CN211505199U - 紫外doas差分吸收光谱技术专用光纤光谱仪 - Google Patents
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Abstract
一种光纤光谱仪，包括光路系统和智能温控系统，其中，光路系统，包括光路预处理单元、反射镜和图像传感器，其中光路预处理单元用于使外部入射光线成为平行光，反射镜和聚焦透镜用于将所述平行光进一步汇聚到所述图像传感器上；智能温控系统，能够调设多个温度区间，用于所述光纤光谱仪根据外界温度的变化，对光纤光谱仪内部的温度智能地进行调节。采用温度控制系统可以提高光纤光谱仪的稳定性和重复性；采用紫外增强技术可以提高光纤光谱仪对紫外光的检测下限；更适用于使用紫外DOAS差分吸收光谱技术的特殊应用场景，如超低量程测量和开放光程测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及光谱检测技术领域，尤其涉及一种紫外DOAS差分吸收光谱技术专用光纤光谱仪。
背景技术
光谱仪是按波长或频率顺序记录光强分布的光学仪器，利用光谱仪可以将复色光分解成单色光，对不同单色光的光强及其变化进行分析，可以得到光谱信息，进而根据相关的理论可以反演出相关物理量的大小。基于光谱仪实现的紫外DOAS差分吸收光谱技术，能够测量SO2、NOx等气体的浓度，可广泛应用于环保在线监测、工业控制、安全监测等场合。这种光谱仪具有体积小巧、便于携带，技术精度较高等优势。
在实现本实用新型的过程中，申请人发现上述现有技术存在如下技术缺陷：
第一，常规的CCD探测器对紫外光响应很低，无法实现紫外光的测量，必须经过特殊的镀膜处理，但是镀膜工艺复杂、长期稳定性难以保证；
第二，对于某些特殊的应用场景，如超低量程测量和开放光程测量，进入光谱仪的紫外光的能量很低，常规的光谱仪无法测量；
第三，光谱仪对环境温度敏感性较强，温度的较大波动会导致光谱仪内的光学机械系统发生变形而导致聚焦不准、光线偏移等问题，影响测量精度。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种紫外DOAS差分吸收光谱技术专用光纤光谱仪，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种光纤光谱仪，包括光路系统和智能温控系统，其中，
光路系统，包括光路预处理单元、反射镜、聚焦透镜和图像传感器，其中光路预处理单元用于使外部入射光线成为平行光，反射镜和聚焦透镜用于将所述平行光进一步汇聚到所述图像传感器上；
智能温控系统，能够调设多个温度区间，用于所述光纤光谱仪根据外界温度的变化，对光纤光谱仪内部的温度智能地进行调节。
其中，所述光纤光谱仪的光路预处理单元包括光纤座、准直镜和光栅，用于将外部光线导入到光纤光谱仪内部，并进行准直及传输。
其中，所述反射镜、聚焦透镜和图像传感器通过消除成像面由于像散引起的光能量的损失来提高光谱仪的检测下限。
其中，所述光纤光谱仪不需进行对紫外光响应特殊的镀膜处理。
其中，所述智能温控系统采用智能算法保证读取光谱数据的准确性。
其中，所述反射镜为复曲面镜或普通反射镜。
其中，所述图像传感器为垂直长像素CMOS图像传感器。
其中，所述反射镜和图像传感器的套件的具体连接结构为如下组合中的一种：
平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光反射到垂直长像素CMOS图像传感器上；
平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到CCD或CMOS图像传感器上；
平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到垂直长像素CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光反射到CCD或CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光反射到垂直长像素CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到CCD或CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到垂直长像素CMOS图像传感器上。
其中，所述光纤光谱仪是进行超低量程测量和/或开放光程测量的光纤光谱仪。
其中，所述光纤光谱仪是测量SO2和/或NOx气体浓度的光纤光谱仪。
基于上述技术方案可知，本实用新型的紫外DOAS差分吸收光谱技术专用光纤光谱仪相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
(1)采用温度控制系统可以提高光纤光谱仪的稳定性和重复性；
(2)采用紫外增强技术可以提高光纤光谱仪对紫外光的检测下限；
(3)更适用于使用紫外DOAS差分吸收光谱技术的特殊应用场景，如超低量程测量和开放光程测量。
附图说明
图1是本实用新型实施例的光谱仪的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的光谱仪的光学原理图；
图3是本实用新型实施例的光谱仪的组合关系图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
具体的，本实用新型公开了一种光纤光谱仪，包括光路系统和智能温控系统，其中：
光路系统，包括光路预处理单元、反射镜和图像传感器，其中光路预处理单元用于使外部入射光线成为平行光，反射镜用于将所述平行光进一步反射或汇聚到所述图像传感器上；
智能温控系统，能够调设多个温度区间，用于所述光纤光谱仪根据外界温度的变化，对光纤光谱仪内部的温度智能地进行调节。
其中，光纤光谱仪的光路预处理单元包括光纤座、准直镜和光栅，用于将外部光线导入到光纤光谱仪内部，并进行准直及传输。
其中，所述反射镜和图像传感器的套件通过消除成像面由于像散引起的光能量的损失来提高光谱仪的检测下限。
其中，所述光纤光谱仪不需进行对紫外光响应特殊的镀膜处理。
其中，所述智能温控系统采用智能算法保证读取光谱数据的准确性。
其中，所述反射镜可以为平面反射镜、曲面反射镜、复曲面镜，其中优选为复曲面镜。
其中，所述图像传感器可以为普通CMOS图像传感器、普通CCD图像传感器、垂直长像素CMOS图像传感器，优选为垂直长像素CMOS图像传感器。
其中，所述反射镜和图像传感器的套件的具体连接结构为如下组合中的一种：
平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光反射到垂直长像素CMOS图像传感器上；
平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到CCD或CMOS图像传感器上；
平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到垂直长像素CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光反射到CCD或CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光反射到垂直长像素CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到CCD或CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到垂直长像素CMOS图像传感器上。
