CN204854961U - 一种适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪 - Google Patents

一种适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪 Download PDF

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段芃
苗春安
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Abstract

本实用新型涉及一种适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪，其特征在于：包括主壳体和上盖，所述主壳体的上部扣装上盖，所述主壳体的截面为矩形结构，矩形结构的主壳体的下端面为开放式结构，在主壳体的下端面安装有底盖，上述的主壳体、上盖以及底盖围合成封闭的上腔室和下腔室；在上腔室内安装有用于光谱成像的光学系统，在下腔室内吊装有电子线路板，所述电子线路板上安装电子器件。采用上述技术方案，使得本实用新型具有以下优点：从结构上，本实用新型结构小巧、轻便，密封良好，方便携带，尤其适用于野外现场测试，克服了国内外市场上微型光谱分辨率不好，而且仪器制造成本可大大降低。

Description

一种适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪
技术领域
本实用新型属于光谱测量技术领域，特别是涉及一种适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪。
背景技术
目前，国内环境检测用光谱仪一般都是从美国海洋光学(OceanOptics)公司，美国德尔它(DeltaNu)公司及美国比达泰克(B&WTK)公司进口，或者以OEM方式国内组装使用，目前国内还没有相应的产品；上述进口的相关产品体积小，携带方便，其有效焦距在100mm以内，色散及光谱分辨率往往不能够满足拉曼光谱分析及环境监测的要求。
发明内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构紧凑、使用方便、密封性能好、方便携带、准确度高，维修更换方便，适用于野外现场测试的适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪，其特征在于：包括主壳体和上盖，所述主壳体的上部扣装上盖，所述主壳体的截面为矩形结构，矩形结构的主壳体的下端面为开放式结构，在主壳体的下端面安装有底盖，上述的主壳体、上盖以及底盖围合成封闭的上腔室和下腔室；在上腔室内安装有用于光谱成像的光学系统，在下腔室内吊装有电子线路板，所述电子线路板上安装电子器件。
本实用新型还需采用如下技术措施：
上述光学系统主要包括光纤、光纤通过接口导入狭缝、消杂光光阑、准直镜、衍射光栅、成像镜、孔径光阑以及CCD探测器；上述的准直镜、衍射光栅、成像镜以及CCD探测器采用交叉布局结构，从狭缝进来的入射光线与反射光线成28°夹角，所述准直镜和成像镜的主光轴交叉排列，且焦距采用非对称结构，其谱面倾斜角为2.8°，所述消杂光光阑安装在狭缝处，所述可调式准直镜安装在准直镜安装座上，所述可调式衍射光栅安装在衍射光栅安装座上，所述可调式成像镜安装在成像镜安装座上，所述可调式CCD探测器安装在CCD探测器安装座上，上述的准直镜、衍射光栅、成像镜以及CCD探测器均通过调校光轴安装在相对应的安装座上，每个安装座上设有调节长孔，长孔内配装有调节螺钉。
所述CCD探测器安装座上加装有散热装置。
所述主壳体的上表面和上盖的内表面涂装有消杂光涂层。
本实用新型具有的优点和积极效果是：由于本实用新型采用上述技术方案，使得本实用新型具有以下优点：从结构上，本实用新型结构小巧、轻便，密封良好，方便携带，尤其适用于野外现场测试。从光学性能上本实用新型在中心波长处光谱带宽可减小至0.4nm～0.5nm，优于国外同类光谱仪最小光谱带宽0.7～0.8nm。克服了国内外市场上微型光谱分辨率不好的缺陷，而且仪器制造成本可大大降低，例如关键分光元件离子蚀刻光栅，从国外进口，每块将近万元人民币，而国内同样性能的光栅，只有300元左右，因此从整机上制造成本远远低于进口产品。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型光学系统布局示意图；
图3是本实用新型光学原理图。
图中：1、主壳体；2、上盖；3、底盖；4、上腔室；5、下腔室；6、光学系统；6-1、光纤；6-2、狭缝；6-3、消杂光光阑；6-4、准直镜；6-40、准直镜安装座；6-5、衍射光栅；6-50、衍射光栅安装座；6-6、成像镜；6-60、成像镜安装座；6-7、孔径光阑；6-8、CCD探测器；；6-80、CCD探测器安装座；6-81、散热装置；7、电子线路板。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1至图3，一种适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪，包括主壳体1和上盖2，所述主壳体的上部扣装上盖，所述主壳体的截面为矩形结构，矩形结构的主壳体的下端面为开放式结构，在主壳体的下端面安装有底盖3，上述的主壳体1、上盖2以及底盖3围合成封闭的上腔室4和下腔室5；在上腔室内安装有用于光谱成像的光学系统6，在下腔室内吊装有电子线路板7，所述电子线路板上安装电子器件。
