及使用这种附件的方法。在一些实施方式中，附件包括被配置为部分或完全封闭光源和光谱仪的内表面，以及外表面。外表面和/或内表面与样品光学连通，并且内表面被配置为引导由光源发射的光以在被光谱仪接收之前与样品实现至少两次光学相互作用。

Description

一种用于光谱仪的附件
交叉引用
本申请要求于2018年10月8日提交的名称为“ACCESSORIES FOR OPTICALSPECTROMETERS(光谱仪的附件)”的美国临时申请No.62/742,702的权益，该申请的全部内容通过引用合并于此。
背景技术
光谱仪(例如，光学光谱仪)可以用于分析对象的一种或多种性质。光谱仪可以检测来自对象的电磁辐射以获得对象的光谱信息。光谱信息可以被处理以提供关于对象的信息，例如化学成分信息。光谱仪通常可以包括某种类型的光谱选择元件，以分离从对象接收的辐射的波长，以及第一级光学器件(例如，透镜)以将辐射聚焦和/或聚集在成像阵列上。
发明内容
用光谱仪(例如，近红外(NIR)光谱仪)检查的样品可能经常具有高反射率或不良的化学信号，这些不良的化学信号表现为光谱参数(例如，吸收系数)中的不良的对比度。例如，在反射光谱测量中，平均反射率可以为约95％，而变化为约1％。本文中公认的是例如通过在被光谱仪检测到被测材料之前增加照明光在被测材料内的光路长度来提高化学信号的对比度可以提高化学信号的对比度的装置、系统和方法。
在示例中，实现增加的光路长度的常见方法是使用透射光谱法，其中照明光在检测之前被引导穿过被测材料的相对较厚的层，或者到达传感器之前被引导穿过颗粒表面的多次反射。然而，这种方法对于不透明的样品可能是有问题的。在这样的样品中，很大一部分照明光可能会丢失，从而需要强度大且耗电的光源，大型检测器或较长的采样时间以便获得足够高的信噪比。这种高功率光源对于许多应用而言可能太大或太昂贵，例如用于便携式光谱仪中，或者可能需要不可接受的长时间来实现稳定的操作。使用本公开的设备，系统和方法可以克服这样的缺点。
本文公开了用于提高光谱仪的灵敏度或效率的附件(accessory)以及使用这种附件的方法。本文进一步公开了附件，光源和/或光谱仪的系统及其使用方法。附件的特征在于，它们允许照明光在被光谱仪检测到之前通常与样品相互作用多次，从而相对于来自样品的单次反射的光路增加了有效的光路长度。少量的光线可能会逸出附件，而无助于产生化学信号。替代的是，由于样品中化学键的特征光谱响应，光子可能被光谱仪检测到或被样品吸收。有利地，大量样品可能对检测到的信号有贡献，这在测量材料特性具有小范围变化的样品时可能是合乎需要的。测量条件可能具有很高的可重复性。例如，附件可以提供从样品到光谱仪和光源的固定距离，并促进样品的一致暴露面积和体积。此外，样品内的照明光的均匀性和反射光的接收可以允许样品内局部变化的最佳平均。
在一个方面，一种用于提高光谱仪的灵敏度或效率的附件可以包括：外表面；以及内表面，其中所述外表面或所述内表面或两者与样品光学连通，并且其中所述内表面被配置为部分或完全封闭光源和所述光谱仪并引导由所述光源发射的光以在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少两次光学相互作用。所述外表面或所述内表面可以是球形的。所述外表面或所述内表面可以是半球形的。所述外表面或所述内表面可以是圆柱形的。所述外表面或所述内表面可以是管状的。所述外表面或所述内表面可以包括一个或多个角度。所述外表面或所述内表面可以是透明的。所述外表面或所述内表面可以是半透明的。所述外表面或所述内表面在由所述光谱仪检测到的光的波长范围内可以具有大于90％的反射率。所述外表面或所述内表面可以包括抗反射材料。所述抗反射材料在由所述光源发射的光的波长范围内可以具有小于10％的反射率。所述外表面和所述内表面都可以包括抗反射材料。所述外表面或所述内表面可以包括漫反射材料。所述漫反射材料可以包括漫射白色反射器(diffuse white reflector)。所述漫反射材料可以是基本平坦的。所述漫反射材料可以在所述光源或所述光谱仪的直接视场之外。所述外表面可以与所述样品物理接触。所述外表面和所述内表面都可以与所述样品光学连通。所述光源可以被配置为在具有至少60度的半角的光锥内发射光。所述光源可以被配置为在具有至多60度的半角的光锥内发射光。所述光源可以具有至少10纳米(nm)的带宽。所述光谱仪可以被配置为检测具有至少60度的半角的光锥内的光。所述光谱仪可以被配置为检测具有至多60度的半角的光锥内的光。所述光谱仪可以具有至少10nm的带宽。与没有所述附件的光谱仪获得的光谱的对比度相比，所述至少两次光学相互作用将通过所述光谱仪获得的光谱的对比度增加至少2倍。所述内表面可以被配置为引导由所述光源发射的所述光，以在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少四次光学相互作用。所述内表面可以限定具有闭合平面的腔，其中所述闭合平面包括反射率大于90％的闭合平面材料。所述闭合平面材料可以具有大于99％的反射率。所述闭合平面材料可以选自镜子或漫射白色材料。所述闭合平面可以包括可动态调节的反射表面。所述可动态调节的反射表面可以包括多个反射表面，其中所述多个反射表面中的反射表面可以与所述闭合平面基本成平面。所述可动态调节的反射表面可以被配置为绕轴线旋转，使得所述多个反射表面中的任何一个可以与所述闭合平面基本成平面。所述闭合平面可以包括棱镜。所述闭合平面可以包括孔。所述孔的尺寸可以适于放置所述光谱仪。所述孔的尺寸可以适于用于放置所述光源。所述闭合平面可以包括多个孔。所述内表面可以包括孔。所述孔的尺寸可以适于放置所述光谱仪。所述孔的尺寸可以适于放置所述光源。所述内表面可包括多个孔。所述附件可以被配置为封闭所述光谱仪，所述光谱仪具有第一面积并且与具有第二面积的所述样品光学连通，其中所述第二面积与所述第一面积的比率大于10。
在另一方面，一种用于提高光谱的系统可以包括：光谱仪；光源；外壳，包括：外表面；和内表面，其限定腔并部分或完全封闭所述腔中的所述光源和所述光谱仪，其中所述外表面或所述内表面或两者与样品光学连通；以及由所述腔限定的闭合平面，其中所述外壳相对于所述光谱仪和所述光源中的每一个设置，使得由所述光源发射的光在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少两次光学相互作用。所述外表面或所述内表面可以是球形的。所述外表面或所述内表面可以是半球形的。所述外表面或所述内表面可以是圆柱形的。所述外表面或所述内表面可以是管状的。所述外表面或所述内表面可以包括一个或多个角度。所述外表面或所述内表面可以是透明的。所述外表面或所述内表面可以是半透明的。所述外表面或所述内表面在由所述光谱仪检测到的光的波长范围内可以具有大于90％的反射率。所述外表面或所述内表面可以包括抗反射材料。所述抗反射材料在由所述光源发射的光的波长范围内可以具有小于10％的反射率。所述外表面和所述内表面都可以包括抗反射材料。所述外表面或所述内表面可以包括漫反射材料。所述漫反射材料可以包括漫射白色反射器。所述漫反射材料可以是基本平坦的。所述漫反射材料可以在所述光源或所述光谱仪的直接视场之外。所述外表面可以与所述样品物理接触。所述外表面和所述内表面都可以与所述样品光学连通。所述光源可以被配置为在具有至少60度的半角的光锥内发射光。所述光源可以被配置为在具有至多60度的半角的光锥内发射光。所述光源可以具有至少10纳米(nm)的带宽。所述光谱仪可以被配置为检测具有至少60度的半角的光锥内的光。所述光谱仪可以被配置为检测具有至多60度的半角的光锥内的光。所述光谱仪可以具有至少10nm的带宽。与没有所述附件的光谱仪获得的光谱的对比度相比，所述至少两次光学相互作用可以将通过所述光谱仪获得的光谱的对比度增加至少2倍。可以相对于所述光谱仪和所述光源中的每一个设置所述外壳，使得由所述光源发射的光在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少四次光学相互作用。所述闭合平面可以包括反射率大于90％的闭合平面材料。所述闭合平面材料可以具有大于99％的反射率。所述闭合平面材料可以选自镜子或漫射的白色材料。所述闭合平面可以包括可动态调节的反射表面。所述可动态调节的反射表面可以包括多个反射表面，其中所述多个反射表面中的反射表面可以与所述闭合平面基本成平面。所述可动态调节的反射表面可以被配置为绕轴线旋转，使得所述多个反射表面中的任何一个可以与所述闭合平面基本成平面。所述闭合平面可以包括棱镜。所述闭合平面可以包括孔。所述光谱仪可以布置在所述孔处。所述光源可以布置在所述孔处。所述闭合平面可以包括多个孔。所述内表面可以包括孔。所述光谱仪可以布置在所述孔处。所述光源可以布置在所述孔处。所述内表面可以包括多个孔。所述样品可以是固体。所述样品可以是液体。所述腔可以放置在由所述样品填充的测量体积中。所述样品的所述测量体积可以布置在所述闭合平面的下方。所述样品的所述测量体积可以布置在所述闭合平面的上方。所述样品的所述测量体积可以被所述外壳部分或完全封闭。该系统可以进一步包括外部光源和外部光学传感器，该外部光学传感器和外部光学传感器被配置为在所述光源的激活期间使所述外壳成像。
在另一方面，一种用于提高光谱仪的灵敏度或效率的方法可以包括：(a)在样品附近提供光源和光谱仪；(b)将所述光源和所述光谱仪部分或完全封闭在附件中，所述附件包括：(i)外表面；(ii)内表面，所述内表面被配置为部分或完全封闭所述光源的和所述光谱仪，其中所述外表面或所述内表面或两者与样品光学连通，并且其中所述内表面被配置为引导由所述光源发射的光以在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少两次光学相互作用，以及(c)激活所述光源和所述光谱仪。该方法可以进一步包括校准所述附件，所述校准包括：靠近参考样品提供所述光源和所述光谱仪，将所述光源和所述光谱仪部分或完全封闭在所述附件中，并激活所述光源和所述光谱仪以生成参考数据。该方法可以进一步包括，在(c)之后，生成样品数据并用所述参考数据处理所述样品数据以校准所述样品数据。所述参考样品可以包括聚四氟乙烯(PTFE)样品。该方法可以进一步包括：校准所述附件，所述校准包括：提供包括参考样品材料的参考附件，将所述光源和所述光谱仪部分或完全封闭在所述参考附件中，以及激活所述光源和所述光谱仪以生成参考数据。该方法可以进一步包括，在(c)之后，生成样品数据并用所述参考数据处理所述样品数据以校准所述样品数据。所述参考样品材料可以包括聚四氟乙烯(PTFE)材料。该方法可以进一步包括，在(c)之后，生成样品数据，测量样品温度以生成样品温度数据，以及用所述样品温度数据处理所述样品数据以补偿与温度有关的光谱变化。
通过以下详细描述，本公开的其他方面和优点对于本领域技术人员而言将变得容易理解，其中仅通过用于执行本公开所设想的最佳模式的图示，仅示出和描述了本公开的示例性实施方式。将会认识到，本公开内容能够具有其他和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，而所有这些都不脱离本公开内容。因此，附图和描述本质上应被认为是说明性的，而不是限制性的。
援引加入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入本文，程度犹如具体地和个别地指出要通过引用而并入每一个别出版物、专利或专利申请。
附图说明
通过参考下面的详细描述，可以更好地理解本发明的特征和优点，所述详细描述阐述了示例性实施方式，在其中利用了本公开的原理，在附图中：
图1A和图1B示出了根据本公开的实施方式的示例性紧凑型光谱仪的等距视图；
图2是根据本公开的实施方式的光谱仪系统100的示意图；
图3是根据本公开的实施方式的示例性光谱仪的示意图；
图4是根据本公开的实施方式的包括光谱仪的示例性移动设备的示意图；
图5是根据本公开的实施方式的(1)用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性直立半球形附件和(2)示例性直立半球形附件与示例性杯附件结合的示意图；
图6是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性倒半球附件的示意图；
图7是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性圆柱形或管状附件的示意图；
图8是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的灵敏度或效率的包括开口的示例性圆柱形或管状附件的示意图；
图9是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的灵敏度或效率的方法的流程图；以及
图10是根据本公开的实施方式的示例性数字处理设备的示意图；
图11是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性杯附件的示意图；
图12是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性校准杯附件的示意图；
图13是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的准确性或灵敏度的示例性固定力保持器附件的示意图；
图14是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的准确性或灵敏度的示例性固定力保持器附件的示意图；
图15是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性小样品附件的示意图；
图16是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性灵敏度控制附件的示意图；
图17是根据本公开的实施方式的用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性样品流附件的示意图。
具体实施方式
在下面的描述中，将描述本发明的各个方面。为了说明的目的，阐述了具体细节以便提供对本发明的透彻理解。对于本领域技术人员将容易理解的是，存在本公开的其他实施方式，其细节在不影响其本质的情况下是不同的。因此，本公开内容不限于附图中所示和说明书中所描述的内容，而是仅如所附权利要求书中所指示的那样，其适当范围仅由所述权利要求书的最宽泛的解释来确定。
下面将参考附图详细描述本公开的各种实施方式。应当理解的是，基于本文提供的公开内容的许多变化，变更和适应是可能的。例如，可以适当地改变本文描述的一个或多个过程的操作顺序，移除一些操作，重复一些操作，并添加附加操作。一些操作可以连续执行。一些操作可以并行执行。一些操作只能执行一次。一些操作可以执行多次。一些操作可以包括子操作。本文所述的处理器可以包括一个或多个指令，以执行一个或多个方法的一个或多个操作的至少一部分。
图1A和图1B示出了根据本公开的实施方式的紧凑型或手持式光谱仪102的等距视图。光谱仪102可用作许多应用的通用材料分析仪，如本文中进一步详细描述的。特别地，光谱仪102可以用于识别材料或对象，提供关于所识别的材料的一些性质的信息，并因此向用户提供关于所识别的材料的可操作的见解。光谱仪102可以包括光谱仪头120，该光谱仪头120被配置为指向样品材料S，例如本文所讨论的对象的样品。光谱仪头120可以包括传感器模块130，其可以例如包括温度传感器。光谱仪头120还可以包括照明模块140，该照明模块140被配置为用光照射样品。另外，光谱仪头120可以包括光谱仪模块160，该光谱仪模块160可以由光谱仪窗口162(例如，IR-通滤光片)密封，并且包括检测器或传感器，其被配置为测量在检测器或传感器的视场40内的样品材料的光谱，从而获得与样品材料S相关的光谱信息。如图所示，光谱仪模块160，照明模块140和传感器模块130可以容纳在容器902中，该容器902能够支持用户通过控制装置输入。诸如操作按钮1006的控制装置可以被配置成供用户控制光谱仪的操作。光谱仪102的紧凑尺寸可以提供可被定向(例如，指向)材料的移动设备，以快速获得关于该材料的信息。例如，如图1A和图1B所示，光谱仪102的尺寸可以适于在用户的单手H内。