其中，所述光纤光谱仪是进行超低量程测量和/或开放光程测量的光纤光谱仪。
其中，所述光纤光谱仪是测量SO2和/或NOx气体浓度的光纤光谱仪。
在一个优选实施方式中，本实用新型公开了一种光纤光谱仪，如图1所示，为其结构示意图，包括光路系统和智能温控系统，其中：
光路系统，包括复曲面镜、聚焦透镜和垂直长像素CMOS图像传感器，用来提高所述光谱仪的检测下限；
智能温控系统，内部设置多个温度区间，用于光谱仪根据外界温度的变化，对光谱仪内部的温度智能地进行调节。
其中，所述光纤光谱仪还包括光纤座、准直镜和光栅，用于将外部光源入射到光谱仪内部，并进行准直及传输。
如图2所示，为光谱仪的光学原理图。结合图1可知具体为光通过光纤座入射到准直镜上，经过准直镜准直成平行光反射到光栅上，经过光栅的分光作用反射到复曲面镜上，经过复曲面镜反射到聚焦透镜上，最后经过聚焦透镜聚焦到垂直长像素CMOS图像传感器上，经过垂直长像素CMOS图像传感器的光电转换功能形成电信号，由相应的电路处理并转换成光谱图。
每个组件的位置是经过光学设计的固定的位置，是不可调整的，其中聚焦透镜和垂直长像素CMOS图像传感器是粘接到一起的形成一个单独的组件，其他组件都是独立的。
其中，所述复曲面镜、聚焦透镜和垂直长像素CMOS图像传感器通过消除成像面由于像散引起的光能量的损失来提高光谱仪的检测下限，所述垂直长像素CMOS图像传感器将所述光信号转换为光谱。
其中，所述智能温控系统采用智能算法保证读取光谱数据的准确性，且所述智能算法为本领域技术人员公知的算法，所述智能算法为建立光谱数据的校准模型，根据所述校准模型设置多个恒定温度值，使光谱仪在所述多个恒定温度值工作，以达到保证光谱数据准确性的目的。
其中，所述垂直长像素CMOS图像传感器能够替换为CCD图像传感器，所述复曲面镜、聚焦透镜和垂直长像素CMOS图像传感器能够采用其中一种或几种组合，所述反射镜和图像传感器的套件的具体连接结构为如下组合中的一种：如图3所示，其中(a)为平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光反射到垂直长像素CMOS图像传感器上；(b)为平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到CCD或CMOS图像传感器上；(c)为平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到垂直长像素CMOS图像传感器上；(d)为复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光反射到CCD或CMOS图像传感器上；(e)为复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光反射到垂直长像素CMOS图像传感器上；(f)为复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到CCD或CMOS图像传感器上；(g)为复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到垂直长像素CMOS图像传感器上。
值得一提的是，复曲面镜与普通反射镜具有替换关系，垂直长像素CMOS图像传感器与普通图像传感器具有替换关系，相应的使用前者具有增强效果；聚焦透镜没有替换器件，只有使用与不使用，使用之后具有增强效果。其位置关系如图，无论是否替换，位置关系不变。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光纤光谱仪，其特征在于，包括光路系统和智能温控系统，其中，
光路系统，包括光路预处理单元、反射镜和图像传感器的套件，其中光路预处理单元用于使外部入射光线成为平行光，反射镜和图像传感器的套件用于将所述平行光进一步反射或汇聚到所述图像传感器上；
智能温控系统，能够调设多个温度区间，用于所述光纤光谱仪根据外界温度的变化，对光纤光谱仪内部的温度智能地进行调节。
2.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于，所述光纤光谱仪的光路预处理单元包括光纤座、准直镜和光栅，用于将外部光线导入到光纤光谱仪内部，并进行准直及传输。
3.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于，所述反射镜和图像传感器的套件通过消除成像面由于像散引起的光能量的损失来提高光谱仪的检测下限。
4.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于，所述光纤光谱仪不需进行对紫外光响应特殊的镀膜处理。
5.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于，所述智能温控系统采用智能算法保证读取光谱数据的准确性。
6.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于，所述反射镜为复曲面镜。
7.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于，所述图像传感器为垂直长像素CMOS图像传感器。
8.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于，所述反射镜和图像传感器的套件的具体连接结构为如下组合中的一种：
平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光反射到垂直长像素CMOS图像传感器上；
平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到CCD或CMOS图像传感器上；
平面或曲面反射镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到垂直长像素CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光反射到CCD或CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光反射到垂直长像素CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到CCD或CMOS图像传感器上；
复曲面镜将光路预处理单元输出的平行光通过聚焦透镜汇聚到垂直长像素CMOS图像传感器上。
9.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于，所述光纤光谱仪是进行超低量程测量和/或开放光程测量的光纤光谱仪。
10.根据权利要求1所述的光纤光谱仪，其特征在于，所述光纤光谱仪是测量SO2和/或NOx气体浓度的光纤光谱仪。
Priority Applications (1)
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