上述光学系统主要包括光纤6-1、光纤通过905接口导入狭缝6-2、消杂光光阑6-3、准直镜6-4、衍射光栅6-5、成像镜6-6、孔径光阑6-7以及CCD探测器6-8；上述的准直镜6-4、衍射光栅6-5、成像镜6-6以及CCD探测器6-8采用交叉布局结构，从狭缝进来的入射光线与反射光线成28°夹角，所述准直镜6-4和成像镜6-6的主光轴交叉排列，且焦距采用非对称结构，其谱面倾斜角为2.8°，以有利于像质优化，点列图RSM<0.0164mm在△λ＝900nm，光谱弥散宽度△λ＝0.4nm<0.5nm，所述消杂光光阑安装在狭缝处，所述可调式准直镜6-4安装在准直镜安装座6-40上，所述可调式衍射光栅6-5安装在衍射光栅安装座6-50上，所述可调式成像镜6-6安装在成像镜安装座6-60上，所述可调式CCD探测器6-8安装在CCD探测器安装座6-80上，上述的准直镜6-4、衍射光栅6-5、成像镜6-6以及CCD探测器6-8均通过调校光轴安装在相对应的安装座上，每个安装座上设有调节长孔，长孔内配装有调节螺钉。
上述结构中光线由光纤6-1通过SMA905接口导入狭缝6-2，经消杂光光阑照明准直镜，经准直镜反射的平行光照明衍射光栅，光线经光栅色散后撒向成像镜，经孔径光阑，最后聚焦成像在CCD探测器上，CCD探测器各像元位置指示色散后的波长。各像元产生的电信号指示各对应波长的光谱信号，经计算机控制并绘制出光谱图，为了提高仪器的S/N，CCD探测器采用内置热电制冷，因此在所述CCD探测器安装座上加装有散热装置6-81。
为了进一步消除杂散光的影响，在所述主壳体的上表面和上盖的内表面涂装有消杂光涂层。
本实用新型光学调校方法：
1、调校光轴，以狭缝6-2为基准，使He-Ne激光通过准直镜6-4中心，调节准直镜6-4俯仰及转角，使激光通过衍射光栅6-5中心，调节衍射光栅6-5的俯仰及转角；使光栅0级光通过成像镜6-6中心，调节成像镜6-6俯仰及转角，使632.8nm激光点通过CCD探测器分划板上相对应的刻度线上，分划板安装在CCD探测器上，其上事先刻有632.8、871.67、1092.14三根刻度线，调整完成后锁紧调节螺钉；
2、调校衍射光栅侧倾，将Hg-Ar灯经光纤照明狭缝，使光充满准直镜及衍射光栅，调校衍射光栅的侧倾，使衍射光栅刻度线垂直与水平面，调整后锁紧调节螺钉；
3、调校CCD探测器安装座，前后调整CCD探测器安装座及倾角，用显微镜观测871.67和1092.14两根线谱同时清晰成像在分划板上，调整后锁紧其上配装的调整螺母。
完成上述光学调试后，进行电子元件的调试，调试后，最后进行联调，其联调方法为：1、用Hg-Ar灯经光纤照明狭缝，计算机读取253.65、365.01、404.66、435.83、546.07、579.07、696.54、763.51、811.53、912.3nm各谱线波长，计算波长误差；
2、用W灯照明狭缝读取S/N；
3、测水的拉曼线；
4、测546.07、912.3nm的光谱带。
完成上述调试步骤后本实用新型就可以用于环境的光谱检测和拉曼光谱分析。采用上述技术方案，使得本实用新型具有以下优点：从结构上，本实用新型结构小巧、轻便，密封良好，方便携带，尤其适用于野外现场测试。从光学性能上本实用新型在中心波长处光谱带宽可减小至0.4nm～0.5nm，优于国外同类光谱仪最小光谱带宽0.7～0.8nm。克服了国内外市场上微型光谱分辨率不好的缺陷，而且仪器制造成本可大大降低，
以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪，其特征在于：包括主壳体和上盖，所述主壳体的上部扣装上盖，所述主壳体的截面为矩形结构，矩形结构的主壳体的下端面为开放式结构，在主壳体的下端面安装有底盖，上述的主壳体、上盖以及底盖围合成封闭的上腔室和下腔室；在上腔室内安装有用于光谱成像的光学系统，在下腔室内吊装有电子线路板，所述电子线路板上安装电子器件。
2.根据权利要求1所述的适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪，其特征在于：上述光学系统主要包括光纤、光纤通过接口导入狭缝、消杂光光阑、准直镜、衍射光栅、成像镜、孔径光阑以及CCD探测器；上述的准直镜、衍射光栅、成像镜以及CCD探测器采用交叉布局结构，从狭缝进来的入射光线与反射光线成28°夹角，所述准直镜和成像镜的主光轴交叉排列，且焦距采用非对称结构，其谱面倾斜角为2.8°，所述消杂光光阑安装在狭缝处，所述可调式准直镜安装在准直镜安装座上，所述可调式衍射光栅安装在衍射光栅安装座上，所述可调式成像镜安装在成像镜安装座上，所述可调式CCD探测器安装在CCD探测器安装座上，上述的准直镜、衍射光栅、成像镜以及CCD探测器均通过调校光轴安装在相对应的安装座上，每个安装座上设有调节长孔，长孔内配装有调节螺钉。
3.根据权利要求2所述的适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪，其特征在于：所述CCD探测器安装座上加装有散热装置。
4.根据权利要求1所述的适用于环境监测和拉曼光谱分析的便携式微型光谱仪，其特征在于：所述主壳体的上表面和上盖的内表面涂有消杂光涂层。
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