如上所述的检测器可以被配置为具有宽视场。照明模块可以包括光源，该光源被配置为将光束10引导至视场40内的样品材料S。光源可以被配置为发射电磁能，其可以包括但不限于以下一种或多种：紫外线，可见光，近红外或红外光能量。光源可包括一个或多个分量光源。视场40可以限定样品材料S的一部分，光谱仪102从该部分采集光谱数据。照明模块还可以包括耦合到光源以使光束10指向样品材料S的一个或多个光学器件。一个或多个光学器件可以包括反射镜、光束分离器、透镜、曲面反射器或抛物面反射器中的一个或多个，如本文中进一步详细地描述的。光谱仪102还可以包括耦合到检测器和光源的电路，其中所述电路被配置用于响应于用户使用握持光谱仪的手H与用户输入端相交互而发射光束10。当用户例如通过用手H按下操作按钮1006来发起使用光谱仪102进行的样品材料S的测量时，光谱仪朝着视场40内的样品材料发射光束10。当光束10撞击样品材料S时，光可以被样品材料部分地吸收和/或部分地反射；备选地或组合地，光束10可以作为响应而促使样品材料发射光。可以包括被样品反射回来的光束10的至少一部分和/或由样品响应于光束10发射的光的样品发射被光谱仪模块160的检测器或传感器感测到。光谱仪模块160因此生成样品材料的光谱数据，如在本文中进一步详细地描述的。
光谱仪102可以被配置用于在没有光束10的情况下仅仅用环境光开始样品材料S的测量。在仅用环境光来完成测量之后，光谱仪102的照明模块140可以生成光束10，并且光谱仪模块160可以用光束10开始样品材料的测量。在这种情况下，在例如通过用户按下操作按钮1006实现的测量的发起与光束10及其可见光部分的产生之间存在短暂的时间间隔。可以使用仅环境光测量来减少或消除样品材料S的光谱数据中的环境光的贡献。例如，可以将用光束10实现的测量结果减去仅用环境光实现的测量结果。
从样品材料S反射的光束10的一部分可以对用户可见；光束10的此可见、反射部分可以限定样品材料S的测量面积50。样品的测量面积50可以与光谱仪的检测器的视场40至少部分地重叠并落在其内。被视场40覆盖的面积大于被光束10照亮的样品的可见面积或者由光束10的可见光部分限定的测量面积50。备选地，视场可以例如小于光束。在许多配置中，光谱仪模块的检测器的视场40大于被光束10照明的面积，并且因此测量面积50由光束10而不是检测器的视场40限定。
光束10的可见光部分可以包括对应于对用户可见的一个或多个色彩的一个或多个波长。例如，光束10的可见光部分可以包括对应于色彩红色、橙色、黄色、蓝色、绿色、靛蓝色、紫罗兰色或其组合的一个或多个波长。从样品材料S反射的光束10的可见部分可以包括光束10的功率的至少0.1％，至少0.2％，至少0.3％，至少0.4％，至少0.5％，至少0.6％，至少0.7％，至少0.7％，至少0.8％，至少0.9％，至少1％，至少2％，至少3％，至少4％，至少5％，至少6％，至少7％，至少8％，至少9％，至少10％或更多。从样品材料S反射的光束10的可见部分可以包括光束10的功率的至多10％，至多9％，至多8％，至多7％，至多6％，至多5％，至多4％，至多3％，至多2％，至多1％，至多0.9％，至多0.8％，至多0.7％，至多0.6％，至多0.5％，至多0.4％，至多0.3％，至多0.2％，至多0.1％或更少。从样品材料S反射的光束10的可见部分可以包括光束10的功率的百分比，该百分比在由任何两个前述值限定的范围内。例如，从样品材料S反射的光束10的可见部分可以包括光束10的功率的约0.1％至约10％，约1％至约4％或约2％至约3％。
光束10的可见部分可以包括以至少0.1毫瓦(mW)，至少0.2mW，至少0.3mW，至少0.4mW，至少0.5mW，至少0.6mW，至少0.7mW，至少0.8mW，至少0.9mW，至少1mW，至少2mW，至少3mW，至少4mW，至少5mW，至少6mW，至少7mW，至少8mW，至少9mW，至少10mW，至少20mW，至少30mW，至少40mW，至少50mW，至少60mW，至少70mW，至少80mW，至少90mW，至少100mW，至少200mW，至少300mW，至少400mW，至少500mW，至少600mW，至少700mW，至少800mW，至少900mW，至少1W，至少2W，至少3W，至少4W，至少5W，至少6W，至少7W，至少8W，至少9W，至少10W或更高功率的工作的光。光束10的可见部分可以包括以至多10W，至多9W，至多8W，至多7W，至多6W，至多5W，至多4W，至多3W，至多2W，至多1W，至多900mW，至多800mW，至多700mW，至多600mW，至多500mW，至多400mW，至多300mW，至多200mW，至多100mW，至多90mW，至多80mW，至多70mW，至多60mW，至多50mW，至多40mW，至多30mW，至多20mW，至多10mW，至多9mW，至多8mW，至多7mW，至多6mW，至多5mW，至多4mW，至多3mW，至多2mW，至多1mW，至多0.9mW，至多0.8mW，至多0.7mW，至多0.6mW，至多0.5mW，至多0.4mW，至多0.3mW，至多0.2mW，至多0.1mW或更少功率的工作的光。光束的可见部分可以包括以在任何两个前述值所限定的范围内的功率工作的光。例如，光束10的可见部分可以包括以约0.1mW至约100mW，约1mW至约75mW，约1mW至约50mW，约5mW至约40mW，约5mW至约30mW，约5mW至约20mW或约10mW至约15mW的功率工作的光。入射在样品上的光束10的可见部分的强度可以在约0.1mW至约100mW，约1mW至约75mW，约1mW至约50mW，约5mW至约40mW，约5mW至约30mW，约5mW至约20mW或约10mW至约15mW的范围内。入射在样品上的光束10的可见光部分可以具有在约0.001流明至约10流明、约0.001流明至约5流明、约0.005流明至约10流明、约0.01流明至约10流明、约0.005流明至约5流明、约0.05流明至约5流明、约0.1流明至约5流明、约0.2流明至约1流明或者约0.5流明至约5流明范围内的强度或总光输出。
入射在样品S上的光束10可以具有约0.5至约2cm2或者约1cm2的面积。因此，入射在样品S上的光束10可以具有在约0.1mW/cm2至约100mW/cm2、约1mW/cm2至约75mW/cm2、约1mW/cm2至约50mW/cm2、约5mW/cm2至约40mW/cm2、约5mW/cm2至约30mW/cm2、约5mW/cm2至约20mW/cm2或者约10mW/cm2至约15mW/cm2范围内的辐照度。入射在样品S上的光束10可以具有在约20lux(流明/m2)至约100,000lux、约200lux至约75,000lux、约400lux to约50,000lux、约2,000lux至约25,000lux、约2,000lux至约15,000lux、约4,000lux至约15,000lux或者约4,000lux至约6,000lux范围内的照度(Ev)。
光束10的可见光部分的光输出可以根据光源的类型而改变。在某些情况下，光束10的可见光输出可以由于不同类型的光源的不同发光效力而改变。例如，蓝色发光二极管(LED)可以具有约40流明/W的效力，红色LED可以具有约70流明/W的效力，并且绿色LED可以具有约90流明/W的效力。因此，光束10的可见光输出可以根据光源的色彩或波长范围而改变。。
光束10的可见光部分的光输出还可以由于光源的不同组件之间的相互作用的性质而改变。
从样品材料S反射的光束10的一部分对于用户可能是不可见的。光束10的不可见部分可以包括一个或多个红外波长。例如，光束10的不可见部分可以包括在从约700纳米(nm)到约1毫米(mm)的范围内的一个或多个波长。从样品材料S反射的光束10的不可见部分可以包括光束10的功率的至少90％，至少91％，至少92％，至少93％，至少94％，至少95％，至少96％，至少97％，至少98％，至少99％，至少99.1％，至少99.2％，至少99.3％，至少99.4％，至少99.5％，至少99.6％，至少99.7％，至少99.8％，至少99.9％或更多。从样品材料S反射的光束10的不可见部分可以包括光束10的功率的至多99.9％，至多99.8％，至多99.7％，至多99.6％，至多99.5％，至多99.4％，至多99.3％，至多99.2％，至多99.1％，至多99％，至多98％，至多97％，至多96％，至多95％，至多94％，至多93％，至多92％，至多91％，至多90％或更少。从样品材料S反射的光束10的不可见部分可以包括在任何两个前述值所限定的范围内的光束10的功率的百分比。
光束10的不可见部分可以包括以至少0.1mW，至少0.2mW，至少0.3mW，至少0.4mW，至少0.5mW，至少0.6mW，至少0.7mW，至少0.8mW，至少0.9mW，至少1mW，至少2mW，至少3mW，至少4mW，至少5mW，至少6mW，至少7mW，至少8mW，至少9mW，至少10mW，至少20mW，至少30mW，至少40mW，至少50mW，至少60mW，至少70mW，至少80mW，至少90mW，至少100mW，至少200mW，至少300mW，至少400mW，至少500mW，至少600mW，至少700mW，至少800mW，至少900mW，至少1W，至少2W，至少3W，至少4W，至少5W，至少6W，至少7W，至少8W，至少9W，至少10W或更高功率工作的光。光束10的不可见部分可以包括以至多10W，至多9W，至多8W，至多7W，至多6W，至多5W，至多4W，至多3W，至多2W，至多1W，至多900mW，至多800mW，至多700mW，至多600mW，至多500mW，至多400mW，至多300mW，至多200mW，至多100mW，至多90mW，至多80mW，至多70mW，至多60mW，至多50mW，至多40mW，至多30mW，至多20mW，至多10mW，至多9mW，至多8mW，至多7mW，至多6mW，至多5mW，至多4mW，至多3mW，至多2mW，至多1mW，至多0.9mW，至多0.8mW，至多0.7mW，至多0.6mW，至多0.5mW，至多0.4mW，至多0.3mW，至多0.2mW，至多0.1mW或更少功率工作的光。光束的不可见部分可以包括以任何两个前述值所限定的范围内的功率工作的光。例如，光束10的不可见部分可以包括以约0.1mW至约100mW，约1mW至约75mW，约1mW至约50mW，约5mW至约40mW，约5mW至约30mW，约5mW至约20mW或约10mW至约15mW的范围内的功率工作的光。入射到样品上的光束10的不可见部分的强度可以在约0.1mW至约100mW，约1mW至约75mW，约1mW至约50mW，约5mW至约40mW，约5mW至约30mW，约5mW至约20mW或约10mW至约15mW的范围内。入射在样品上的光束10的不可见部分可以具有在从约0.001流明至约10流明，约0.001流明至约5流明，约0.005流明至约10流明，约0.01流明至约10流明，约0.005流明至约5流明，约0.05流明至约5流明，约0.1流明至约5流明，约0.2流明至约1流明或约0.5流明至约5流明的范围内的强度或总光输出。
光束10的不可见部分的光输出可以根据光源的类型而变化。在一些情况下，光束10的不可见光输出可能由于不同类型的光源的不同发光效率而变化。
光束10的不可见部分的光输出也可以由于光源的不同组件之间的相互作用的性质而变化。
如图1B所示，光束10可以包括可见瞄准光束20。瞄准光束20可以包括对应于对用户可见的一个或多个色彩的一个或多个波长，所述色彩诸如红色、橙色黄色、蓝色、绿色、靛蓝色或紫罗兰色。备选地或者组合地，光束10可以包括被配置成测量样品材料的光谱的测量光束30。测量光束30可以是可见的，使得测量光束30包括且充当可见瞄准光束。光束10可以包括可见测量光束30，其包括可见瞄准光束。测量光束30可以包括在可见光谱、不可见光谱或其组合中的光。瞄准光束20和测量光束30可以由同一光源或者由照明模块140内的不同光源产生，并且可以被布置成照明在光谱仪102的检测器或传感器的视场40内的样品材料S。可见瞄准光束20和光束30可以是部分地或完全重叠、对准和/或共轴的。
可见标准光束20可以包括在可见光谱内(例如在约390nm至约800nm范围内)的光，用户可以看到其在样品材料S的一部分上被反射。瞄准光束20可以提供光谱仪102可操作的基本视觉验证，并且可以向用户提供测量在进行中的视觉指示。瞄准光束20可以帮助用户将被测量的样品材料的面积可视化，并且从而指导用户调整光谱仪102的位置和/或角度以将测量面积定位于样品材料S的期望面积之上。可以用电路将瞄准光束20配置成贯穿测量的整个持续时间被发射，并且当样品材料S的测量完成时被自动地关掉；在这种情况下，瞄准光束20还可以向用户提供用户应保持光谱仪102指向样品材料S多长时间的视觉指示。
可见瞄准光束20和测量光束30可以由同一光源产生，其中可见瞄准光束20包括测量光束30的一部分。另外地或替换地，瞄准光束20可以由第一光源产生，并且测量光束30可以由第二光源产生。例如，测量光束30可以包括红外光束，并且瞄准光束20可以包括可见光束。
测量光束30可以被配置成照明样品S的测量面积，并且标准光束20可以被配置成照明与测量面积重叠的样品的面积，从而向用户显示测量面积。被可见瞄准光束20照明的可见面积可以包括测量面积的约50％至约150％或约75％至约125％或者测量面积的至少约90％、至少约95％或至少约99％。
照明模块的一个或多个光学器件(诸如透镜或抛物面反射器)可以被布置成接收瞄准光束20和测量光束30，并使瞄准光束和测量光束指向样品材料S，瞄准光束和测量光束在样品上重叠。在一些配置中，瞄准光束20可以被布置成被沿着瞄准光束轴25引导，而测量光束30可以被布置成被沿着测量光束轴35引导，如图1B所示。瞄准光束轴25可以与测量光束轴35同轴。
光谱仪模块160的传感器或检测器可以包括一个或多个滤光器，其被配置成透射测量光束30，但是抑制瞄准光束30的透射。在许多配置中，光谱仪模块包括被配置成抑制可见光的透射的一个滤光器，从而抑制从样品反射的瞄准光束20和测量光束30的各部分(其包括可见光)的透射。在某些配置中，光谱仪模块160可以包括多个光学滤光器，其被配置成抑制从样品材料S反射的瞄准光束20的一部分的透射，并且透射从样品反射的测量光束30的一部分。在包括多个光学通道的光谱仪模块的配置中，光谱仪模块可以包括多个滤光器，其中每个光学滤光器对应于光学通道。每个滤光器可以被配置成抑制特定范围内和/或特定入射角内的光的透射，其中已滤光特定范围或特定入射角可以是相应通道所特定的。在某些配置中，光谱仪的每个光学通道可以包括视场。光谱仪模块的视场40因此可以包括多个光学通道的多个重叠视场。瞄准光束和测量光束可以与样品S上的多个重叠视场重叠。在某些配置中，可以在多个光学滤光器与来自样品的入射光之间安设漫射器，其中每个光学滤光器对应于光学通道。在此类配置中，多个光学通道可以包括类似视场，每个视场至少部分地与其他光学通道的视场重叠，其中光谱仪基本上包括±1到±90°的视场。
可选地，可见瞄准光束20可以由与照明模块140分开的光源提供。在这种情况下，该单独光源可以被配置成产生瞄准光束，使得瞄准光束照明与样品的测量面积重叠的样品材料的一部分。
图2示出了光谱仪系统100的示意图。在许多情况下，光谱仪系统100可以包括如本文中或本说明书中其他地方所述的手持式光谱仪102以及与远程服务器或存储器(诸如基于云的服务器或存储系统118)进行无线通信116的移动设备110。手持式光谱仪102可以获取如本文中或本说明书中其他地方所述的数据。手持式光谱仪102可以包括处理器106和通信电路104，该处理器106和通信电路104耦合至具有如本文中或本说明书中其他地方所述的光谱仪部件的光谱仪头120。光谱仪可以通过具有通信链路(例如，无线串行通信链路，例如BluetoothTM)的通信电路104将数据发送到移动设备110。移动设备可以从手持式光谱仪102接收数据并将数据发送到基于云的存储系统118。可以由基于云的服务器118处理和分析数据，并将其发送回移动设备110以显示给用户。另外，分析的光谱数据和/或相关的附加分析结果可以动态地添加到由云服务器118操作的通用数据库，其中可以存储与样品材料相关联的光谱数据。存储在数据库上的光谱数据可以包括由光谱仪系统100的一个或多个用户生成的数据，和/或具有已知光谱的材料的预加载的光谱数据。基于云的服务器可以包括其上存储有数据库的存储器。
光谱仪系统可以允许多个用户经由他们的移动设备110连接到基于云的服务器118，如本文中进一步详细描述的。在一些情况下，服务器118可以被配置为与多达数百万个移动设备110同时通信。系统同时支持大量用户和设备的能力可以允许系统的用户在一些情况下实时访问与感兴趣的材料有关的大量信息。对此类信息的访问可以为用户提供做出与感兴趣的材料相关的明智决策或在各种材料之间进行区分的方式。
移动设备110可以包括智能电话的一个或多个组件，例如显示器112，接口114，处理器，计算机可读存储器和通信电路，例如一个或多个发射器和接收器(或收发器)。当使用时，移动设备110可以包括基本上静止的设备，例如无线通信网关。
