CN2504615Y - 手持式光谱仪 - Google Patents

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刘木清
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Abstract

本实用新型是一种手持式光谱仪。现有的光谱仪采用光栅或棱镜分光,通过机械扫描获得不同波长的光谱,也有用电荷耦合器件的现代光谱测试技术。但是前者测试时间长,仪器易损,后者价格偏高。本实用新型采用入射狭缝、平场光栅、电荷耦合器件紧凑集于一体的微型分光器件,通过运算放大器、模数转换器、微处理器进行信号处理,测试结果由液晶显示器显示,也可存储于闪速存储器中,并可通过计算机接口输出。该光谱仪器结构紧凑、体积小、方便携带、价格合理,有较大的应用前景。

Description

手持式光谱仪
技术领域
本实用新型是小型手持式光谱仪，其结构轻巧，使用方便。
技术背景
传统的光谱仪器采用光栅或棱镜分光，通过机械扫描获得不同波长的光谱。由于测试时间长达10多分钟，且机械扫描零件磨损的存在，仪器寿命受影响。
电荷耦合器件(CCD)光谱测试技术是近年来发展的现代光谱测试技术，无机械扫描，光谱测试快，但相应的仪器价格较高。目前国内有部分大专院校在作这方面的开发工作，且有部分试生产产品。但一般均采用计算机(PC)做数据处理，尚未见可独立使用的手持式光谱仪器报道。国外市场有采用小型光栅分光器件的CCD手持式光谱仪器，但价格偏高且结构复杂。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种结构简单，使用方便，电池操作的手持式光谱仪器。
本实用新型的光谱仪是由光纤，微型分光器件，信号处理等部件依次组成。其结构特点是微型分光器件中的CCD连接运算放大器(AMP)，之后连接A/D转换器，转换器后连接微处理器2(MPU2)采集数字信号；然后闪速存储器，液晶显示器(LCD)，串行接口(RS232)，操作键均与MPU2连接或通过简单逻辑电路与MPU2连接。微处理器1(MPU1)与CCD相连或通过简单逻辑电路与CCD连接。
根据本实用新型上述结构，光纤将被测光耦合到全密封微型分光器件，经其中的狭缝，平场光栅分光成光谱面照射在CCD感光元上，每个CCD象元对应一特定波长的光谱。CCD内部的移位寄存器使象元的光电流依次输出。此光电流经信号放大，A/D转换等后被MPU2采集，经扣除暗电流及定标系数修正后获得光谱能量分布。LCD用于显示测得的光谱曲线。测试结果可保存于闪速存储器中，通过RS232输出到PC等设备。按键及电池供电采用常规方法实现。
本实用新型通过双MPU实现手持式光谱仪器。即，MPU1用于波形发生器，提供CCD所需工作波形。MPU2用于采集数字信号，计算光谱能量分布等数据。
本实用新型采用入射狭缝、平场光栅、电荷耦合器件密封于一体的微型分光器件，便于仪器的使用、携带和保养。
本实用新型可电池供电独立测试光谱，在仪器的LCD上显示光谱等数据。也可通过RS232连接计算机使用，由配套专用软件在计算机屏幕上显示光谱。
本实用新型获得以下良好效果：
1.无限制次数使用：仪器内无任何可移动的机械零件，仪器的寿命与使用次数无关，允许无限制次数使用；
2.瞬时光谱测试。按下测试键，1秒钟左右完成380nm～780nm的可见光谱测试并显示。这将显著地减少操作者的工作量；
3.可现场使用：CCD-H1实际上为一手持式仪表，仪器设计小巧(26CM*14CM*6.5CM)、紧凑，大小与普通万用表类似，约0.5公斤重，可用电池或220V交流电：
4.可脱离计算机使用：仪器可连接计算机使用(RS232串口连接)，由配套专用软件在计算机屏幕上显示光谱。也可脱离计算机使用，在仪器的LCD屏上显示光谱；
5.使用灵活：配备1米长光纤一根，将被测光引入测试仪器，这样可灵活地对准被测光；
6.无须专门保养：仪器所有光学零件全部完全密封，无须专门保养；
7.低廉的价格：仪器采用先进的CCD光谱测试技术，通过合理设计，价格甚至低于传统的机械扫描式光谱仪。
8.仪器便于生物，医学，化工(油漆，涂料，胶片等)教学等行业光谱测试的二次开发。
附图说明
图1是机械扫描式光谱仪结构图。其中1是被测光源，2是光纤，3是微型分光器件，4是光电信号处理电路，5是A/D转换器，6是MPU2，7是串行接口电路，8是仪器操作键盘，9是闪速存储器，10是液晶显示器，12是MPU1，11是电池供电系统。
具体实施方法：本实用新型所用电子元件如下：微型分光器件：CP-20或等效产品；MPU1：MCS-51系列或等效产品；MPU2：MCS-96系列或等效产品；RS232：MAX232系列产品或其它公司的等效产品；闪速存储器：ATMEL公司的28，29系列的闪速存储器或其它公司的等效产品。LCD：采用64*64以上点阵的各种规格的图形LCD。仪器组装过程：
将各部件按图1连接，按常规分光光度计算设计的数据处理软件存储于闪速存储器中，仪器即可运行。经使用测试，本实用新型可快速测试光谱，可现场脱离计算机或实验室联机使用，且仪器无需特殊保养，使用灵活，寿命长。仪器也可用于生物，医学，化工(油漆，涂料，胶片等)教学等行业光谱测试的二次开发。

Claims (2)

1.一种手持式光谱仪，是由微型分光器件(3)、信号处理等部件依次组成，其特征是微型分光器件中的电荷耦合器件(13)后连接运算放大器(4)，之后连接A/D转换器(5)，转换器后连接微处理器2(6)采集数字信号；闪速存储器(9)、液晶显示器(10)、串行接口(7)、操作键(8)均与微处理器2连接或通过简单逻辑电路与微处理器2连接，微处理器1(12)与微型分光器件中的电荷耦合器件相连或通过驱动电路与此电荷耦合器件相连。
2.根据权利要求1所述的手持式光谱仪，其特征是入射狭缝，平场光栅，电荷耦合器件密封于一体的微型分光器件。
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