CN2391183Y - 振镜扫描光谱仪 - Google Patents

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本实用新型涉及一种振镜扫描光谱仪,能在一段光谱区域快速获得光谱信息分布和光谱信号的时间分辨信息分布。其特征是在传统的平面光栅单色仪的出射狭缝和暗箱物镜之间安装一光学扫描振镜,通过连续三角波驱动振镜扫描,实现宽波段光谱信息的快速采集和时间分辨测量。本实用新型装置可广泛应用于宽波段光谱测量和谱线轮廓测量,同时也适用于脉冲或连续辐射光源的光谱时间分辨动态诊断。

Description

振镜扫描光谱仪
本实用新型涉及一种振镜扫描光谱仪，它是一种能在一段光谱区域快速获得光谱信息分布和光谱信号的时间分辨信息分布的测量装置。
光学多道分析仪(Optical Multichannel Analyzer，以下简称OMA)因其具备同时记录多条谱线的信息、并可利用计算机进行信号处理、存储和显示的能力，自八十年代问世以来被广泛应用于光谱测量领域。
OMA一般采用一维光电二极管列阵或者二维电荷耦合器件(CCD)作为其探测器，尽管它在一般的光谱测量方面具有较强的优势，但其缺点也很明显：其一是结构复杂且造价较高；其二是受探测器场扫周期的限制，要完整地读出一幅采集图通常需要几十毫秒以上的时间，因此，在将OMA用于脉冲放电或者托卡马克等离子体等快速变化过程光谱信号的时间分辨动态测量时就遇到困难，目前的做法是通过调整延迟触发时间对上述过程进行逐次分段采集再连接成被测信号的时间动态图像，严格地说，这种方法必须依赖于光源的连续重复放电(shot-to-shot放电)为基础，而实际上由于微观过程非常复杂，这种连续的完全重复放电是难以实现的，因此这就决定了上述方法存在较大的测量误差。
本实用新型的目的就是为了解决以上问题，提供一种振镜扫描光谱仪，采集速度加快(时间分辨率提高)，便于进行光谱信号的时间分辨动态测量而误差减小。
本实用新型实现上述目的的方案是：一种振镜扫描光谱仪，包括分光系统、数据采集系统，所述分光系统包括入射狭缝、准光镜、平面光栅、暗箱物镜和出射狭缝，它们在光路上依次排列；所述数据采集系统包括探测器、I/O卡和微机，其中探测器的光学探头对准出射狭缝，其电信号输出端接I/O卡，I/O卡又与微机相连；其特征是：还包括扫描系统和驱动控制系统，所述扫描系统包括光学扫描振镜及其控制器，扫描振镜位于分光系统的暗箱物镜和出射狭缝之间；驱动控制系统包括I/O卡和微机，微机的控制信号输出端与I/O卡的控制信号输入端相连，I/O卡的控制信号输出端与控制器相连，控制器又与振镜相连。
采用以上方案的有益效果：通过利用光学扫描振镜对传统的平面光栅单色仪进行改造，辅之以控制与数据采集系统，同样可以实现一维探测器的OMA功能，并且既保留了光电倍增管高灵敏性和快速时间响应的特点，又回避了在OMA中线阵或面阵探测器与光谱聚焦面需严格重合的困难。与OMA比较，本系统造价低廉，同时具备光谱分辨和时间分辨能力，按目前振镜加载后振动频率200Hz计算，可将时间分辨率提高到5ms以内。这样，当将它用于进行光谱信号的时间分辨动态测量时误差就可以大大减小。
图1是本实用新型实施例振镜扫描光谱仪结构示意图。
图2是利用本实用新型实施例振镜扫描光谱仪实测的Hg发射光谱。
下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例一：如图1所示，该振镜扫描光谱仪包括分光系统、数据采集系统，所述分光系统包括入射狭缝3、准光镜4、平面光栅5、暗箱物镜6和出射狭缝8，它们在光路上依次排列；所述数据采集系统包括探测器9、I/O卡10和微机12，其中探测器9的光学探头对准出射狭缝8，其电信号输出端接I/O卡10，I/O卡10又与微机12相连；其特征是：还包括扫描系统和驱动控制系统，所述扫描系统包括光学扫描振镜7及其控制器11，扫描振镜7位于分光系统的暗箱物镜6和出射狭缝8之间；驱动控制系统包括I/O卡10和微机12，微机12的控制信号输出端与I/O卡10的控制信号输入端相连，I/O卡10的控制信号输出端与控制器11相连，控制器11又与振镜7相连。其中光学扫描振镜7的反射面平行于光栅5的母线，并位于暗箱物镜6的反射光束的光轴上。驱动光学扫描振镜7扫描的波形为连续三角波，该连续三角波由微机12生成、通过I/O卡加载于扫描振镜的控制器11上。
本实用新型的核心是将高精度光学扫描振镜(亦称光学扫描器，Optical Scanner)7置入平面光栅单色仪的出射狭缝前(替换传统的反射镜)，通过计算机和控制器11让振镜偏转角按一定程序变化，使不同波长的谱线依次通过出射狭缝8并被光电倍增管9接收，以达到谱分辨测量的目的。
本实用新型装置利用计算机实现驱动控制和数据采集，其功能如下：其一是生成并输出连续的三角波用于驱动扫描振镜；其二是同步采集光电倍增管的输出信号；其三是通过后续处理，将接收信号的“强度-时间”分布特征转换成“强度-波长”分布，并进一步获得“强度-波长-时间”三维分布图。
利用本实用新型制造一台样机，其主要参数如下：光栅5为1200条/mm，准光镜和暗箱物镜的焦长均为30cm，光谱仪出射狭缝处线色散倒数为2.7nm/mm，分辨率优于0.1nm，波长范围为200～800nm。
以Hg灯为被测光源，所测信号如图2所示。
实验表明，在-2.5V～+2.5V对称三角波驱动振镜扫描，光谱仪谱线扫描范围超过80nm，将Hg灯的546.07nm设置为中心波长，实际测得其576.96nm和579.07nm谱线的峰值波长测量误差小于0.1nm。调节光栅5的转角可重新设置扫描区域的中心波长，从而实现对不同光谱的测量。

Claims (3)

1.一种振镜扫描光谱仪，包括分光系统、数据采集系统，所述分光系统包括入射狭缝(3)、准光镜(4)、平面光栅(5)、暗箱物镜(6)和出射狭缝(8)它们在光路上依次排列；所述数据采集系统包括探测器(9)、I/O卡(10)和微机(12)、其中探测器(9)的光学探头对准出射狭缝(8)，其电信号输出端接I/O卡(10)，I/O卡(10)又与微机(12)相连；其特征是：还包括扫描系统和驱动控制系统，所述扫描系统包括光学扫描振镜(7)及其控制器(11)；扫描振镜(7)位于分光系统的暗箱物镜(6)和出射狭缝(8)之间；驱动控制系统包括I/O卡(10)和微机(12)，微机(12)的控制信号输出端与I/O卡(10)的控制信号输入端相连，I/O卡(10)的控制信号输出端与控制器(11)相连，控制器(11)又与振镜(7)相连。
2.如权利要求1所述的振镜扫描光谱仪，其特征是：光学扫描振镜(7)的反射面平行于光栅(5)的母线，并位于暗箱物镜(6)的反射光束的光轴上。
3.如权利要求1或2所述的振镜扫描光谱仪，其特征是：其特征是驱动光学扫描振镜(7)扫描的波形为连续三角波，该连续三角波由微机(12)生成、通过I/O卡加载于扫描振镜的控制器(11)上。
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