处理器106可以包括体现指令的有形介质，例如体现计算机程序的指令的计算机可读存储器。替代地或组合地，处理器可以包括诸如门阵列逻辑的逻辑以便执行一个或多个逻辑步骤。在一些情况下，手持式光谱仪102可以与移动设备110集成在一起。例如，手持式光谱仪102可以是移动设备110的一部分。在这种情况下，这对于移动设备110的用户收集感兴趣材料的光谱数据，并在任何时候使用移动设备将收集的光谱数据发送到基于云的服务器将是方便的。附加地或替代地，手持式光谱仪102可以被封闭在移动设备本身内，或者通过用于提供电力和数据链路的有线或无线装置被安装在移动设备上并被连接到移动设备。通过将光谱仪系统整合到移动设备中，可以将使用光谱仪获得的光谱数据上传到远程位置，并可以在此处进行分析。之后，可以将分析结果通知用户。光谱仪系统还可以配备全球定位系统(GPS)设备和/或高度计，以便可以报告所测量样品的物理位置或高度。这种部件的其他非限制性示例可以包括用于记录样品的视觉印象的照相机和用于测量诸如温度和湿度的环境变量的传感器。
图3是光谱仪300的示例的示意图。光谱仪300可以包括照明器301，该照明器可以被配置为用光照射对象的样品。在一些实施方式中，照明器可以包括用于密封照明模块的照明窗。照明窗可以基本上透射照明器中产生的光。照明器可以包括光源。在一些实施方式中，光源可以包括一个或多个发光二极管(LED)，诸如蓝色LED，红色LED，绿色LED或红外LED。照明器301可以进一步包括辐射扩散单元，该辐射扩散单元可以被配置为接收从LED的阵列发射的辐射，并且提供用于分析样品材料的照明辐射作为输出。辐射扩散单元可以包括第一扩散器和第二扩散器，并且一个透镜可以设置在第一扩散器和第二扩散器之间。辐射扩散单元可以进一步包括附加的扩散器和透镜。
光谱仪300还可以包括检测器302，其可以被配置为检测来自多对象中的每一个的电磁辐射。在一些实施方式中，检测器可以包括光谱仪模块和传感器模块(未示出)中的一个或多个。光谱仪模块与照明器301一起工作，可以被配置为测量与对象的样品材料有关的光谱信息。本文的传感器模块可以被配置为测量与样品材料有关的非光谱信息。例如，传感器模块可以是温度传感器模块，其被配置为响应于从样品发射的红外辐射来测量和记录样品的温度。在一些实施方式中，传感器模块可以进一步包括第二温度传感器模块，该第二温度传感器模块被配置为测量照明器中的光源的温度。在一些实施方式中，传感器模块除了通过照明器和检测器的合作所测量的光谱信息之外，还可以基于非光谱信息来识别样品材料。这样的双重信息系统可以提高样品的检测或识别的准确性。
光谱仪300还可以包括处理器303，存储器304和通信模块305中的一个或多个。本文中的处理器可被配置为分析由照明器301和检测器302收集的光谱数据。可以将本文的存储器配置为存储由光谱仪收集的光谱数据以及对分析光谱数据可能有用的其他数据。例如，存储器可以被配置为临时或永久地存储与各种对象以及体现各种算法的计算机软件程序或指令相关联的光谱数据。在一些实施方式中，在经由处理器执行时，软件指令可以分析与多个对象相关联的光谱数据。替代地或组合地，处理器可以包括数字信号处理单元，其可以被配置为压缩原始数据，包括原始频谱数据。然后可以将压缩的原始数据信号在光谱仪内部发送到通信模块，该通信模块可以包括数据加密/传输组件，例如蓝牙，以对数据进行加密。一旦被加密，就可以经由蓝牙将压缩的加密的原始数据无线地发送到移动设备110，在移动设备110中，可以对加密的原始数据进行解密并且为进一步处理做好准备。
在一些实施方式中，通信模块305可以包括一个或多个发送器和接收器，或集成了发送器和接收器的功能以与移动设备建立有线或无线连接并从而与移动设备执行双向通信的一个或多个收发器。例如，结果可以通过通信模块被发送到移动设备，并通过在移动设备的显示器上的图形用户界面被呈现给用户。替代地，可以将光谱仪的测量结果直接发送到移动设备或基于云的服务器，或者通过充当中继节点的移动设备间接发送到基于云的服务器。本文的通信模块可以被配置为支持多种通信技术，包括但不限于通过因特网，局域网(LAN)，广域网(WAN)，蓝牙，近场通信(NFC)技术的通信，基于移动数据协议的网络，例如通用分组无线服务(GPRS)，GSM，增强型数据GSM环境(EDGE)，3G，4G或长期演进(LTE)协议，红外(IR)通信技术和/或Wi-Fi的通信，并且可以是无线，有线或其组合。
图4是包括光谱仪的移动设备400的示例的示意图。如以上关于图3所提到的，光谱仪可以是移动设备的一部分，例如集成到移动设备中，如图4所示。包括在移动设备中的光谱仪401可以包括照明器402和检测器403，用于执行检测，扫描，测量对象的样品以及收集相应的光谱数据以进行后续处理的步骤。应该理解的是，图4中所示的照明器和检测器可以与图3所示的照明器和检测器相同或相似。因此，之前参照图3对照明器和检测器进行的任何描述都可以等同地应用于图4所示的那些。
与图3所示的可以配备有其自己的处理器，存储器和通信模块的光谱仪不同的是，光谱仪401可以与移动设备400共享处理器404，存储器405和通信模块406。换句话说，处理器，存储器和通信模块可以被移动设备和光谱仪共同使用。基于这种配置和布置，包括光谱仪的移动设备可以更紧凑和最小化，从而可以增加移动性。
在获得与感兴趣的对象的样品相关联的光谱数据之后，光谱仪可以通过数据总线或通道(未示出)在内部将这些数据发送到存储器，并且处理器可以从存储器中提取光谱数据以用于进一步处理。
将会意识到，移动设备400仅仅是便携式多功能设备的一个示例，并且设备400可以具有比所示的更多或更少的组件，可以组合两个或更多的组件，或者可以具有不同的配置或组件的排列。图4中所示的各种组件可以用包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路的硬件，软件或硬件和软件的组合来实现。例如，尽管未示出，但是移动设备400可以进一步包括外围设备接口，通信模块中的RF电路，音频电路，扬声器，麦克风，输入/输出(I/O)子系统，其他输入或控制设备和外部端口。这些组件与图4中所示的那些一起可以通过移动设备的外壳内的一条或多条通信总线或信号线进行通信。
应当理解，本文所述的光谱仪是用于说明性目的。可以将任何本领域已知的其他光谱仪应用于本文所述的方法和装置，包括例如在美国公开号2010/0182598，美国公开号2005/0229698，美国公开号2015/0036138，美国专利号2013/0308045，美国公开号2014/0061486和美国公开号2011/0310052中描述的光谱仪，其每一个的全部公开内容通过引用合并于此。
图5是用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性直立半球形附件500的示意图。附件500可以包括外表面510。外表面可以与样品550光学连通。样品可以是固体样品。样品可以是粉末样品。样品可以是液体样品。样品可以是气态样品。外表面可以靠近样品。外表面可以与样品接触。外表面可以被样品围绕。在一些实施方式中，样品可以被包含在杯附件1100中，如关于图11更详细地描述的。替代地，外表面可能不与样品接触。例如，在外表面和样品之间可能存在至少一种介质(例如空气，水或任何其他介质)。
外表面可以是球形的。外表面可以是半球形的(例如，如图5或图6所示)。外表面可以是圆柱形或管状的(例如，如图7或图8所示)。外表面可以是多面的。外表面可以包括一个或多个角度。例如，外表面可以包括至少1个，至少2个，至少3个，至少4个，至少5个，至少6个，至少7个，至少8个，至少9个，至少10个，至少11个，至少12个，至少13个，至少14个，至少15个，至少16个，至少17个，至少18个，至少19个，至少20个，至少30个，至少40个，至少50个，至少60个，至少70个，至少80个，至少90个，至少100个或更多个角度。外表面可以包括至多100个，至多90个，至多80个，至多70个，至多60个，至多50个，至多40个，至多30个，至多20个，至多19个，至多18个，至多17个，至多16个，至多15个，至多14个，至多13个，至多12个，至多11个，至多10个，至多9个，至多8个，至多7个，至多6个，至多5个，至多4个，至多3个，至多2个或至多1个角度。外表面可以包括在由任何两个前述值限定的范围内的多个角度。外表面可以具有任何数量的基本平坦的表面。外表面可以具有任何数量的基本弯曲的表面。替代地或另外，外表面可以具有多个基本弯曲的表面和基本平坦的表面的任何组合。
外表面可以是透明的。外表面可以是半透明的。外表面可以是不透明的。外表面可以具有由光谱仪检测到的波长范围(和/或光源发射的波长范围)内的至少0.01％，至少0.02％，至少0.03％，至少0.04％，至少0.05％，至少0.06％，至少0.07％，至少0.08％，至少0.09％，至少0.1％，至少0.2％，至少0.3％，至少0.4％，至少0.5％，至少0.6％，至少0.7％，至少0.8％，至少0.9％，至少1％，至少2％，至少3％，至少4％，至少5％，至少6％，至少7％，至少8％，至少9％，至少10％，至少20％，至少30％，至少40％，至少50％，至少60％，至少70％，至少80％，至少90％，至少91％，至少92％，至少93％，至少94％，至少95％，至少96％，至少97％，至少98％，至少99％，至少99.1％，至少99.2％，至少99.3％，至少99.4％，至少99.5％，至少99.6％，至少99.7％，至少99.8％，至少99.9％，至少99.91％，至少99.92％，至少99.93％，至少99.94％，至少o 99.95％，至少99.96％，至少99.97％，至少99.98％，至少99.99％或更高的反射率。外表面可以具有由光谱仪检测到的波长范围(和/或波长范围(和/或由光源发射的波长范围))内的至多99.99％，至多99.98％，至多99.97％，至多99.96％，至多99.95％，至多99.94％，至多99.93％，至多99.92％，至多99.91％，至多99.9％，至多99.8％，至多99.7％，至多99.6％，至多99.5％，至多99.4％，至多99.3％，至多99.1％，至多99.1％，至多99％，至多98％，至多97％，至多96％，至多95％，至多94％，至多93％，至多92％，至多91％，至多90％，至多80％，至多70％，至多60％，至多50％，至多40％，至多30％，至多20％，至多10％，至多9％，至多8％，至多7％，至多6％，至多5％，至多4％，至多3％，至多2％，至多1％，至多0.9％，至多0.8％，至多0.7％，至多至多0.6％，至多0.5％，至多0.4％，至多0.3％，至多0.2％，至多0.1％，至多0.09％，至多0.08％，至多0.07％，至多0.06％，至多0.05％，至多0.04％，至多0.03％，至多0.02％，至多0.01％或更少的反射率。所述外表面可以具有在由任何两个前述值限定的范围内的反射率。
外表面可以具有由光源发射的波长范围内的至少0.01％，至少0.02％，至少0.03％，至少0.04％，至少0.05％，至少0.06％，至少0.07％，至少0.08％，至少0.0％的透射率。0.09％，至少0.1％，至少0.2％，至少0.3％，至少0.4％，至少0.5％，至少0.6％，至少0.7％，至少0.8％，至少0.9％，至少1％，至少2％，至少3％，至少4％，至少5％，至少6％，至少7％，至少8％，至少9％，至少10％，至少20％，至少30％，至少40％，至少50％，至少60％，至少70％，至少80％，至少90％，至少91％，至少92％，至少93％，至少94％，至少95％，至少96％，至少97％，至少98％，至少99％，至少99.1％，至少99.2％，至少99.3％，至少99.4％，至少99.5％，至少99.6％，至少99.7％，至少99.8％，至少99.9％，至少99.91％，至少99.92％，至少99.93％，至少99.94％，至少99.95％，至少99.96％，至少99.97％，至少99.98％，至少99.99％或更高的透射率。外表面可以具有由光源发射的波长范围内的至多99.99％，至多99.98％，至多99.97％，至多99.96％，至多99.95％，至多99.94％，至多99.93％，至多99.92％，至多99.91％，至多99.9％，至多99.8％，至多99.7％，至多99.6％，至多99.5％，至多99.4％，至多99.3％，至多99.1％，至多99.1％，至多99％，至多98％，至多97％，至多96％，至多95％，至多94％，至多93％，至多92％，至多91％，至多90％，至多80％，至多70％，至多60％，至多50％，至多40％，至多30％，至多20％，至多10％，至多9％，至多8％，至多7％，至多6％，至多5％，至多4％，至多3％，至多2％，至多1％，至多0.9％，至多0.8％，至多0.7％，至多至多0.6％，至多0.5％，至多0.4％，至多0.3％，至多0.2％，至多0.1％，至多0.09％，至多0.08％，至多0.07％，至多0.06％，至多0.05％，至多0.04％，至多0.03％，至多0.02％，至多0.01％或更少的透射率。外表面可以具有在由任何两个前述值限定的范围内的透射率。
外表面可以包括抗反射材料。抗反射材料可具有相对于附件的外表面本文描述的任何反射率或透射率。
外表面可以包括漫反射材料。漫反射材料可以包括漫射白色反射器。漫反射材料可以是基本平坦的。漫反射材料可以在与附件500一起使用的光源的直接视野范围之外。漫反射材料可以在与附件500一起使用的光谱仪的直接视野范围之外。
附件500可以进一步包括内表面，该内表面包括顶部520和底部525。在一些实施方式中，顶部520可以包括与外表面相对的表面。内表面可以与样品550光学连通。内表面可以被配置为部分或完全封闭一个或多个光源，例如第一光源530a和第二光源530b，如图5所示。尽管在图5中被描绘为封闭两个光源，但是附件可以被配置为部分地或完全地封闭至少1个，至少2个，至少3个，至少4个，至少5个，至少6个，至少7个，至少8个，至少9个，至少9个，至少10个或更多个光源。附件可以被配置为部分或完全封闭至多10个，至多9个，至多8个，至多7个，至多6个，至多5个，至多4个，至多3个，至多2个或至多1个光源。附件可以被配置为部分地或完全地封闭在由任何两个前述值限定的范围内的多个光源。
包括顶部520和底部525的内表面可以被配置为部分地封闭光谱仪540。光谱仪540可以包括紫外，可见或红外光谱仪。光谱仪540可以包括反射光谱仪。光谱仪540可以包括吸收光谱仪。光谱仪540可以包括荧光光谱仪。光谱仪540可以包括傅立叶变换光谱仪。光谱仪540可以包括拉曼光谱仪。光谱仪540可以类似于本文描述的光谱仪102，或者本文描述的光谱仪102的任何元件或模块。光谱仪540可以类似于本文描述的光谱仪300，或者本文描述的光谱仪300的任何元件或模块。光谱仪540可以类似于本文所述的光谱仪401，或本文所述的光谱仪401的任何元件或模块。
光谱仪540可以包括固定力保持器附件1300，如图13和图14所示。固定力保持器附件1300可以被配置为向光谱仪的基座施加恒定的力。恒定力的施加可以减少或消除随时间或在两个或更多个光谱仪单元之间的测量变化。例如，恒定力的施加可以减少或消除由于光谱仪的温度或物理应力改变而引起的变化。固定力保持器附件1300可以包括力施加装置。力施加装置可以将力施加到光谱仪540的表面。该力可以是恒定的，或者该力可以是可变的。在一些实施方式中，力可以响应于温度，物理应力或运动的改变而变化。在一些实施方式中，力施加装置可以是弹簧销1310，例如图13和图14所示。在一些实施方式中，力施加装置可以是弹性装置，液压装置，紧定螺钉，千分尺或能够在光谱仪上施加可变或可调力的任何其他装置。在一些实施方式中，固定力保持器附件包括散热器1302，例如图13所示。散热器可以被配置为减少光谱仪的热波动。
光谱仪540可以相对于内表面以任何可能的空间关系定位。例如，光谱仪540可以定位在底部525的中心处或附近。光谱仪540可以定位在与底部中心的偏移处。将光谱仪定位在底部中心处或附近，或与底部中心偏移处，可以增加光与样品的相互作用的数量，从而提高光谱仪的灵敏度或效率。
一个或多个光源(如本文所述，分别诸如第一光源530a和第二光源530b)可以相对于内表面以任何可能的空间关系定位。例如，一个或多个光源可以定位在底部525的中心处或附近。一个或多个光源可以定位在与底部525的中心偏离处。将一个或多个光源定位在底部中心或附近处，或偏离底部中心处，可以增加光与样品的相互作用的数量，从而提高本文所述光谱仪的灵敏度或效率。
