CN210089856U - 一种光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的光谱仪，属于光谱仪的技术领域，包括：发光设备，具有至少两个光谱检测装置接口，所述光谱检测装置接口包括光纤光谱检测接口和罗兰圆光谱检测接口；罗兰圆光谱检测装置，与所述发光设备的罗兰圆光谱检测装置接口连接，具有外壳，在所述外壳的内部形成有罗兰圆形的光室，外壳上设有入射狭缝模块，在所述光室内沿光路依次设置有光栅模块、零级挡光板和CCD检测模块；所述光栅模块包括凹面光栅，所述凹面光栅仅具有一组；本实用新型首次将光纤光谱检测装置和罗兰圆光谱检测装置与发光设备连接，同时对光进行采集，在不需要更换光栅的情况下，同时获得了更大的测量的波长的范围，操作简单，便利。

Description

一种光谱仪

技术领域

本实用新型涉及光谱仪的技术领域，具体涉及一种光谱仪。

背景技术

光谱仪又称分光仪，是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。它由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上(或扫描某一波段)进行强度测定。

中国专利文献CN102519590A公开的光谱仪混合罗兰圆装置，包括罗兰圆底座、罗兰圆支架、出缝带、多个CCD模块和多个光电倍增管模块，所述罗兰圆支架固定安装在罗兰圆底座的上表面上，罗兰圆支架成圆弧形，其前侧面上开设有左右设置的长条形通孔，所述圆弧形出缝带固定安装在罗兰圆支架的前侧面上，所述罗兰圆支架的上表面和下表面上开设有多个定位孔，所述定位孔与长条形通孔连通，所述CCD模块包括托盘、CCD元件、反光镜和反光镜固定块，所述CCD元件固定安装在托盘上表面上，所述反光镜通过反光镜固定块固定安装在托盘上，且反光镜位于CCD元件的前上侧，所述托盘固定安装在定位孔内，且所述反光镜位于所述长条形通孔内，所述光电倍增管模块包括光电倍增管和固定板，所述光电倍增管通过固定板固定安装在罗兰圆底座上，且光电倍增管位于出缝带前侧，且光谱谱线能够通过长条形通孔和出缝带照射到光电倍增管上。上述光谱仪混合罗兰圆装置将CCD模块放置在出缝带圆弧内侧采集光谱信号，光电倍增管安装在出缝带圆弧前侧采集光谱信号，并在安装CCD模块的区域不安装光电倍增管，实现CCD模块和光电倍增管共同采集光谱信号，保证了仪器的分析精度，有效提高了单台光谱仪可分析元素的个数，从而提高了光谱仪可分析材质的种类。

随着技术的发展，我们对实现大范围波长的测定的需求越来越大。现有技术中，在一台光谱仪中，若实现大波长范围的测定，一般采用改变光栅刻线的方法，即在进行不同波长范围检测时，需更换使用不同级次的光栅，从而实现波长的扩展。然而，在进行更换光栅操作时，对光栅的更换及调试均较为麻烦，如此使用光谱仪大为不便。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的单台光谱仪在测量不同波长范围时，需要更换光栅，导致操作较为繁琐的缺陷，从而提供一种采用罗兰圆光路原理光谱仪。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的光谱仪，包括：

发光设备，具有至少两个光谱检测装置接口，所述光谱检测装置接口包括光纤光谱检测接口和罗兰圆光谱检测接口；

罗兰圆光谱检测装置，与所述发光设备的罗兰圆光谱检测装置接口连接，具有外壳，在所述外壳的内部形成有罗兰圆形的光室，外壳上设有入射狭缝模块，在所述光室内沿光路依次设置有光栅模块、零级挡光板和CCD检测模块；

所述光栅模块包括凹面光栅，所述凹面光栅仅具有一组。

作为优选方案，所述罗兰圆光谱检测装置的光室采用真空型。

作为优选方案，所述CCD检测模块包括多个CCD传感器，多个所述CCD传感器通过固定座在所述光室内以罗兰圆形状排布。

作为优选方案，所述CCD传感器具有七个。

作为优选方案，所述入射狭缝模块包括：

入射口，设置在所述罗兰圆光谱检测装置的外壳上；

柱面镜，连接在所述入射口上，并朝向外壳的外部延伸；

聚光镜，连接在所述柱面镜的外部端口上。

作为优选方案，还包括：

光纤光谱检测装置，通过光纤与所述发光设备的光纤光谱检测接口连接。

作为优选方案，所述光纤光谱检测装置包括：

盒体，侧壁上具有用于使光线进入的入射狭缝，内部具有用于容纳检测模块的空腔；

准直镜，在所述盒体内部，朝向所述入射狭缝方向倾斜设置；

光栅，在所述盒体内部，与所述准直镜相对；

CCD传感器，在所述盒体内部，用于接收所述光栅分散的光束。

作为优选方案，所述光纤光谱检测装置还包括：光陷阱，设置在所述盒体内；所述光陷阱包括：

第一光陷阱，设置在所述入射狭缝与所述准直镜之间；

第二光陷阱，设置在所述准直镜与所述光栅之间。

作为优选方案，所述光纤光谱检测装置还包括：

聚焦镜，在所述盒体内部，与所述光栅相对设置，通过反光将所述光栅分散的光束反射至所述CCD传感器内。

作为优选方案，所述光陷阱还包括：

第三光陷阱，设置在所述聚焦镜与所述CCD传感器之间。

本实用新型的技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的光谱仪，包括发光设备和罗兰圆光谱检测装置；其中，发光装置上有两个适于安装光纤光谱检测装置和罗兰圆光谱检测装置的接口，将两个设备同时与发光设备连接，同时对光进行采集，在不需要更换光栅的情况下，同时获得了更大的测量的波长的范围，操作简单，便利。

