CN201476879U - 一种同步扫描和采样的快速光谱分析系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种同步扫描和采样的快速光谱分析系统，包括光栅单色仪、光电探测器和内嵌微机。光栅单色仪中，推动光栅转动的电机驱动单元与内嵌微机电连接，光电探测器通过放大器和A/D转换器与内嵌微机电连接。内嵌微机发出的两路固定间隔和具有一定时序关系的连续脉冲控制信号同步传送到电机驱动单元和A/D转换器，使光栅连续转动，光电探测器按一定频率连续采样，实现波长扫描和信号采样同步进行。本实用新型的光谱分析系统能够大大缩短测量时间并且保持高测量精度，性能稳定，重复性高。
Description
所属技术领域
本实用新型涉及光辐射测量领域，具体为一种光谱分析系统。
背景技术
光谱辐射测量是光度学和色度学分析的重要内容。光谱分析系统是光谱辐射测量的核心。机械扫描式光谱分析系统通常主要由光栅单色仪，单通道的光电探测器组成，其基本原理为：被测光经光栅单色仪，一定波长的单色光从单色仪的出射狭缝中射出，照射到单通道光电探测器，探测器将光谱信号转化为电信号，通过旋转光栅来切换单色光的波长，从而得到被测光的在整个波段内的光谱功率分布。目前的光谱分析系统通常采用分时采样技术：光栅在电机的驱动下转动到某一波长的出射单色光所对应的位置后停止，然后光电探测器开始采样，该波长对应的光功率测量完毕后，电机再次驱动光栅转动到下一个测量波长所对应的位置，依此循环，直到按一定波长步长测量好整个波段内的光谱辐射功率。采用分时采样技术时，探测器和光栅分时交替工作，且光栅处于加速-匀速-减速-停止的循环过程中，转动速度较慢，这使得整个光谱测量过程耗时较长，可见光380nm-780nm波段的典型测量时间为几分钟，当扫描步长较小，待测波段较宽时，所需花费的时间则更长，较长的测量时间不但使测量效率下降，而且容易导致光电探测器产生疲劳，减小其寿命，对于一些发光不稳定的光源，测量精度可能下降。
发明内容
为了克服现有光谱分析系统的缺陷，本实用新型旨在提供一种能够大大缩短测量时间同时保持较高测量精度的一种同步扫描和采样的快速光谱分析系统。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种光谱分析系统，其特征在于：包括光栅单色仪、光电探测器和内嵌微机。光栅单色仪中，第一电机推动光栅转动，第一电机的第一电机驱动单元与内嵌微机电连接；光电探测器通过放大器和A/D转换器与内嵌微机电连接。内嵌微机发出连续的扫描脉冲到第一电机驱动单元，光栅在扫描脉冲的控制下发生相应的转动，同时，内嵌微机还发出连续的采样脉冲到控制A/D转换器，控制A/D转换器采样，扫描脉冲和采样脉冲同步传送到电机驱动单元和A/D转换器。
扫描脉冲和采样脉冲都是具有固定间隔的连续脉冲，二者具有固定的时序关系。连续扫描脉冲使光栅以一定速度连续转动，设波长扫描速度为v(nm/s)，固定间隔的连续采样脉冲使A/D采样按一定的频率w(s-1)进行，v和w满足关系：v＝w·Δλ，Δλ为波长采样间隔。
通过上述设置，光栅的转动和探测器的测量同步进行，即光谱扫描和信号采样同步，并且在测量中光栅处于连续运行状态，因此测量时间能大大缩短，在可见光范围380nm-780nm内的典型测量时间可以缩短为十几秒。
上述的第一电机与光栅之间设置有正弦校正机构，由于在光栅中，波长与光栅角度存在正弦关系，使用正弦校正机构可以使得电机的旋转与波长成比例关系。
上述的第一电机为步进电机。
在上述光栅单色仪内的入射狭缝与光栅的光路之间设置有滤色片色盘，推动滤色片色盘旋转的第二电机的第二电机驱动单元与内嵌微机电连接。使用滤色片色盘是为了减小杂散光，第二电机驱动单元与第一电机动驱动单元的驱动控制信号具有相关性。
上述的内嵌微机与上位机电连接。
本实用新型的有益效果是，在保持测量精度较高的条件下，大大提高测量速度，缩短测量时间。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1和图2所示的一种光谱分析系统，包括光栅单色仪1、光电探测器2和内嵌微机3。被测光进入光栅单色仪1，经过光栅11等光学元件后，某一波长的单色光照射到光电探测器2上。光栅11在第一电机12的推动下转动，扫描不同的波长，光栅11与第一电机12之间具有正弦校正机构，使波长变化与第一电机12的转动成正比。第一电机12为步进电机，第一电机12与第一电机驱动单元4连接，第一电机驱动单元4与内嵌微机3电连接。单色仪1内设置滤色片色盘14，滤色片色盘14由第二电机13驱动，第二电机13也为步进电机，在不同的波段即光栅在不同的角度，第二电机13推动滤色片色盘14将相应的滤色片转动到光路中，从而来减小单色仪1内的杂散光，第二电机13与第二电机驱动单元8相连。光电探测器2通过放大器5和A/D转换器6与内嵌微机3电连接。内嵌微机3发出的连续扫描脉冲和连续采样脉冲同步传送到第一电机驱动单元4和A/D转换器6，第一电机驱动单元4和A/D转换器6均在脉冲的上升沿工作，连续扫描脉冲信号使第一电机驱动单元4驱动光栅连续转动，同时连续采样脉冲信号使A/D转换器以一定的频率开始工作。设光谱采样间隔为5nm，则光栅转动驱动波长扫描的速度v(nm/s)和A/D采样频率w(s-1)满足关系：v＝5nm·w。在采样脉冲的上升沿处，采样脉冲的上升沿稍落后于扫描脉冲的前一个上升沿。
由此可以实现单色仪1的波长扫描与光电探测器2采样测量同步，测量所需时间大大降低，而测量精度却没有降低。第二电机驱动单元8的控制信号与第一电机驱动单元4的控制信号具有相关性。
Claims (5)
1.一种同步扫描和采样的快速光谱分析系统，其特征在于：包括光栅单色仪(1)、光电探测器(2)和内嵌微机(3)；光栅单色仪(1)中推动光栅(11)转动的第一电机(12)的第一电机驱动单元(4)与内嵌微机(3)电连接；光电探测器(2)通过放大器(5)和A/D转换器(6)与内嵌微机(3)电连接；由内嵌微机(3)发出的控制光栅(11)转动的连续的扫描脉冲和控制A/D转换器采样的连续的采样脉冲同步传送到电机驱动单元(4)和A/D转换器(6)。
2.根据权利要求1所述的同步扫描和采样的快速光谱分析系统，其特征在于：所述的第一电机(12)与光栅(11)之间设置有正弦校正机构。
3.根据权利要求1或2所述的同步扫描和采样的快速光谱分析系统，其特征在于所述的第一电机(12)为步进电机。
4.根据权利要求1或2所述的同步扫描和采样的快速光谱分析系统，其特征在于在光栅单色仪(1)内、光栅(11)之前的光路上设置有滤色片色盘(14)，推动滤色片色盘(14)旋转的第二电机(13)的第二电机驱动单元(8)与内嵌微机(3)电连接。
5.根据权利要求1或2所述的同步扫描和采样的快速光谱分析系统，其特征在于所述的内嵌微机(3)与上位机(9)电连接。
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