包括顶部520和底部525的内表面可以是半球形，球形，管状，四面体，立方，矩形，八面体，十二面体，二十面体或任何多面体。底部可以定位在顶部的下方，如图5所示，或者底部可以定位在顶部上方，如图6所示。在一些实施方式中，底部包括管的内表面的区域，如图7所示。内表面可以具有直径。内表面的直径可以是约20毫米(mm)，约25mm，约30mm，约35mm，约40mm，约50mm，约60mm，约75mm，约100mm，约105mm，约110mm，约125mm，约150mm，约200mm，约250mm，约300mm或约400mm。内表面的直径可以是30mm到50mm，40mm到75mm，50mm到100mm，60mm到100mm，75mm到100mm，100mm到105mm，从105mm到110mm，从110mm到125mm，从125mm到150mm，从150mm到200mm，从200mm到250mm，从250mm到300mm，从300mm到400mm，从20mm到400mm，30mm到300mm，50mm到200mm，75mm到125mm或100mm到110mm。
本公开的光谱仪可以包括两个或更多个光源。两个或更多个光源可以是相同的。两个或更多个光源可以不同。例如，两个或更多个光源可以具有不同的照明波长。两个或更多个光源可以具有不同的照明光谱。两个或更多个光源可以具有不同的照明强度。两个或更多个光源在闭合平面上可以具有不同的入射角。两个或更多个光源可以在不同的闭合平面上反射或折射。在一些实施方式中，来自两个或更多个光源的光可以被组合以产生样品的均匀照明。来自两个或更多个光源的组合光可以比单个光源产生更均匀的样品照明。
本公开的光谱仪可以包括两个或更多个检测器。两个或更多个检测器可以相同。两个或更多个检测器可以不同。例如，两个或更多个检测器可以具有不同的检测波长。两个或更多个检测器可以具有不同的检测带宽。两个或更多个光源可以具有不同的检测灵敏度。在一些实施方式中，由两个或更多个检测器检测到的信号可以被组合以产生样品的均匀检测。由两个或更多个检测器检测到的组合信号可以比单个检测器产生更均匀的样品检测。
光谱仪，一个或多个光源，内表面和外表面可以相对于彼此以任何可能的配置定位。例如，光谱仪，一个或多个光源，内表面和外表面可以定位使得由一个或多个光源发射的光从内表面或外表面朝向光谱仪的反射最小。这样的配置可以减少没有与样品相互作用的光的量，该光随后被光谱仪检测到，从而增加了光与样品的相互作用的数量。
内表面可以被配置为引导由一个或多个光源发射的光，以在被光谱仪接收之前实现与样品550的多次光学相互作用。光学相互作用可以包括光与样品的任何可能的相互作用。例如，光学相互作用可以包括反射，吸收，弹性散射，非弹性散射，衍射或任何其他线性或非线性光学相互作用。内表面可以被配置为引导由一个或多个光源发射的光以实现在被光谱仪接收之前与样品的至少1次，至少2次，至少3次，至少4次，至少5次，至少6次，至少7次，至少8次，至少9次，至少10次，至少20次，至少30次，至少40次，至少50次，至少60次，至少70次，至少80次，至少90次，至少100次，至少200次，至少300次，至少400次，至少500次，至少600次，至少700次，至少800次，至少900次，至少1,000次或更多次光学相互作用。内表面可以被配置为引导由一个或多个光源发射的光，以实现在被光谱仪接收之前与样品的至多1,000次，至多900次，至多800次，至多700次，至多600次，至多500次，至多400次，至多300次，至多200次，至多100次，至多90次，至多80次，至多70次，至多60次，至多50次，至多40次，至多30次，至多20次，至多10次，至多90次，至多80次，至多70次，至多60次，至多50次，至多40次，至多30次，至多20次，至多10次，至多9次，至多8次，至多6次，至多5次，至多4次，至多3次，至多2次或至多1次的光学相互作用。内表面可以被配置为引导由一个或多个光源发射的光，以实现在被光谱仪接收之前与样品的多次光学相互作用，该次数在由任何两个前述值限定的范围内。在一些情况下，由一个或多个光源发射的大多数光可以在被光谱仪接收之前与样品实现这种多次光学相互作用。在一些情况下，内表面可以被配置为相对于单次反射的光路长度将光路长度增加至少1倍，至少2倍，至少3倍，至少4倍，至少5倍，至少6倍，至少7倍，至少8倍，至少9倍，至少10倍，至少20倍，至少30倍，至少40倍，至少50倍，至少60倍，至少70倍，至少80倍，至少90倍，至少100倍或更多倍。内表面可以被配置为使光路长度增加至多100倍，至多90倍，至多80倍，至多70倍，至多60倍，至多50倍，至多40倍，至多30倍，至多20倍，至多10倍，至多9倍，至多8倍，至多7倍，至多6倍，至多5倍，至多4倍，至多3倍，至多2倍，至多1倍或更少。内表面可以被配置为将光路长度增加多倍，该倍数在任何两个前述值限定的范围内。
与在不存在附件的情况下由光谱仪获得的光谱的对比度相比，多次光学相互作用可以将由光谱获得的光谱的对比度增加至少2倍，至少3倍，至少4倍，至少5倍，至少6倍，至少7倍，至少8倍，至少9倍，至少10倍，至少20倍，至少30倍，至少40倍，至少50倍，至少60倍，至少70倍，至少80倍，至少90倍，至少100倍，至少200倍，至少具有300倍，至少400倍，至少500倍，至少600倍，至少700倍，至少800倍，至少900倍，至少1,000倍或更多倍。与在不存在附件的情况下由光谱仪获得的光谱的对比度相比，多次光学相互作用可以将由光谱获得的光谱的对比度增加至多1,000倍，至多900倍，至多800倍，至多700倍，至多600倍，至多500倍，至多400倍，至多300倍，至多200倍，至多100倍，至多90倍，至多80倍，至多70倍，至多60倍，至多50倍，至多40倍，至多30倍，至多20倍，至多10倍，至多9倍，至多8倍，至多7倍，至多6倍，至多5倍，至多4倍，至多3倍，至多2倍或更少倍。与在不存在附件的情况下由光谱仪获得的光谱的对比度相比，所述多次光学相互作用可以将由所述光谱获得的光谱的对比度增加在由任何两个前述值限定的范围内的倍数。
内表面可以是球形的。内表面可以是半球形的(例如，如图5或图6所示)。内表面可以是圆柱形或管状的(例如，如图7或图8所示)。内表面可以是多面的。内表面可以包括一个或多个角度。例如，内表面可以包括至少1个，至少2个，至少3个，至少4个，至少5个，至少6个，至少7个，至少8个，至少9个，至少10个，至少11个，至少12个，至少13个，至少14个，至少15个，至少16个，至少17个，至少18个，至少19个，至少20个，至少30个，至少40个，至少50个，至少60个，至少70个，至少80个，至少90个，至少100个或更多个角度。内表面可以包括至多100个，至多90个，至多80个，至多70个，至多60个，至多50个，至多40个，至多30个，至多20个，至多19个，至多18个，至多17个，至多16个，至多15个，至多14个，至多13个，至多12个，至多11个，至多10个，至多9个，至多8个，至多7个，至多6个，至多5个，至多4个，至多3个，至多2个或至多1个角度。内表面可以包括多个角度，该角度在由任何两个前述值限定的范围内。内表面可以具有任何数量的基本平坦的表面。内表面可以具有任何数量的基本弯曲的表面。替代地或另外地，内表面可以具有多个基本弯曲的表面和基本平坦的表面的任意组合。
内表面可以是透明的。内表面可以是半透明的。内表面可以是不透明的。内表面可以具有由光谱仪检测到的波长范围(和/或由光源发射的波长范围内)的至少0.01％，至少0.02％，至少0.03％，至少0.04％，至少0.05％，至少0.06％，至少0.07％，至少0.08％，至少0.09％，至少0.1％，至少0.2％，至少0.3％，至少0.4％，至少0.5％，至少0.6％，至少0.7％，至少0.8％，至少0.9％，至少1％，至少2％，至少3％，至少4％，至少5％，至少6％，至少7％，至少8％，至少9％，至少10％，至少20％，至少30％，至少40％，至少50％，至少60％，至少70％，至少80％，至少90％，至少91％，至少92％，至少93％，至少94％，至少95％，至少96％，至少97％，至少98％，至少99％，至少99.1％，至少99.2％，至少99.3％，至少99.4％，至少99.5％，至少99.6％，至少99.7％，至少99.8％，至少99.9％，至少99.91％，至少99.92％，至少99.93％，至少99.94％，至少o 99.95％，至少99.96％，至少99.97％，至少99.98％，至少99.99％或更高的反射率。内表面可以具有由光谱仪检测到的波长范围(和/或由光源发射的波长范围内)的至多99.99％，至多99.98％，至多99.97％，至多99.96％，至多99.95％，至多99.94％，至多99.93％，至多99.92％，至多99.91％，至多99.9％，至多99.8％，至多99.7％，至多99.6％，至多99.5％，至多99.4％，至多99.3％，至多99.1％，至多99.1％，至多99％，至多98％，至多97％，至多96％，至多95％，至多94％，至多93％，至多92％，至多91％，至多90％，至多80％，至多70％，至多60％，至多50％，至多40％，至多30％，至多20％，至多10％，至多9％，至多8％，至多7％，至多6％，至多5％，至多4％，至多3％，至多2％，至多1％，至多0.9％，至多0.8％，至多0.7％，至多至多0.6％，至多0.5％，至多0.4％，至多0.3％，至多0.2％，至多0.1％，至多0.09％，至多0.08％，至多0.07％，至多0.06％，至多0.05％，至多0.04％，至多0.03％，至多0.02％，至多0.01％或更少的反射率。内表面可以具有在由任何两个前述值限定的范围内的反射率。
内表面可以具有由光源发射的波长范围内的至少0.01％，至少0.02％，至少0.03％，至少0.04％，至少0.05％，至少0.06％，至少0.07％，至少0.08％，至少0.09％，至少0.1％，至少0.2％，至少0.3％，至少0.4％，至少0.5％，至少0.6％，至少0.7％，至少0.8％，至少0.9％，至少1％，至少2％，至少3％，至少4％，至少5％，至少6％，至少7％，至少8％，至少9％，至少10％，至少20％，至少30％，至少40％，至少50％，至少60％，至少70％，至少80％，至少90％，至少91％，至少92％，至少93％，至少94％，至少95％，至少96％，至少97％，至少98％，至少99％，至少99.1％，至少99.2％，至少99.3％，至少99.4％，至少99.5％，至少99.6％，至少99.7％，至少99.8％，至少99.9％，至少99.91％，至少99.92％，至少99.93％，至少99.94％，至少99.95％，至少99.96％，至少99.97％，至少99.98％，至少99.99％的透射率。内表面可以具有由光源发射的波长范围内的至多99.99％，至多99.98％，至多99.97％，至多99.96％，至多99.95％，至多99.94％，至多99.93％，至多99.92％，至多99.91％，至多99.9％，至多99.8％，至多99.7％，至多99.6％，至多99.5％，至多99.4％，至多99.3％，至多99.1％，至多99.1％，至多99％，至多98％，至多97％，至多96％，至多95％，至多94％，至多93％，至多92％，至多91％，至多90％，至多80％，至多70％，至多60％，至多50％，至多40％，至多30％，至多20％，至多10％，至多9％，至多8％，至多7％，至多6％，至多5％，至多4％，至多3％，至多2％，至多1％，至多0.9％，至多0.8％，至多0.7％，至多至多0.6％，至多0.5％，至多0.4％，至多0.3％，至多0.2％，至多0.1％，至多0.09％，至多0.08％，至多0.07％，至多0.06％，至多0.05％，至多0.04％，至多0.03％，至多0.02％，至多0.01％或更少的透射率。内表面可以具有在由任何两个前述值限定的范围内的透射率。
内表面可以包括抗反射材料。抗反射材料可以具有相对于附件的内表面本文描述的任何反射率或透射率。内表面底部和内表面顶部可以包括相同或不同的材料。例如，内表面底部和内表面顶部可以具有不同的反射率或透射率。在一些实施方式中，内表面底部的反射率或透射率可以是可调节的，如关于图16所描述的。
内表面可以包括漫反射材料。漫反射材料可以包括漫射白色反射器。漫反射材料可以是基本平坦的。例如，内表面底部可以包括漫反射材料。漫反射材料可以在与附件500一起使用的光源的直接视野范围之外。漫反射材料可以在与附件500一起使用的光谱仪的直接视野范围之外。
内表面可以包括一个或多个孔。内表面可以包括多个孔。例如，内表面可以包括至少1，至少2，至少3，至少4，至少5，至少6，至少7，至少8，至少9，至少10或更多个孔。内表面可以包括至多10个，至多9个，至多8个，至多7个，至多6个，至多5个，至多4个，至多3个，至多2个或至多1个孔。内表面可以包括多个孔，该数量在由任何两个前述值限定的范围内。一个或多个孔的尺寸可以设置成用于放置一个或多个光源。一个或多个孔的尺寸可以设置成用于放置光谱仪。一个或多个孔的尺寸可以设置成用于放置一个或多个温度传感器。一个或多个温度传感器可以被配置为远程感测样品，光源或光谱仪的温度。一个或多个温度传感器可以是基于辐射热计的温度传感器或任何其他温度传感器。
内表面可以限定空腔。空腔可以具有闭合平面。在一些实施方式中，内表面底部可以包括闭合平面。空腔可以放置在由样品填充的测量体积中。测量体积可以布置在闭合平面的下方。测量体积可以布置在闭合平面的上方。闭合平面可以包括闭合平面材料。闭合平面材料可以具有相对于附件的内表面本文描述的任何反射率或透射率。闭合平面材料可以包括材料或漫射白色材料。闭合平面材料可以是基本平面的。例如，闭合平面材料可以是平面的，偏差(例如均方根偏差)在至少0.1nm，至少0.2nm，至少0.3nm，至少0.4nm，至少0.5nm的内至少0.6nm，至少0.7nm，至少0.8nm，至少0.9nm，至少1nm，至少2nm，至少3nm，至少4nm，至少5nm，至少6nm至少7nm，至少8nm，至少9nm，至少10nm，至少20nm，至少30nm，至少40nm，至少50nm，至少60nm，至少70nm，至少80nm，至少90nm，至少100nm，至少200nm，至少300nm，至少400nm，至少500nm，至少600nm，至少700nm，至少800nm，至少900nm，至少1微米(μm)，至少2μm，至少3μm，至少4μm，至少5μm，至少6μm，至少7μm，至少8μm，至少9μm，至少10μm，至少20μm，至少30μm，至少40μm，至少50μm，至少60μm，至少70μm，至少80μm，至少90μm，至少100μm或更多内。闭合平面材料可以是平面的，偏差在至多至100μm，至多90μm，至多80μm，至多70μm，至多60μm，至多50μm，至多40μm，至多30μm，至多20μm，至多10μm，至多9μm，至多8μm，至多7μm，至多6μm，至多5μm，至多4μm，至多3μm，至多2μm，至多1μm，至多900nm，至多800nm，至多700nm，至多600nm，至多500nm，至多400nm，至多300nm，至多200nm，至多100nm，至多90nm，至多80nm，至多70nm，至多60nm，至多50nm，至多40nm，至多30nm，至多20nm，至多10nm，至多9nm，至多8nm，至多7nm，至多6nm，至多5nm，至多4nm，至多3nm，至多2nm，至多1nm，至多0.9nm，至多0.8nm，至多0.7nm，至多0.6nm，至多0.5nm，至多0.4nm，至多0.3nm，至多0.2nm，至多0.1nm，或更小内。闭合平面材料可以是平面的，其偏差在任何两个前述值限定的范围内。