罗兰圆光谱检测装置在光室内沿光路设置有光栅模块、零级挡光板和CCD检测模块，其中零级挡光板用于阻挡零级光，在测量波长在130-500nm光时，无需通过设置两个光栅将零级光分散出去，因此其设计简化了光栅模块的内部结构，减少了光室的体积；

在需要测量锂，钠，钾等长波长元素时，选配合适的光纤光谱检测装置，将光纤光谱检测装置接入到发光设备的光纤光谱检测接口，用光纤光谱检测装置和罗兰圆光谱检测装置配合使用可实现130-800nm波长的测量。

将光纤光谱检测装置作为选配，使得购买和使用过程中更加多元化，根据需求选择，且首次实现了罗兰圆光谱检测装置和光纤光谱检测装置的结合。

2.本实用新型提供的光谱仪，罗兰圆检测装置的光室为真空型，可以通过抽真空，满足130-200nm光的测量需求。

3.本实用新型提供的光谱仪，CCD检测模块中包括7个CCD传感器，且通过固定座以罗兰圆形状固定在光室内；使得测量范围增大，分辨率提高。

4.本实用新型提供的光谱仪，所述入射狭缝模块包括：入射口、柱面镜和聚光镜；集光镜，将发光设备进入的光进行聚焦；柱面镜对通过聚光镜进来的光路进行放大，以便更好的进行测量。

5.本实用新型提供的光谱仪，我们通过光纤将光纤光谱检测装置与发光设备上的接口连接，扩大了该光谱仪的检测范围，使其能够测量锂，钠，钾等长波长元素，适应更多的需求。

6.本实用新型提供的光谱仪，所述光纤光谱检测装置包括：盒体，准直镜，光栅和CCD传感器；将光纤光谱仪结构简化且模块化，仅保留光谱仪最核心的元件，从而在保证能实现测量的精度的情况下实现光纤光谱仪的简单化。

7.本实用新型提供的光谱仪，所述光纤光谱检测装置包括光陷阱，所述光陷阱包括第一光陷阱和第二光陷阱，其中第一光陷阱设置在入射狭缝与准直镜之间，阻挡入射光中的杂散光进入到光路中，即阻挡了高角度入射光摄入准直镜，同时也能阻止准直镜的杂散光反射进入到入射狭缝区域；第二光陷阱设置在所述准直镜与所述光栅之间，阻挡反射大角度光线进入成像管路；第三光陷阱设置在所述聚焦镜与所述CCD传感器之间，阻挡聚焦镜反射水平方向大角度光线反射进入第二CCD传感器。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型的结构示意图。

图2为罗兰圆光谱检测装置的俯视内部结构示意图。

图3为光纤光谱检测装置的俯视内部结构示意图。

附图标记说明：

1、发光设备；2、罗兰圆光谱检测装置；3、凹面光栅；4、零级挡光板；5、CCD检测模块；6、入射口；7、柱面镜；8、聚光镜；9、光纤光谱检测装置；10、盒体；11、准直镜；12、光栅；13、第二CCD传感器；14、第一光陷阱；15、第二光陷阱；16、聚焦镜；17、第三光陷阱；18、入射狭缝。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供的光谱仪如图1所示，包括：发光设备1、罗兰圆光谱检测装置2和光纤光谱检测装置9，其中光纤光谱检测装置9为根据实际需要可进行的选配，通过罗兰圆光谱检测装置2可实现130-500nm波长的测量；通过光纤光谱检测装置9和罗兰圆光谱检测装置2的配合使用，可实现130-800nm波长的测量。所述发光设备1上设置有光纤光谱检测接口和罗兰圆光谱检测接口，其中，光纤光谱检测装置与光纤光谱检测接口连接，罗兰圆光谱检测装置与罗兰圆光谱检测接口连接。

如图2所示，罗兰圆光谱检测装置2的光学结构的焦距为498.8mm，所述罗兰圆光谱检测装置2的外壳内部形成有罗兰圆形的光室，所述光室采用真空型，可以通过抽真空，提高测量130-200nm光的精度。所述外壳上设有入射狭缝模块，所述光室内具有光栅模块、零级挡风板和CCD检测模块5。

其中，入射狭缝模块包括:设置在罗兰圆光谱检测装置的外壳上的入射口6、连接入射口6，并朝向外壳的外部延伸的柱面镜7和连接在柱面镜7的外部端口上的聚光镜8；光栅模块包括一组凹面光栅3，与零级挡光板4相配合，实现波长为130-500nm范围的测量。CCD检测模块是光电传感器，型号为TCD1304，像素为3648，包括多个第一CCD传感器，其中，本实施例具有七个，按照光路中的出光位置固定通过固定座在所述光室内以罗兰圆形状排布。

