CN1193213C - 集成化微型光谱仪 - Google Patents
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Abstract
集成化微型光谱仪，它由分光成像、光谱信号获取与处理两大部分构成。其中，分光成像部分由入射光纤、凹面光栅、平面反射镜、基座、上管壳等元器件组成；光谱信号获取与处理部分由光电探测阵列、光谱信号读取电路、A/D转换电路和光谱信号处理电路及分析软件组成。该发明将入射光纤、凹面光栅、平面反射镜、光电探测阵列、基座、上管壳、管脚等元器件的一体化混合集成。可广泛用于科学实验、生化分析、环境监测等领域的实时在线检测与分析。
Description
技术领域
本发明属于分析仪器技术领域，特别是涉及一种集成化的微型光谱分析仪。
背景技术
现有技术中，微型光谱仪在国外已有相应的产品问世。在应用中还存在着一定的缺陷和不足。如德Steag Microparts公司的指上型光谱仪，它采用一个凹面光栅作为分光元件，但由于其光栅纵向截面小，光能利用率低，不便于弱光检测，而且加工难度较大。再如美国Ocean Optic公司的掌上型光纤光谱仪，它采用的光学元件较多，结构较为复杂，未从根本上改变传统光谱仪的结构。此外，在安装调试上还存在较大难度，而且重复性能较差。从公开的文献中，国内目前尚未见到有关微型光谱仪的报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有光谱分析仪器的不足而提供的一种性能稳定、灵敏度高、体积小、价格低、重量轻、使用方便、且能批量生产的集成化微型光谱仪。
本发明可以通过以下技术方案来加以实现：集成化微型光谱仪，它由分光成像部分、光谱信号获取与处理两大部分构成。其中：分光成像部分由凹面光栅(1)、入射光纤(2)、平面反射镜(3)、上管壳(4)、基座(6)构成。其中，凹面光栅(1)采用全息方法制作；平面反射镜(3)在上管壳(4)的内表面直接镀金属膜或在玻璃上镀金属膜的方法制作；光谱信号获取与处理部分由光电探测阵列(5)、管脚(7)、光谱信号读取电路、A/D转换电路和光谱信号处理电路及分析软件组成。凹面光栅(1)与光电探测阵列(5)采用二次集成。凹面光栅(1)、平面反射镜(3)分别对被测光谱实现分光成像和光路折叠。光电探测阵列(5)的光谱信号读取电路、光谱信号处理电路由厚膜集成电路工艺制备。
本发明的主要技术特征是，采用凹面光栅(1)在被测光分光成像的同时，可实现对光谱仪的像差的矫正、谱面的平直；平面反射镜(3)产生的折叠光路可减小光谱仪的体积，凹面光栅(1)、入射光纤(2)、平面反射镜(3)、上管壳(4)、光电探测阵列(5)、基座(6)、管脚(7)共同实现一体化混合集成。
附图说明
附图1为集成化微型光谱仪的结构图。在附图1中，1为凹面光栅，2为入射光纤，3为平面反射镜，4为上管壳，5为光电探测阵列，6为基座，7为管脚。
附图2为凹面光栅(1)与探测阵列(5)的十咨集成示意图。在附图2中，1为凹面光栅，5为光电探测阵列，6为基座。凹面光栅(1)的中心线与光电探测阵列(5)的中心线重合。
附图3为集成化微型光谱仪的系统框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明提供的集成化微型光谱仪，它的工作原理为：当被测光通过入射光纤(2)进入微型光谱仪后，经凹面光栅(1)分光成像，再由平面反射镜(3)将光谱像面投射到光电探测阵列(5)上，由光电探测阵列(5)将被测光谱信号转换为相应的光谱电信号，由电信号读取电路读出光谱电信号，经A/D转换后再由光谱信号处理电路和分析软件完成光谱信号的获取、处理与分析。
本发明从根本上解决了光谱仪的微型化和传感化等关键技术，具有体积小、重量轻、价格低、使用方便、易于批量生产等显著优点，拓展了光谱仪的应用领域，可广泛用于科学实验、生物化学分析、环境监测、医学研究、工业在线质量控制等众多领域。
Claims (3)
1、集成化微型光谱仪，它由分光成像部分、光谱信号获取与处理两大部分构成，其中：分光成像部分由凹面光栅(1)、入射光纤(2)、平面反射镜(3)、上管壳(4)、基座(6)构成；光谱信号获取与处理部分由光电探测阵列(5)、管脚(7)、光谱信号读取电路、A/D转换电路和光谱信号处理电路及分析软件组成；其特征在于，集成化微型光谱仪的凹面光栅(1)、入射光纤(2)、平面反射镜(3)、上管壳(4)、光电探测阵列(5)、基座(6)、管脚(7)一体混合集成。
2、根据权利要求1所述的集成化微型光谱仪，其特征在于，凹面光栅(1)与光电探测阵列(5)采用二次集成，凹面光栅(1)、平面反射镜(3)分别对被测光谱实现分光成像和光路折叠。
3、根据权利要求1所述的集成化微型光谱仪，其特征在于，光电探测阵列(5)的光谱信号读取电路、光谱信号处理电路由厚膜集成电路工艺制备。
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