如图16所示，闭合平面1600可以包括一个或多个棱镜1610和1620。一个或多个棱镜可以包括一种或多种闭合平面材料。在一些实施方式中，闭合平面包括棱镜，该棱镜配置成绕基本平行于闭合平面的轴线1630旋转。棱镜可以包括多个表面，这些表面在绕轴线旋转时可将光反射出闭合平面的一部分。多个表面中的一个表面可以基本平行于旋转轴线。多个表面中的一个表面可以具有在由光谱仪检测到的波长范围内(和/或在光源发射的波长范围内)的至少0.01％，至少0.02％，至少0.03％，至少0.04％，至少0.05％，至少0.06％，至少0.07％，至少0.08％，至少0.09％，至少0.1％，至少0.2％，至少0.3％，至少0.4％，至少0.5％，至少0.6％，至少0.7％，至少0.8％，至少0.9％％，至少1％，至少2％，至少3％，至少4％，至少5％，至少6％，至少7％，至少8％，至少9％，至少10％％，至少20％，至少30％，至少40％，至少50％，至少60％，至少70％，至少80％，至少90％，至少91％，至少92％％，至少93％，至少94％，至少95％，至少96％，至少97％，至少98％，至少99％，至少99.1％，至少99.2％，至少99.3％％，至少99.4％，至少99.5％，至少99.6％，至少99.7％，至少99.8％，至少99.9％，至少99.91％，至少99.92％，至少99.93％，至少99.94至少％，至少99.95％，至少99.96％，至少99.97％，至少99.98％，至少达到99.99％或更高的反射率。多个表面中的一个表面可以具有在由光谱仪检测到的波长范围内(和/或在光源发射的波长范围内)的至多99.99％，至多99.98％，至多99.97％，至多99.96％，至多99.95％，至多99.94％，至多99.93％，至多99.92的反射率。％，至多99.91％，至多99.9％，至多99.8％，至多99.7％，至多99.6％，至多99.5％，至多99.4％，至多99.3％，至多99.1％，至多99.1％，至多99％，至多98％，至多97％，至多96％，至多95％，至多94％，至多93％，至多92％，至多91％，至多90％，至多80％，至多70％，至多60％，至多50％，至多40％，至多30％，至多20％，至多10％，至多9％，至多8％，至多7％，至多6％，至多5％，至多4％，至多3％，至多2％，至多1％，至多0.9％，至多0.8％，至多0.7％，至多0.6％，至多0.5％，至多0.4％，至多0.3％，至多0.2％，至多0.1％，至多0.09％，至多0.08％，至多0.07％，至多0.06％，至多0.05％，至多0.04％，至多0.03％，至多0.02％，至多0.01％或更少的反射率。多个表面中的一个表面可以具有在由任何两个前述值限定的范围内的反射率。多个表面中的每个表面可以具有不同的反射特性。棱镜可以是三角棱镜，方棱镜，矩形棱镜，五边形棱镜，六边形棱镜，七边形棱镜，八边形棱镜，非对角棱镜，十边形棱镜或具有任意数量的侧面的棱镜。在优选实施方式中，闭合平面包括一个或多个方形棱镜。每个方形棱镜可以包括基本平行于旋转轴线的四个反射表面。四个表面中的每个表面可以具有不同的反射特性。旋转一个或多个棱镜可以改变闭合平面的一部分的反射率，从而改变闭合平面的平均反射率。在一些实施方式中，改变闭合平面的平均反射率可以改变空腔增益。例如，本文公开的光谱仪的空腔增益可以通过旋转一个或多个棱镜来控制，每个棱镜具有围绕一个或多个轴的具有不同反射特性的多个表面，使得面向闭合平面的表面改变，其中面向闭合平面的表面将光反射离开闭合平面。闭合平面1600可以包括可动态调节的表面。可动态调节的表面可以包括多个反射表面。可动态调节的表面可以包括具有可变反射率的反射表面。
闭合平面可以包括一个或多个孔。闭合平面可以包括多个孔。例如，闭合平面可以包括至少1，至少2，至少3，至少4，至少5，至少6，至少7，至少8，至少9，至少10或更多个孔。闭合平面可以包括至多10个，至多9个，至多8个，至多7个，至多6个，至多5个，至多4个，至多3个，至多2个或至多1个孔。闭合平面可以包括在由任何两个前述值限定的范围内的多个孔。一个或多个孔的尺寸可以设置成用于放置一个或多个光源。一个或多个孔的尺寸可以设置成用于放置光谱仪。
光源可以被配置为在具有半角的光锥内发射光。半角可以是至少1度，至少2度，至少3度，至少4度，至少5度，至少6度，至少7度，至少8度，至少9度，至少10度，至少15度，至少20度，至少25度，至少30度，至少35度，至少40度，至少45度，至少50度，至少55度，至少60度，至少65度，至少70度，至少75度，至少80度，至少81度，至少82度，至少83度，至少84度，至少85度，至少86度，至少87度，至少88度，至少89度或更高。光源半角可以是至多89度，至多88度，至多87度，至多86度，至多85度，至多84度，至多83度，至多82度，至多81度，至多80度，至多75度，至多70度，至多65度，至多60度，至多55度，至多50度，至多45度，至多40度至多35度，至多30度，至多25度，至多20度，至多15度，至多10度，至多9度，至多8度，至多7度，至多6度至多5度，至多4度，至多3度，至多2度，至多1度或更少。半角可以在由任何两个前述值限定的范围内。
一个或多个光源可以具有至少1纳米(nm)，至少2nm，至少3nm，至少4nm，至少5nm，至少6nm，至少7nm，至少8nm，至少9nm，至少10nm，至少20nm，至少30nm，至少40nm，至少50nm，至少60nm，至少70nm，至少80nmnm，至少90nm，至少100nm，至少200nm，至少300nm，至少400nm，至少500nm，至少600nm，至少700nm，至少800nm，至少900nm，至少1,000nm或更大的带宽。一个或多个光源可以具有至多1,000nm，至多900nm，至多800nm，至多700nm，至多600nm，至多500nm，至多400nm，至多300nm。，至多200nm，至多100nm，至多90nm，至多80nm，至多70nm，至多60nm，至多50nm，至多40nm，至多30nm，至多20nm，至多10nm，至多9nm，至多8nm，至多7nm，至多6nm，至多5nm，至多4nm，至多3nm，至多2nm，至多1nm或更少的带宽。一个或多个光源可以具有由任何两个前述值限定的范围内的带宽。
光谱仪可以被配置为检测具有半角的光锥内的光。半角可以是至少1度，至少2度，至少3度，至少4度，至少5度，至少6度，至少7度，至少8度，至少9度，至少10度，至少15度，至少20度，至少25度，至少30度，至少35度，至少40度，至少45度，至少50度，至少55度，至少60度，至少65度，至少70度，至少75度，至少80度，至少81度，至少82度，至少83度，至少84度，至少85度，至少86度，至少87度，至少88度，至少89度或更高。光源半角可以是至多89度，至多88度，至多87度，至多86度，至多85度，至多84度，至多83度，至多82度，至多81度，至多80度，至多75度，至多70度，至多65度，至多60度，至多55度，至多50度，至多45度，至多40度至多35度，至多30度，至多25度，至多20度，至多15度，至多10度，至多9度，至多8度，至多7度，至多6度至多5度，至多4度，至多3度，至多2度，至多1度或更少。半角可以在由任何两个前述值限定的范围内。
光谱仪可以具有至少1nm，至少2nm，至少3nm，至少4nm，至少5nm，至少6nm，至少7nm，至少8nm至少9nm，至少10nm，至少20nm，至少30nm，至少40nm，至少50nm，至少60nm，至少70nm，至少80nm，至少90nm，至少100nm，至少200nm，至少300nm，至少400nm，至少500nm，至少600nm，至少700nm，至少800nm，至少900nm，至少1,000nm，或者更多的带宽。光谱仪可以具有至多1,000nm，至多900nm，至多800nm，至多700nm，至多600nm，至多500nm，至多400nm，至多300nm，至多200nm，至多100nm，至多90nm，至多80nm，至多70nm，至多60nm，至多50nm，至多40nm，至多30nm，至多20nm，至多10nm，至多9nm，至多8nm，至多7nm，至多6nm，至多5nm，至多4nm，至多3nm，至多2nm，至多1nm或更小的带宽。所述光谱仪可以具有由任何两个前述值限定的范围内的带宽。
光谱仪可以具有第一区域(例如对由光谱仪接收的光敏感的检测区域)，并且样品可以具有第二区域。第二区域与第一区域的比率可以是至少1，至少2，至少3，至少4，至少5，至少6，至少7，至少8，至少9，至少10，至少20，至少30，至少40，至少50，至少60，至少70，至少80，至少90，至少100，至少200，至少300，至少400，至少500，至少600，至少700，至少800，至少900，至少1,000或更多。第二面积与第一面积的比率可以是至多1,000，至多900，至多800，至多700，至多600，至多500，至多400，至多300，至多200，至多100，至多90，至多80，至多70，至多60，至多50，至多40，至多30，至多20，至多10，至多9，至多8，至多7，至多6，至多5，至多4，至多3，至多2，至多1或更少。第二区域与第一区域的比率可以在由任何两个前述值限定的范围内。
内表面和外表面可以限定外壳的边界。外壳可以部分或完全封闭一个或多个光源。外壳可以部分或完全封闭光谱仪。因此，用于提高光谱的系统可以包括如本文所述的光谱仪，如本文所述的光源和外壳。外壳可以包括与样品光学连通的外表面，如本文所述。外壳可以进一步包括限定空腔，并且将光源和光谱仪部分或完全地封闭在空腔中的内表面，如本文所述。内表面可以与样品光学连通。外壳可以包括由空腔限定的闭合平面，如本文所述。可以相对于光谱仪和一个或多个光源中的每一个设置外壳，使得由光源发射的光在被光谱仪接收之前与样品实现多次光学相互作用。空腔可以放置在由样品填充的测量体积中。测量体积可以布置在封闭平面的下方。测量体积可以布置在封闭平面的上方。测量体积可以沿着封闭平面布置，使得封闭平面相对于测量体积以任何可能的角度定向。测量体积可以被外壳部分或完全封闭。该系统可以进一步包括外部光源。该系统可以进一步包括外部光学传感器，该外部光学传感器被配置为在光源的激活期间使外壳成像。在一些实施方式中，系统可以包括图像传感器，例如相机。图像传感器可以被配置为对样品成像。在一些实施例中，图像传感器可以被配置为对样品形状，形态，大小，颜色，纯度，均匀性，损伤程度或可以光学成像的任何其他参数成像。
外壳可以具有任何形状。例如，外壳可以具有球形，半球形，圆柱形或管状的形状。外壳可以具有与内表面或外表面相同的形状。
外壳可以具有任何反射率或透射率。例如，外壳可以具有相对于附件的内表面本文描述的任何反射率或透射率。
光源发射的任何可能的光都可能穿透样品并到达外壳。例如，光源发射的光的至少0.1％，至少0.2％，至少0.3％，至少0.4％，至少0.5％，至少0.6％，至少0.7％，至少0.8％，至少0.9％，至少1％，至少2％，至少3％，至少4％，至少5％，至少6％，至少7％，至少8％，至少9％，至少10％，至少20％，至少30％，至少40％，至少50％，至少60％，至少70％，至少80％，至少90％，至少91％，至少92％，至少93％，至少94％，至少95％，至少96％，至少97％，至少98％，至少99.1％，至少99.2％，至少99.3％，至少99.4％，至少99.5％，至少99.6％，至少99.7％，至少99.8％，至少99.9％或更多可能穿透样品并到达外壳。光源发射的光的至多99.9％，至多99.8％，至多99.7％，至多99.6％，至多99.5％，至多99.4％，至多99.3％，至多99.2％，至多99.1％，至多99％，至多98％，至多97％，至多96％，至多95％，至多94％，至多93％，至多92％，至多91％，至多90％，至多80％，至多70％，至多60％，至多50％，至多40％，至多30％，至多20％，至多10％，至多9％，至多8％，至多7％，至多6％，至多5％，至多4％，至多3％，至多2％，至多1％，至多0.9％，至多0.8％，至多0.7％，至多0.6％，至多0.5％，至多0.4％，至多0.3％，至多0.2％，至多0.1％或更少可能穿透样品并到达外壳。在任何两个前述值限定的范围内的光源发射的一部分光可能穿透样品并到达外壳。
外壳可以被配置为允许在没有样品的情况下对光谱仪和/或光源进行校准。在一些实施方式中，在不存在样品的情况下，光谱仪和/或光源的校准可以使用校准附件来执行，例如，如图11和图12所示的校准杯附件1110。校准杯附件可以与本文公开的任何光谱仪设备兼容。在一些实施方式中，校准杯附件被配置为装配在杯形样品保持器1100内部，如图11所示。校准杯附件1110可以包括圆柱体1111。圆柱体1111可以包括闭合端1112和开口端1113。圆柱体1111的直径可以大于半球形附件500的直径，使得校准杯附件1110可以放置在半球形附件500上。在一些实施方式中，校准杯附件1110可以围绕半球形附件500。在一些实施方式中，校准杯附件1110包括光学吸收材料1115。校准杯附件1110可以是由光学吸收性材料1115制成，或者校准杯附件可以由光学吸收性材料涂覆。光学吸收材料可以包括丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，吸收性涂料或阳极氧化金属。在一些实施方式中，光学吸收材料可以是黑色的。圆柱体1111可以包括光学反射材料1114。光学反射材料可以涂覆圆柱体1111的内表面的至少一部分。光学反射材料1114可以涂覆光学吸收材料1115的一部分。在一些实施方式中，反射材料可以涂覆圆柱体的内表面的一部分，例如在图12中用“w”表示的表面。在一些实施方式中，光学反射材料可以包括漫射材料。例如，光学反射材料可以包括聚四氟乙烯(PFTE)，涂料或含氟聚合物(例如，
Figure BDA0003103629980000381
)。在一些实施方式中，光学反射材料可以是白色的。在一些实施方式中，光学吸收材料1115至少部分地暴露。光学吸收材料可以暴露在圆柱体1111的内表面的一部分上，例如，如图12中的“b”所示。
外壳可以进一步包括温度传感器，该温度传感器被配置为测量样品的温度。温度传感器接收的温度测量值可以用于提供使用光谱仪测量的样品的增强化学计量模型。
外壳可以进一步包括重量传感器，该重量传感器被配置为测量样品的重量。重量传感器可以包括一个或多个力传感器。重量传感器可以包括一个或多个应变传感器。样品的重量可以用于确定其他样品性能。例如，样品的重量可以用于确定样品密度，样品质量，样品水含量，样品浓度，样品纯度，样品组成或样品体积。
外壳可以包括任何数量的端口(例如样品输入或样品输出端口)。例如，外壳可以包括至少1个，至少2个，至少3个，至少4个，至少5个，至少6个，至少7个，至少8个，至少9个，至少10个或更多个端口。外壳可以包括至多10个，至多9个，至多8个，至多7个，至多6个，至多5个，至多4个，至多3个，至多2个，至多1个或更少个端口。外壳可以包括在由任何两个前述值定义的范围内的数量的端口。
外壳可以包括任何数量的挡板。例如，外壳可包括至少1个，至少2个，至少3个，至少4个，至少5个，至少6个，至少7个，至少8个，至少9个，至少10个或更多个挡板。外壳可以包括至多10个，至多9个，至多8个，至多7个，至多6个，至多5个，至多4个，至多3个，至多2个，至多1个或更少个挡板。外壳可以包括多个挡板，所述挡板数量在由任何两个前述值限定的范围内。
最佳外壳可以起到增加与光源发射的光相互作用的样品数量的作用(例如，通过增加与光源发射的光相互作用的样品的表面积或体积)。外表面和外壳之间的间隙可以足够小，以使得由光源发射的光的一部分穿过样品体积并照亮远离内表面的样品。间隙可能足够大，以允许样品在外表面和外壳之间的采样体积中良好流动和填充。整个附件可以倾斜以提供样品在样品体积中的良好流动和填充。
光谱仪可以包括围绕全部或部分外壳的样品保持器。样品保持器可以被配置为将样品保持在样品体积中。样品保持器可以被配置为围绕光谱仪或光谱仪附件容纳，定位或分布样品，并且保持样品在样品体积中以与光谱仪光学连通。样品保持器可以被配置成保持固体样品。样品保持器可以被配置成保持粉末样品。样品保持器可以被配置成保持液体样品。样品保持器可以被配置成保持气态样品。样品保持器可以与第二样品保持器互换。在一些实施方式中，样品保持器可以是杯形样品保持器1100，如图15所示。样品保持器可以包括样品大小适配器1500，其被配置为减少样品保持器中的样品量，同时维持与光谱仪光学连通的样品量。样品大小适配器可以插入样品保持器中。样品大小适配器可以包括样品容器1520。样品体积1520可以被配置为完全或部分地围绕半球形附件500。样品体积可以是半球形的。样品容器的直径可以大于半球形附件的直径。样品容器可以进一步包括漏斗1510。漏斗可以包括宽端和窄端。宽端可以敞开以允许样品插入，而窄端可以连接到样品容器。漏斗可被配置为在将样品插入样品容器中时减少样品损失。