如图3所示，光纤光谱检测装置9，采用焦距为72.5mm的切尼-特纳Czerny-Turner光路结构，测定的波长范围为500-800nm，包括盒体10、准直镜11、光栅12、第二CCD传感器13和聚焦镜16，还包括第一光陷阱14、第二光陷阱15和第三光陷阱17；

其中，盒体10的侧壁上具有使光线进入的入射狭缝18，内部具有用于容纳检测模块的空腔，在盒体10的内部，具有朝向入射狭缝方向倾斜设置的准直镜11，与准直镜11相对设置的光栅12，与光栅12相对设置的聚焦镜16，聚焦镜16通过反光将光栅分散的光束反射至第二CCD传感器内；在入射狭缝和准直镜11之间设置有第一光陷阱14，在准直镜11和光栅12之间设置有第二光陷阱15，在聚焦镜16和第二CCD传感器13之间设置有第三光陷阱。

另外，作为一种可替换实施方式，当省略聚焦镜16，而将第二CCD传感器13设置在聚焦镜16处时，所述第三光陷阱17可省略。

使用方法及原理：

光纤光谱检测装置9与发光设备1的光纤光谱检测接口连接，罗兰圆光谱检测装置2与发光设备1的罗兰圆光谱检测接口连接，调整好个光学元件的角度与位置，由发光设备1发出需要带测定的待测光，罗兰圆光谱检测装置2和光纤光谱检测装置9同时对光进行采集；

当光进入到罗兰圆光谱检测装置2后，光通过入射口6进入，通过聚光镜8聚光后通过柱面镜7，之后投射到凹面光栅3上，经过凹面光栅3的衍射后进入到CCD检测模块，在由凹面光栅3进入到到CCD检测模块的光路过程中，零级挡光板4将光路中的零级光进行吸收，使得检测结果更加的准确，经过CCD检测模块得到分析图谱。

同时，光也进入到了光纤光谱检测装置9中，入射光从入射狭缝进入后，经准直镜11准直，准直光束通过光栅12进行衍射，再经由聚焦镜16聚焦成像投射到第二CCD传感器上，进行数据分析。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种光谱仪，其特征在于，包括：

发光设备(1)，具有至少两个光谱检测装置接口，所述光谱检测装置接口包括光纤光谱检测接口和罗兰圆光谱检测接口；

罗兰圆光谱检测装置(2)，与所述发光设备的罗兰圆光谱检测装置接口连接，具有外壳，在所述外壳的内部形成有罗兰圆形的光室，外壳上设有入射狭缝模块，在所述光室内沿光路依次设置有光栅模块、零级挡光板(4)和CCD检测模块(5)；

所述光栅模块包括凹面光栅(3)，所述凹面光栅(3)仅具有一组。

2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述罗兰圆光谱检测装置(2)的光室采用真空型。

3.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述CCD检测模块包括多个第一CCD传感器，多个所述第一CCD传感器通过固定座在所述光室内以罗兰圆形状排布。

4.根据权利要求3所述的光谱仪，其特征在于，所述CCD传感器具有七个。

5.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述入射狭缝模块包括：

入射口(6)，设置在所述罗兰圆光谱检测装置(2)的外壳上；

柱面镜(7)，连接在所述入射口(6)上，并朝向外壳的外部延伸；

聚光镜(8)，连接在所述柱面镜(7)的外部端口上。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的光谱仪，其特征在于，还包括：

光纤光谱检测装置(9)，通过光纤与所述发光设备(1)的光纤光谱检测接口连接。

7.根据权利要求6所述的光谱仪，其特征在于，所述光纤光谱检测装置(9)包括：

盒体(10)，侧壁上具有用于使光线进入的入射狭缝(18)，内部具有用于容纳检测模块的空腔；

准直镜(11)，在所述盒体内部，朝向所述入射狭缝(18)方向倾斜设置；

光栅(12)，在所述盒体内部，与所述准直镜(11)相对；

第二CCD传感器(13)，在所述盒体内部，用于接收所述光栅分散的光束。

8.根据权利要求7所述的光谱仪，其特征在于，所述光纤光谱检测装置(9)还包括：光陷阱，设置在所述盒体内；所述光陷阱包括：

第一光陷阱(14)，设置在所述入射狭缝与所述准直镜(11)之间；

第二光陷阱(15)，设置在所述准直镜(11)与所述光栅(12)之间。

9.根据权利要求8所述的光谱仪，其特征在于，所述光纤光谱检测装置还包括：

聚焦镜(16)，在所述盒体(10)内部，与所述光栅(12)相对设置，通过反光将所述光栅(12)分散的光束反射至所述第二CCD传感器(13)内。

10.根据权利要求9所述的光谱仪，其特征在于，所述光陷阱还包括：

第三光陷阱(17)，设置在所述聚焦镜(16)与所述第二CCD传感器(13)之间。

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