样品保持器可以被配置为保持或引导流动的样品。在一些实施方式中，样品保持器可以被配置为引导流动的样品通过光谱仪装置。流动的样品可以包括液体，气体，粉末和/或多个小颗粒。图17是示例性样品流动附件1700的示意图，该样品流动附件1700可以用作样品保持器，以将流动样品引导到光谱仪540或光谱仪附件500上，如本文其他地方所述。在一些实施方式中，样品流动附件1700可以被配置为将流动样品从样品输入口1710通过样品测量室1720引向样品输出口1730。样品测量室1720中的样品可以与光谱仪附件500，照明源530和/或光谱仪540光学连通。在一些实施方式中，样品流附件还包括挡板1740。挡板可以被配置成在挡板打开时允许样品流动并在挡板关闭时减慢或停止样品流动。在一些实施方式中，可以通过递增地打开或关闭挡板来调节样品的流速。可以在流动时，例如在挡板打开或部分打开时测量样品。可以在样品不流动时，例如在关闭挡板时测量样品。样品可以连续测量。样品可以间歇测量。在一些实施方式中，样品在测量时间段期间基本保持静止。例如，样品流可以由机械挡板控制，其中在挡板关闭时使样品成像。挡板可以间歇地打开和关闭，并且样品可以间歇地测量。
光谱仪附件的外表面，例如如关于图5所描述的示例外表面510，可以包括涂层。涂层可以是光学透明层。在一些实施方式中，涂层包括导电层或导电网。导电层可以包括铟锡氧化物(ITO)，掺杂铝的氧化锌(AZO)，掺杂铟的氧化镉，掺杂镓的氧化锌(GZO)，掺杂铟的氧化锌(IZO)，碳纳米管，导电聚合物(ICP)或金属纳米颗粒。在一些实施方式中，涂层可以减少静电荷在光谱仪或光谱仪附件上的积累。例如，光谱仪附件的外表面可以涂覆有光学透明的导电层，以防止由干燥样品的相对运动引起的静电荷的积累。防止静电荷积聚在光谱仪或光谱仪附件上可能会减少颗粒(例如灰尘或样品残留物)在外表面的附着。
图6是用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性倒半球附件500的示意图。如图6所示，附件500可以被倒置以插入样品中。倒置的附件对于执行液体样品的光谱学可能特别有用。倒置的附件可以包括样品保持器表面560。样品保持器表面可以与样品接触。样品保持器表面可以与样品550，光谱仪540和/或光源530a或530b光学连通。在一些实施方式中，半球形附件500的样品保持器表面560可以是反射性的。在测量液体样品时可以增加样品保持器表面的反射率，以增加光信号强度。例如，样品保持器表面可以包括光谱平坦和/或高反射率的材料。在一些实施方式中，高反射材料可以是聚四氟乙烯(PFTE)，涂料或含氟聚合物(例如，
Figure BDA0003103629980000411
)。反射样品保持器表面可以被保护层覆盖，以防止液体样品污染。保护层可以是光学透明层。例如，保护层可以是玻璃，石英，透明聚合物或任何其他光学透明材料。
图7是用于提高光谱仪的灵敏度或效率的示例性圆柱形或管状附件500的示意图。如图7所示，附件500可以包括圆柱形或管状形式。示出了示例光路580。
图8是示例性圆柱形或管状附件的示意图，该附件包括用于提高光谱仪的灵敏度或效率的开口。如图8所示，附件500可以包括大体上圆柱形或管状形式。与图7所示的实施方式相比，附件500可以部分地对环境开放或与样品部分接触。
图9是用于提高光谱仪的灵敏度或效率的方法900的流程图。光谱仪可以是本文描述的任何光谱仪。在第一操作910中，方法900可以包括在样品附近提供光源和光谱仪。光源可以是本文描述的任何光源。光谱仪可以是本文描述的任何光谱仪。样品可以是本文所述的任何样品。
在第二操作920中，方法900可以包括将光源和光谱仪部分地或完全地闭合在附件中。附件可以包括本文所述的任何附件，例如本文相对于图5、图6、图7和图8所述的附件500。附件可以包括与样品光学连通的外表面。附件可以包括内表面，该内表面被配置为部分地或完全地闭合光源和光谱仪，并且在被光谱仪接收之前，引导由光源发射的光多次与样品光学相互作用。内表面可以与样品光学连通。
在第三操作930中，方法900可以包括激活光源和光谱仪。
方法900可以进一步包括校准附件。校准附件可以包括：将光源和光谱仪设置在参考样品附近，将光源和光谱仪部分或完全闭合在附件中；以及激活光源和光谱仪以生成参考数据。
校准附件可以包括提供参考附件，部分地或完全地将光源和光谱仪闭合在参考附件中，并且激活光源和光谱仪以生成参考数据。参考附件可以包括参考样品。在一些实施方式中，校准附件可以包括将校准杯附件1110定位在光源和光谱仪540上方。例如，校准杯附件1110可以被定位成部分或完全闭合光源和光谱仪540，如图11所示。参考样品可以包括光学反射材料1114。在一些实施方式中，校准杯的平均反射率可以被配置为匹配样品的反射率。例如，校准杯的平均反射率可以被配置为通过将光学吸收材料1115的一部分暴露于光谱仪来匹配样品的反射率。在一些实施方式中，校准杯附件可以定位在半球形附件500上方，如图11所示，并且可以反射来自光源的光。在一些实施方式中，校准杯附件可以被配置为补偿光损失，该光损失在半球形附件的玻璃圆顶中。例如，校准杯附件可以被配置为使得在校准期间光通过半球形附件的玻璃圆顶的典型次数类似于在样品测量期间光通过玻璃圆顶的典型次数。
光学吸收材料1115可以被配置为在被光谱仪接收之前引导由光学反射材料1114反射，散射，衍射或散射的光。光学相互作用可以包括光与光学反射材料的任何可能的相互作用。例如，光学相互作用可以包括反射，吸收，弹性散射，非弹性散射，衍射或任何其他线性或非线性光学相互作用。内表面可以被配置为引导由一个或多个光源发射的光以实现在被光谱仪接收之前与样品的至少1次，至少2次，至少3次，至少4次，至少5次，至少6次，至少7次，至少8次，至少9次，至少10次，至少20次，至少30次，至少40次，至少50次，至少60次，至少70次，至少80次，至少90次，至少100次，至少200次，至少300次，至少400次，至少500次，至少600次，至少700次，至少800次，至少900次，至少1,000次或更多次的光学相互作用。内表面可以被配置为引导由一个或多个光源发射的光，以实现在被光谱仪接收之前与样品的至多1,000次，至多900次，至多800次，至多700次，至多600次，至多500次，至多400次，至多300次，至多200次，至多100次，至多90次，至多80次，至多70次，至多60次，至多50次，至多40次，至多30次，至多20次，至多10次，至多9次，至多8次，至多7次，至多6次，至多5次，至多4次，至多3次，至多2次或至多1次的光学相互作用。内表面可以被配置为引导由一个或多个光源发射的光，以实现在被光谱仪接收之前与样品的多次光学相互作用，该次数在由任何两个前述值限定的范围内。在一些情况下，由一个或多个光源发射的大多数光在被光谱仪接收之前可以与样品实现这种多次光学相互作用。在一些情况下，内表面可以被配置为相对于单次反射的光路将光路长度增加至少1倍，至少2倍，至少3倍，至少4倍，至少5倍，至少6倍，至少7倍。至少8倍，至少9倍，至少10倍，至少20倍，至少30倍，至少40倍，至少50倍，至少60倍，至少70倍，至少80倍，至少90倍，至少100倍或更多倍。内表面可以被配置为使光路长度增加至多100倍，至多90倍，至多80倍，至多70倍，至多60倍，至多50倍，至多40倍，至多30倍，至多20倍，至多10倍，至多9倍，至多8倍，至多7倍，至多6倍，至多5倍，至多4倍，至多3倍，至多2倍，至多1倍或更少。内表面可以被配置为将光路长度增加多倍，该次倍在任何两个前述值限定的范围内。
参考样品可以包括聚四氟乙烯(PTFE)样品。
校准附件可以在操作910，920和930中的任何一个或多个之前进行。校准附件可以在操作910，920和930中的任何一个或多个之后进行。
方法900可以进一步包括，在操作930之后，生成样品数据并使用参考数据处理样品数据以校准样品数据。
方法900可以进一步包括，在操作930之后，生成样品数据，测量样品温度以生成样品温度数据，以及使用样品温度数据处理样品数据以补偿与温度有关的光谱变化。
本公开的系统，设备，光谱仪和附件可以集成到更大的系统中。例如，系统可以包括本文描述的设备以及耦合或以其他方式集成到该设备的仪器。在一些实施方式中，本文公开的设备可以被集成到被配置为执行附加动作的工具中。例如，该工具可以被配置为对由本公开的设备测量或监视的样品进行对接或执行一个或多个动作。
该设备可以通过本文所述的一个或多个紧固机构耦合到仪器。紧固机构的示例可以包括但不限于互补螺纹，形状配合对，钩和环，闩锁，螺纹，螺钉，订书钉，夹子，夹子，插脚，环，曲头钉，橡皮筋，铆钉，扣眼，针，领带，按扣，钩环扣(例如，维可牢尼龙搭扣)，粘合剂(例如，胶水)，胶带，真空，密封件，磁铁，磁性密封件，它们的组合或任何其他类型的紧固机构。替代地，该设备可以是仪器的集成部分。例如，该设备可以整体地内置在仪器中，反之亦然。
在一些情况下，设备和仪器可以通过互补的紧固单元彼此固定。例如，设备和仪器可以完成形式配合对。该设备可以包括形状配合的凸形组件，并且该仪器可以包括形状配合的凹形组件，和/或反之亦然。在一些情况下，设备的突出型紧固单元的外径可以基本等于仪器的凹陷型紧固单元的内径，反之亦然，以形成压配合。替代地或另外地，该设备和仪器可以包括可以紧固在一起的其他类型的互补单元或结构(例如，钩环紧固件，闩锁，按扣，按钮，螺母和螺栓，磁体等)。替代地或附加地，可以使用其他紧固机构来紧固设备和仪器，例如但不限于订书钉，夹子，夹子，叉，环，曲头钉，橡皮筋，铆钉，索眼，销子，扎带，按扣，钩子和环形紧固件(例如，维可牢尼龙搭扣)，粘合剂(例如，胶水)，磁体或磁场，胶带，其组合或任何其他类型的紧固机构。
在一些情况下，设备和仪器可以通过中间结构彼此固定。中间结构可以是设备和仪器之间的链接器或连接器。在一些情况下，中间结构可以通过本文所述的任何一种或多种紧固机构紧固至设备和仪器中的一个或两者。中间结构可以是固体。中间结构可以是液体或气体。中间结构可以是凝胶。在一些情况下，中间结构可以作为一个相(例如，液体)被施加并且在经过时间之后转变成另一相(例如，固体)以实现紧固。例如，中间结构可以包括固化以实现紧固的流体粘合剂。在一些情况下，在施加刺激(例如，热变化，pH变化，压力变化，磁场，电场等)来实现紧固或解开(或两者)后，中间结构能够从第一相转换为第二相，例如从液体到固体或从固体到液体。在一些情况下，设备和/或仪器可以包括中间结构。例如，中间结构可以与设备和/或仪器集成在一起。在一些情况下，在施加刺激(例如，热变化，pH变化，压力变化，磁场，电场等)来实现紧固或解开(或两者)后，设备和/或仪器可以能够部分或全部地从第一相转换为第二相，例如从液体到固体或从固体到液体。
设备和仪器之间的紧固可以是暂时的，例如允许随后将设备和仪器松开而不会损坏设备(例如永久变形，变形等)或损害最小。在一些情况下，固定和松开可以很容易地重复任意次，而不会损坏设备和仪器或损坏最，从而允许独立移动并在未紧固在一起时更换设备和仪器中的一个或两个(例如，作为装配件)。
替代地，紧固可以是永久的，以使得仅通过损坏设备和仪器中的至少一个而允许随后松开设备和仪器。设备和仪器中的一个或两个，可以暂时或永久变形(例如，拉伸，压缩等)和/或变形(例如弯曲，起皱，折叠，折痕等)或在彼此紧固时或在紧固期间另外操纵。在一些情况下，当将设备和仪器紧固在一起时，可以将设备和仪器中的一个或两个切入或刺穿。
图10是根据本公开的实施方式的示例性数字处理设备的示意图。
数字处理装置
本公开提供了用于实现本公开的方法和设备的计算机系统。图10示出了计算机系统1001，其被编程或以其他方式配置为操作本文描述的任何方法或系统。计算机系统1001可以调节本公开的各个方面。计算机系统1001可以是用户的电子设备或相对于电子设备位于远程的计算机系统。该电子设备可以是移动电子设备。
计算机系统1001包括中央处理单元(CPU，在本文中也称为“处理器”和“计算机处理器”)1005，其可以是单核或多核处理器，或者是用于并行处理的多个处理器。计算机系统1001还包括存储器或存储器位置1010(例如，随机存取存储器，只读存储器，闪存)，电子存储单元1015(例如，硬盘)，用于与一个或多个其他系统通信的通信接口1020(例如，网络适配器)以及外围设备1025，例如高速缓存，其他存储器，数据存储和/或电子显示适配器。存储器1010，存储单元1015，接口1020和外围设备1025通过诸如主板的通信总线(实线)与CPU1005通信。存储单元1015可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。可以借助于通信接口1020将计算机系统1001可操作地耦合到计算机网络(“网络”)1030。网络1030可以是因特网，内部网和/或外部网，或者正在与因特通网信内联网和/或外联网。在一些情况下，网络1030是电信和/或数据网络。网络1030可以包括一个或多个计算机服务器，其可以启用分布式计算，例如云计算。在某些情况下，网络1030可以在计算机系统1001的帮助下实现对等网络，该对等网络可以使耦合到计算机系统1001的设备能够充当客户端或服务器。
CPU 1005可以执行一系列机器可读指令，其可体现在程序或软件中。指令可以存储在诸如存储器1010的存储器位置中。指令可以被定向到CPU 1005，CPU 1005可以随后对CPU 1005进行编程或以其他方式配置CPU 1005以实现本公开的方法。CPU 1005执行的操作的示例可以包括获取，解码，执行和写回。
CPU 1005可以是诸如集成电路的电路的一部分。系统1001的一个或多个其他组件可以被包括在电路中。在某些情况下，该电路是专用集成电路(ASIC)。
存储单元1015可以存储文件，例如驱动程序，库和保存的程序。存储单元1015可以存储用户数据，例如，用户偏好和用户程序。在某些情况下，计算机系统1001可以包括计算机系统1001外部的一个或多个其他数据存储单元，例如位于通过内部网或因特网与计算机系统1001通信的远程服务器上。
计算机系统1001可以通过网络1030与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统1001可以与用户的远程计算机系统通信。远程计算机系统的示例包括个人计算机(例如，便携式PC)，平板或平板计算机(例如，
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iPad，
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Galaxy Tab)，电话，智能电话(例如，
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iPhone，支持Android的设备，
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)或个人数字助理。用户可以通过网络1030访问计算机系统1001。
如本文所述的方法可以通过存储在计算机系统1001的电子存储位置上的机器(例如，计算机处理器)可执行代码的方式来实现，例如存储在存储器1010或电子存储单元1015上。机器可执行或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可以由处理器1005执行。在某些情况下，可以从存储单元1015检索代码并将其存储在存储器1010中，以供处理器1005随时访问。在某些情况下，电子存储单元1015可以被排除，并且将机器可执行指令存储在存储器1010中。
该代码可以被预编译并配置为与具有适于执行该代码的处理器的机器一起使用，或者可以在运行时间期间被编译。可以以可以选择的编程语言来提供代码，以使代码能够以预编译或编译时的方式执行。
本文提供的系统和方法(例如计算机系统1001)的各个方面可以体现在编程中。可以将技术的各个方面视为通常以机器可读介质的类型承载或体现的机器(或处理器)可执行代码和/或关联数据的形式的“产品”或“制品”。机器可执行代码可以存储在电子存储单元上，例如存储器(例如，只读存储器，随机存取存储器，闪存)或硬盘。“存储”类型的介质可以包括计算机，处理器等的任何或所有有形存储器，或其相关模块，例如可以随时进行软件编程提供非暂时性存储的各种半导体存储器，磁带驱动器，磁盘驱动器等。软件的全部或部分有时可以通过因特网或其他各种电信网络进行通信。例如，这样的通信可以使得能够将软件从一个计算机或处理器加载到另一计算机或处理器，例如从管理服务器或主机加载到应用服务器的计算机平台。因此，可以承载软件元件的另一类型的介质包括光波，电波和电磁波，其例如通过有线和光学座机网络以及通过各种空中链路在本地设备之间的物理接口上使用。诸如有线或无线链路，光链路等的携带这种波的物理元件也可以被视为承载软件的介质。如本文所使用，除非限于非暂时性的有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
因此，诸如计算机可执行代码的机器可读介质可以采取许多形式，包括但不限于有形存储介质，载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，例如任何计算机中的任何存储设备等，诸如可用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，例如这种计算机平台的主存储器。有形的传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括构成计算机系统内总线的电线。载波传输介质可以采用电或电磁信号或声波或光波的形式，例如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的那些。因此，计算机可读介质的常见形式包括：软盘，软盘，硬盘，磁带，任何其他磁介质，CD-ROM，DVD或DVD-ROM，任何其他光学介质，打孔卡纸磁带，带孔图案的任何其他物理存储介质，RAM，ROM，PROM和EPROM，FLASH-EPROM，任何其他存储芯片或盒带，传输数据或指令的载波，传输此类载体波的电缆或链接或计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些形式的计算机可读介质中的许多可能涉及将一个或多个指令的一个或多个序列传送给处理器以执行。
计算机系统1001可以包括电子显示器1035或与之通信，该电子显示器1035包括用户界面(UI)1040。UT的示例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。本公开的方法和系统可以通过一种或多种算法来实现。可以由中央处理单元1005在执行时通过软件来实现算法。该算法可以例如实现本文描述的任何系统或方法。
非暂时性计算机可读存储介质
在一些实施方式中，本文公开的平台，系统，介质和方法包括一种或多种非暂时性计算机可读存储介质，其用程序编码，该程序包括可由可选联网的数字处理设备的操作系统执行的指令。在其他实施方式中，计算机可读存储介质是数字处理设备的有形组件。还在其他实施方式中，计算机可读存储介质可选地可从数字处理设备移除。在一些实施方式中，作为非限制性示例，计算机可读存储介质包括CD-ROM，DVD，闪存设备，固态存储器，磁盘驱动器，磁带驱动器，光盘驱动器，云计算系统和服务等。在一些情况下，程序和指令被永久，基本上永久，半永久或非临时编码在介质上。
计算机程序
在一些实施方式中，本文公开的平台，系统，介质和方法包括至少一个计算机程序或其使用。计算机程序包括在数字处理设备的CPU中可执行的，被编写为执行指定任务的一系列指令。计算机可读指令可以被实现为执行特定任务或实现特定抽象数据类型的程序模块，例如功能，对象，应用程序编程接口(API)，数据结构等。根据本文提供的公开，本领域技术人员将认识到，可以用各种语言的各种版本来编写计算机程序。
计算机可读指令的功能可以在各种环境中根据需要进行组合或分布。在一些实施方式中，计算机程序包括一个指令序列。在一些实施方式中，计算机程序包括多个指令序列。在一些实施方式中，从一个位置提供计算机程序。在其他实施方式中，从多个位置提供计算机程序。在各种实施方式中，计算机程序包括一个或多个软件模块。在各种实施方式中，计算机程序部分或全部包括一个或多个网络应用，一个或多个移动应用，一个或多个独立应用，一个或多个网络浏览器插件，扩展，加载项或添加项，或其组合。
网络应用
在一些实施方式中，计算机程序包括网络应用。根据本文提供的公开内容，本领域技术人员将认识到，在各种实施方式中，网络应用利用一个或多个软件框架和一个或多个数据库系统。在一些实施方式中，基于诸如
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.NET或Ruby on Rails(RoR)的软件框架来创建网络应用。在一些实施方式中，网络应用利用一个或多个数据库系统，包括但不限于示例，关系，非关系，面向对象，关联和XML数据库系统。在其他实施方式中，作为非限制性示例，合适的关系数据库系统包括
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SQL Server，mySQLTM和
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本领域技术人员还将认识到，在各种实施方式中，网络应用是用一种或多种语言的一个或多个版本编写的。可以用一种或多种标记语言，表示定义语言，客户端脚本语言，服务器端编码语言，数据库查询语言或其组合来编写网络应用。在一些实施方式中，在某种程度上以诸如超文本标记语言(HTML)，可扩展超文本标记语言(XHTML)或可扩展标记语言(XML)的标记语言来编写网络应用。在一些实施方式中，在某种程度上以表示定义语言(例如级联样式表(CSS))来编写网络应用。在一些实施方式中，在某种程度上以诸如异步Java脚本和XML(AJAX)，
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Actionscript，Javascript或
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的客户端脚本语言来编写网络应用。在一些实施方式中，在某种程度上以诸如活动服务器页面(ASP)，
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Perl，JavaTM，JavaServer Pages(JSP)，超文本预处理器(PEP)，PythonTM，Ruby，Tcl，Smalltalk，
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或Groovy的服务器端编码语言来编写网络应用。
在一些实施方式中，在某种程度上以诸如结构化查询语言(SQL)的数据库查询语言来编写网络应用。在一些实施方式中，网络应用集成企业服务器产品，例如
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在一些实施方式中，网络应用包括媒体播放器元件。在各种其他实施方式中，媒体播放器元件利用许多合适的多媒体技术中的一个或多个，作为非限制性示例，包括
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HTML 5，
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JavaTM和
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移动应用
在一些实施方式中，计算机程序包括提供给移动数字处理设备的移动应用。在一些实施方式中，移动应用在制造时被提供给移动数字处理设备。在其他实施方式中，通过本文描述的计算机网络将移动应用程序提供给移动数字处理设备。
鉴于本文提供的公开，通过本领域技术人员已知的技术使用本领域已知的硬件，语言和开发环境来创建移动应用。本领域技术人员将认识到，移动应用是用几种语言编写的。作为非限制性示例，适当的编程语言包括C，C++，C#，Objective-C，JavaTM，Javascript，Pascal，Object Pascal，PythonTM，Ruby，VB.NET，WML和带有或不带有CSS的XHTML/HTML，或其组合。
合适的移动应用开发环境可从多个来源获得。作为非限制性示例，可商购的开发环境包括AirplaySDK，alcheMo，
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Celsius，Bedrock，Flash Lite，.NETCompact Framework，Rhomobile和WorkLight移动平台。作为非限制性示例，免费提供的其他开发环境包括但不限于Lazarus，MobiFlex，MoSync和Phonegap。此外，作为非限制性示例，移动设备制造商还分发软件开发人员工具包，包括iPhone和iPad(iOS)SDK，AndroidTMSDK，
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SDK，BREW SDK，
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OS SDK，Symbian SDK，webOS SDK和
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移动SDK。
本领域技术人员将认识到，作为非限制性示例，几个商业论坛可用于分发移动应用，包括
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App Store，
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Play，Chrome WebStore，
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App World，适用于Palm设备的App商店，适用于webOS的App目录，适用于移动设备的
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Marketplace，适用于
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设备的Ovi商店，
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Apps和
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DSi Shop。
独立应用
在一些实施方式中，计算机程序包括独立应用程序，该独立应用程序是作为独立计算机进程而不是现有进程的附加组件(例如，不是插件)运行的程序。本领域技术人员将认识到，经常编译独立的应用程序。编译器是计算机程序，其可以将以编程语言编写的源代码转换为二进制目标代码，例如汇编语言或机器代码。作为非限制性示例，合适的编译程序语言包括C，C++，Objective-C，COBOL，Delphi，Eiffel，JavaTM，Lisp，PythonTM，VisualBasic和VB.NET或其组合。通常至少部分地执行编译以创建可执行程序。在一些实施方式中，计算机程序包括一个或多个可执行的编译应用。
网络浏览器插件
在一些实施方式中，计算机程序包括网络浏览器插件(例如，扩展等)。在计算中，插件是一个或多个软件组件，其将特定功能添加到较大的软件应用中。软件应用的制造商支持插件，以使第三方开发人员能够创建扩展应用程序，轻松支持添加新功能并减小应用大小的能力。当支持时，插件启用自定义软件应用的功能。例如，插件通常用于网络浏览器中以播放视频，生成交互性，扫描病毒以及显示特定的文件类型。本领域技术人员将熟悉几种网络浏览器插件，包括
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Player，
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和
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在一些实施方式中，工具栏包括一个或多个网络浏览器扩展，加载件或加载项。在一些实施方式中，工具栏包括一个或多个资源管理器栏，工具栏或桌面栏。
鉴于本文提供的公开内容，本领域技术人员将认识到，几种插件框架可用，其使得能够以各种编程语言来开发插件，作为非限制性示例，包括C++，Delphi，JavaTM，PHP，PythonTM和VB.NET或其组合。
网络浏览器(也称为因特网浏览器)是软件应用，设计用于与网络连接的数字处理设备一起使用，用于检索，呈现和遍历万维网上的信息资源。作为非限制性示例，合适的网络浏览器包括
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Chrome，
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和KDE Konqueror。在一些实施方式中，网络浏览器是移动网络浏览器。移动网络浏览器(也称为微浏览器，微型浏览器和无线浏览器)设计用于移动数字处理设备，作为非限制性示例，包括手持式计算机，平板计算机，上网本计算机，子笔记本计算机，智能电话，音乐播放器，个人数字助理(PDA)和手持视频游戏系统。作为非限制性示例，合适的移动网络浏览器包括
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浏览器，
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Browser，
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Blazer，
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浏览器，用于移动的
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Internet
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Mobile，
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BasicWeb，
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Browser，Opera
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Mobile和
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PSPTM Browser。
软件模块
在一些实施方式中，本文公开的平台，系统，介质和方法包括软件，服务器和/或数据库模块或它们的使用。鉴于本文提供的公开，使用本领域已知的机器，软件和语言来创建软件模块，通过本领域技术人员已知的技术创建软件模块。本文公开的软件模块以多种方式实现。在各种实施方式中，软件模块包括文件，代码段，编程对象，编程结构或其组合。在进一步的各种实施方式中，软件模块包括多个文件，多个代码段，多个编程对象，多个编程结构或其组合。在各种实施方式中，作为非限制性示例，一个或多个软件模块包括网络应用，移动应用和独立应用。在一些实施方式中，软件模块位于一个计算机程序或应用中。在其他实施方式中，软件模块在一个以上的计算机程序或应用中。在一些实施方式中，软件模块被托管在一台机器上。在其他实施方式中，软件模块托管在多台机器上。在其他实施方式中，软件模块托管在云计算平台上。在一些实施方式中，软件模块被托管在一个位置中的一台或多台机器上。在其他实施方式中，软件模块被托管在一个以上的位置的一台或多台机器上。
数据库
在一些实施方式中，本文公开的平台，系统，媒体和方法包括一个或多个数据库，或它们的使用。鉴于本文提供的公开，本领域技术人员将认识到许多数据库适合于光谱信息的存储和检索。在各种实施方式中，作为非限制性示例，合适的数据库包括关系数据库，非关系数据库，面向对象的数据库，对象数据库，实体关系模型数据库，关联数据库和XML数据库。其他非限制性示例包括SQL，PostgreSQL，MySQL，Oracle，DB2和Sybase。在一些实施方式中，数据库是基于因特网的。在其他实施方式中，数据库是基于网络的。在其他实施方式中，数据库是基于云计算的。在其他实施方式中，数据库是基于一个或多个本地计算机存储设备的。
尽管在此已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但是对于本领域技术人员容易理解的是，这些实施方式仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化，改变和替代。应当理解，本文描述的本发明的实施方式的各种替代方案可以用于实施本发明。
示例
示例1：圆顶形附件
圆顶，例如半球形玻璃圆顶，产生具有闭合平面的空腔。空腔闭合平面可以是镜子或白色漫射材料。优选地，闭合平面材料的反射率尽可能地接近100％并且在系统的有用波长范围上平坦。在一些情况下，圆顶的形状不同于半球形，以便提供更均匀的样品照明。当来自样品和其他壁的反射的镜面反射分量大于随机漫反射时，这可能更为重要。
在闭合平面中的小区域开口中放置一个或多个宽带光源和广角光源。在闭合平面中的一个或多个开口处放置一个或多个光谱仪接收器。优选地，光谱仪具有相对于样品表面积S的广角入射角和较小的面积A。在一些情况下，可以使用窄带源，例如当样品光谱响应在一组明确定义的波长中很重要时。在一些情况下，例如在光由光纤引导的情况下，或者在将激光用作光源的情况下，窄角光源可比广角光源更优选。可选地，透镜或透明漫射器或工程漫射器也可用于将窄光束源转换为广角照明。
可选地，通过抗反射涂层在一侧或两侧上涂覆圆顶，以减少来自圆顶表面的不想要的反射。
空腔被放置在可以由采样物质填充的测量体积中，该采样物质优选地是扩散的。例如，可以将空腔放置在包括谷物的样品中。
现在假设样品的反射率是μ(λ)，其中μ是小于1的无单位值，λ是波长。还假设照明光谱密度功率为P(λ)，例如，P可以以毫瓦每纳米[mW/nm]为单位表示。
给定附件的形状，广角照明和高反射，高漫射的样品(μ(λ)不小于1)，可以假设功率通量频谱密度空腔中的E(λ)是均匀的，其中E可以以毫瓦每纳米每平方毫米(mW/nm/mm2)为单位表示。
在简化的假设下，闭合平面的反射率为1，并且光谱仪吸收了入射到光谱仪上的光源发射的所有光，当以光源发射的光的形式注入到空腔中的功率等于被样品和光谱仪吸收的功率时，将建立稳态条件。因此：
P(λ)＝E(λ)*(A+S*(1-μ(λ))
光谱仪输出M(λ)可以写为M(λ)＝A*E(λ)。所以：
Figure BDA0003103629980000551
由于S/A>>1，光谱的对比度显着提高。例如，假设样品μ(λ)的反射率标称值为90％，范围为±1％。因此，反射率测试中的对比度为(μMAX-μMIN)/(μMAX+μMIN)＝(91-89)/(91+89)＝1.11％。现在假设S/A＝100。通过将μMAX，μMIN和S/A插入M的等式并计算M中的对比度，可以计算出灵敏度提高的附件中的对比度，从而得到9.1％的提高的对比度，比单反射光谱大系数8.2。
可以看出，根据样品的反射率，可以在较大的光路中权衡光强度。这可以通过选择S与A之间的比率来实现。该比率越大，对比度越好，但是接收到的光强度越小。
示例2：使用旋转棱镜的动态空腔增益控制
棱镜(例如，方棱镜)可以用于动态地调节光谱仪空腔的增益。可以使用两个或更多个空腔几何形状来检测样品，从而提供多个对比度。动态调节增益的一种机制是控制闭合平面的平均反射率。图16示出了用于通过围绕基本平行于闭合平面的轴线旋转一个或多个方棱镜来控制闭合平面的反射率的附件。棱镜的每一侧都可以涂覆，覆盖或涂有具有不同反射特性的材料。每个表面可以具有不同的反射率。围绕棱镜的轴线旋转的棱镜可以更改闭合平面的平均反射率，从而调整空腔增益。可以在一种或多种棱镜配置下测量样品。可以在一个或多个对比度设置下测量样品。当光谱仪的校准不方便或光谱仪的校准很耗时时，以多种配置对样品进行测量可能会很有用。

Claims (100)

1.一种用于提高光谱仪的灵敏度或效率的附件，包括：
外表面；和
内表面，所述内表面被配置为部分或完全封闭光源的和所述光谱仪，其中所述外表面或所述内表面或这两者与样品光学连通，并且其中所述内表面被配置为引导由所述光源发射的光，使得所述光在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少两次光学相互作用。
2.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面是球形的。
3.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面是半球形的。
4.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面是圆柱形的。
5.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面是管状的。
6.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面包括一个或多个角度。
7.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面是透明的。
8.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面是半透明的。
9.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面在由所述光谱仪检测到的波长范围内具有大于90％的反射率。
10.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面包括抗反射材料。
11.根据权利要求10所述的附件，其中所述抗反射材料在由所述光源发射的光的波长范围内具有小于10％的反射率。
12.根据权利要求10所述的附件，其中所述外表面和所述内表面都包括抗反射材料。
13.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面或所述内表面包括漫反射材料。
14.根据权利要求13所述的附件，其中所述漫反射材料包括漫射白色反射器。
15.根据权利要求13所述的附件，其中所述漫反射材料是基本平坦的。
16.根据权利要求13所述的附件，其中所述漫反射材料在所述光源或所述光谱仪的直接视场之外。
17.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面与所述样品物理接触。
18.根据权利要求1所述的附件，其中所述外表面和所述内表面都与所述样品光学连通。
19.根据权利要求1所述的附件，其中所述光源被配置为在具有至少60度的半角的光锥内发射光。
20.根据权利要求1所述的附件，其中所述光源被配置为在具有至多60度的半角的光锥内发射光。
21.根据权利要求1所述的附件，其中所述光源具有至少10纳米(nm)的带宽。
22.根据权利要求1所述的附件，其中所述光谱仪被配置为检测具有至少60度的半角的光锥内的光。
23.根据权利要求1所述的附件，其中所述光谱仪被配置为检测具有至多60度的半角的光锥内的光。
24.根据权利要求1所述的附件，其中所述光谱仪具有至少10nm的带宽。
25.根据权利要求1所述的附件，其中与没有所述附件的光谱仪获得的光谱的对比度相比，所述至少两次光学相互作用将通过所述光谱仪获得的光谱的对比度增加至少2倍。
26.根据权利要求1所述的附件，其中所述内表面被配置为引导由所述光源发射的所述光，以在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少四次光学相互作用。
27.根据权利要求1所述的附件，其中所述内表面限定具有闭合平面的腔，其中所述闭合平面包括反射率大于90％的闭合平面材料。
28.根据权利要求27所述的附件，其中所述闭合平面材料具有大于99％的反射率。
29.根据权利要求27所述的附件，其中所述闭合平面材料选自镜子或漫射白色材料。
30.根据权利要求27所述的附件，其中所述闭合平面包括可动态调节的反射表面。
31.根据权利要求30所述的附件，其中所述可动态调节的反射表面包括多个反射表面，其中所述多个反射表面中的反射表面与所述闭合平面基本成平面。
32.根据权利要求31所述的附件，其中所述可动态调节的反射表面被配置为绕轴线旋转，使得所述多个反射表面中的任何一个能够与所述闭合平面基本成平面。
33.根据权利要求31所述的附件，其中所述多个反射表面包括第一反射表面和第二反射表面，并且其中所述第一反射表面的第一反射率不同于所述第二反射表面的第二反射率。
34.根据权利要求27所述的附件，其中所述闭合平面包括棱镜。
35.根据权利要求27所述的附件，其中所述闭合平面包括孔。
36.根据权利要求35所述的附件，其中所述孔的尺寸适于放置所述光谱仪。
37.根据权利要求35所述的附件，其中所述孔的尺寸适于放置所述光源。
38.根据权利要求35所述的附件，其中所述闭合平面包括多个孔。
39.根据权利要求1所述的附件，其中所述内表面包括孔。
40.根据权利要求39所述的附件，其中所述孔的尺寸适于放置所述光谱仪。
41.根据权利要求39所述的附件，其中所述孔的尺寸适于放置所述光源。
42.根据权利要求39所述的附件，其中所述内表面包括多个孔。
43.根据权利要求1所述的附件，其中所述附件被配置为封闭所述光谱仪，所述光谱仪具有第一面积并且与具有第二面积的所述样品光学连通，其中所述第二面积与所述第一面积的比率大于10。
44.一种用于提高反射光谱的系统，包括：
光谱仪；
光源；和
外壳，该外壳包括：
外表面；
内表面，所述内表面限定腔并部分或完全封闭所述腔中的光源和所述光谱仪，其中所述外表面或所述内表面或这两者与样品光学连通；和
由所述腔限定的闭合平面，
其中所述外壳相对于所述光谱仪和所述光源中的每一个设置，使得由所述光源发射的光在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少两次光学相互作用。
45.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面是球形的。
46.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面是半球形的。
47.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面是圆柱形的。
48.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面是管状的。
49.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面包括一个或多个角度。
50.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面是透明的。
51.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面是半透明的。
52.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面在由所述光谱仪检测到的波长范围内具有大于90％的反射率。
53.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面包括抗反射材料。
54.根据权利要求53所述的系统，其中所述抗反射材料在由所述光源发射的光的波长范围内具有小于10％的反射率。
55.根据权利要求53所述的系统，其中所述外表面和所述内表面都包括抗反射材料。
56.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面或所述内表面包括漫反射材料。
57.根据权利要求56所述的系统，其中所述漫反射材料包括漫射白色反射器。
58.根据权利要求56所述的系统，其中所述漫反射材料是基本平坦的。
59.根据权利要求56所述的系统，其中所述漫反射材料在所述光源或所述光谱仪的直接视场之外。
60.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面与所述样品物理接触。
61.根据权利要求44所述的系统，其中所述外表面和所述内表面都与所述样品光学连通。
62.根据权利要求44所述的系统，其中所述光源被配置为在具有至少60度的半角的光锥内发射光。
63.根据权利要求44所述的系统，其中所述光源被配置为在具有至多60度的半角的光锥内发射光。
64.根据权利要求44所述的系统，其中所述光源具有至少10纳米(nm)的带宽。
65.根据权利要求44所述的系统，其中所述光谱仪被配置为检测具有至少60度的半角的光锥内的光。
66.根据权利要求44所述的系统，其中所述光谱仪被配置为检测半角至多60度的光锥内的光。
67.根据权利要求44所述的系统，其中所述光谱仪具有至少10nm的带宽。
68.根据权利要求44所述的系统，其中与没有根据权利要求1-43中任一项所述的附件的光谱仪获得的光谱的对比度相比，所述至少两次光学相互作用将通过所述光谱仪获得的光谱的对比度增加至少2倍。
69.根据权利要求44所述的系统，其中相对于所述光谱仪和所述光源中的每一个设置所述外壳，使得由所述光源发射的光在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少四次光学相互作用。
70.根据权利要求44所述的系统，其中所述闭合平面包括反射率大于90％的闭合平面材料。
71.根据权利要求70所述的系统，其中所述闭合平面材料具有大于99％的反射率。
72.根据权利要求70所述的系统，其中所述闭合平面材料选自镜子或漫射的白色材料。
73.根据权利要求44所述的系统，其中所述闭合平面包括可动态调节的表面。
74.根据权利要求73所述的系统，其中所述可动态调节的表面包括多个反射表面，其中所述多个反射表面中的反射表面与所述闭合平面基本成平面。
75.根据权利要求73所述的系统，其中所述可动态调节的表面被配置为绕轴线旋转，使得所述多个反射表面中的任何一个能够与所述闭合平面基本成平面。
76.根据权利要求73所述的系统，其中所述多个反射表面包括第一反射表面和第二反射表面，并且其中所述第一反射表面的第一反射率不同于所述第二反射表面的第二反射率。
77.根据权利要求44所述的系统，其中所述闭合平面包括棱镜。
78.根据权利要求44所述的系统，其中所述闭合平面包括孔。
79.根据权利要求78所述的系统，其中所述光谱仪布置在所述孔处。
80.根据权利要求78所述的系统，其中所述光源布置在所述孔处。
81.根据权利要求78所述的系统，其中所述闭合平面包括多个孔。
82.根据权利要求44所述的系统，其中所述内表面包括孔。
83.根据权利要求82所述的系统，其中所述光谱仪布置在所述孔处。
84.根据权利要求82所述的系统，其中所述光源布置在所述孔处。
85.根据权利要求82所述的系统，其中所述内表面包括多个孔。
86.根据权利要求77所述的系统，其中所述样品是固体。
87.根据权利要求77所述的系统，其中所述样品是液体。
88.根据权利要求77所述的系统，其中将所述腔放置在由所述样品填充的测量体积中。
89.根据权利要求88所述的系统，其中所述样品的所述测量体积被布置在所述闭合平面的下方。
90.根据权利要求88所述的系统，其中所述样品的所述测量体积被布置在所述闭合平面的上方。
91.根据权利要求88所述的系统，其中所述样品的所述测量体积被所述外壳部分或完全封闭。
92.根据权利要求44所述的系统，其中还包括外部光源和外部光学传感器，所述外部光学传感器和外部光学传感器被配置为在所述光源的激活期间使所述外壳成像。
93.一种用于提高光谱仪灵敏度或效率的方法，包括：
(a)在样品附近提供光源和光谱仪；
(b)将所述光源和所述光谱仪部分或完全封闭在附件中，所述附件包括：(i)外表面；(ii)内表面，所述内表面被配置为部分或完全封闭所述光源的和所述光谱仪，其中所述外表面或所述内表面或两者与样品光学连通，并且其中所述内表面被配置为引导由所述光源发射的光，以使得所述光在被所述光谱仪接收之前与所述样品实现至少两次光学相互作用；以及
(c)激活所述光源和所述光谱仪。
94.根据权利要求93所述的方法，还包括：校准所述附件，所述校准包括：靠近参考样品提供所述光源和所述光谱仪，将所述光源和所述光谱仪部分或完全封闭在所述附件中，并激活所述光源和所述光谱仪以生成参考数据。
95.根据权利要求94所述的方法，还包括，在(c)之后，生成样品数据并用所述参考数据处理所述样品数据以校准所述样品数据。
96.根据权利要求94所述的方法，其中所述参考样品包括聚四氟乙烯(PTFE)样品。
97.根据权利要求93所述的方法，还包括：校准所述附件，所述校准包括：提供包括参考样品材料的参考附件，将所述光源和所述光谱仪部分或完全封闭在所述参考附件中，以及激活所述光源和所述光谱仪以生成参考数据。
98.根据权利要求97所述的方法，还包括，在(c)之后，生成样品数据并用所述参考数据处理所述样品数据以校准所述样品数据。
99.根据权利要求98所述的方法，其中所述参考样品材料包括聚四氟乙烯(PTFE)材料。
100.根据权利要求93所述的方法，还包括，在(c)之后，生成样品数据，测量样品温度以生成样品温度数据，以及用所述样品温度数据处理所述样品数据以补偿与温度有关的光谱变化。
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