專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微型光纖光譜儀的制作方法
一種微型光纖光譜儀技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于檢測(cè)儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微型光纖光譜儀，使用了 Y型反射式光纖傳輸激發(fā)和樣品輸出光，特別適用于珠寶檢測(cè)。
背景技術(shù)：
光譜學(xué)是測(cè)量可見(jiàn)、紫外、近紅外和紅外波段光等波段光強(qiáng)強(qiáng)度分布的一種技術(shù)， 被廣泛應(yīng)用于多種材料結(jié)構(gòu)與成分分析領(lǐng)域，如材料、化學(xué)化工、物理、電子、環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)藥、生物生化等領(lǐng)域都使用光譜作為物質(zhì)檢驗(yàn)檢測(cè)手段。傳統(tǒng)光譜測(cè)量?jī)x由眾多電學(xué)、光學(xué)與機(jī)械等分立器件構(gòu)成，需要極其復(fù)雜的光路系統(tǒng)與精密機(jī)械結(jié)構(gòu)，這樣就增加了儀器維護(hù)困難，降低了儀器的使用可靠性，對(duì)儀器工作、存放環(huán)境也有嚴(yán)格的要求，且體積較大，限制了應(yīng)用范圍。尤其是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)光譜測(cè)量的應(yīng)用需求，傳統(tǒng)光譜儀難以解決，開(kāi)發(fā)微型化光譜儀已經(jīng)成為當(dāng)前光譜測(cè)量技術(shù)的一大研究熱點(diǎn)。
隨著科技的進(jìn)步，光纖技術(shù)和光纖加工技術(shù)已取得了迅猛的發(fā)展和完善。許多基于光纖技術(shù)的新型器件亦已嶄露頭角，其與傳統(tǒng)器件相比具有許多優(yōu)勢(shì)，如體積小、損耗低、抗干擾性強(qiáng)、成本低等。采用光纖作為光譜儀的導(dǎo)光媒介已成為光譜儀開(kāi)發(fā)的主流技術(shù)之一 O
目前市場(chǎng)對(duì)珠寶分析儀的要求越來(lái)越高，要求光譜儀具有實(shí)時(shí)性和較高的準(zhǔn)確性，縮短傳統(tǒng)珠寶檢測(cè)的時(shí)間，降低珠寶檢測(cè)的誤差是設(shè)計(jì)者首要考慮因素，因此設(shè)計(jì)一種微型珠寶分析儀不僅可以降低珠寶檢測(cè)的門(mén)檻，而且能夠讓普通人快速掌握辨別珠寶真假和種類(lèi)的能力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種性能穩(wěn)定的微型光纖光譜儀，可用于珠寶現(xiàn)場(chǎng)鑒定，提高對(duì)珠寶分析的速度，無(wú)測(cè)量?jī)x器使用環(huán)境限制。
本發(fā)明提供的微型光纖光譜儀，包括光源、Y型反射式光纖、入射狹縫、準(zhǔn)直透鏡、 平面衍射光柵、凹面反射鏡、線(xiàn)陣CCD、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)；所述光譜儀使用Y型反射式光纖，其三個(gè)探頭如下設(shè)置第一探頭與光纖的光源入射端連接，第二探頭與照射樣品的端口連接，第三探頭與光纖的輸出光端口連接。光源發(fā)出的輸出信號(hào)首先經(jīng)Y型反射式光纖上的第一探頭進(jìn)入Y型反射式光纖，經(jīng)第二探頭照射到樣品上，遇到樣品后，反射回來(lái)的輸出信號(hào)再次進(jìn)入Y型反射式光纖，并由Y型反射式光纖上的第三探頭出射，途中經(jīng)過(guò)入射狹縫和準(zhǔn)直透鏡的準(zhǔn)直后，再依次通過(guò)平面衍射光柵、凹面反射鏡，最終照射到線(xiàn)陣CXD上，線(xiàn)陣CCD的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡連接上位機(jī)，線(xiàn)陣CCD接收到的輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡最后傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
所述Y型反射式光纖的用于照射樣品的一端的光纖包括內(nèi)層的光源傳輸光纖和外層的信號(hào)接收光纖，光源傳輸光纖和信號(hào)接收光纖之間由內(nèi)套層隔開(kāi)，信號(hào)接收光纖外周包覆外套層；光源傳輸光纖用于光源的入射光傳輸，信號(hào)接收光纖用于樣品反射回的輸出光傳輸。所述的微型光纖光譜儀將實(shí)時(shí)采集的樣品信號(hào)與背景信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，消除了背景的不同光譜分布和外界本底對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。本發(fā)明的有益效果1、光譜儀中的準(zhǔn)直透鏡能夠?qū)⑷肷洫M縫出射的衍射光平行輸出，降低了光學(xué)系統(tǒng)的雜散光，提升了光譜儀的檢測(cè)效率及準(zhǔn)確率。2、與現(xiàn)有光譜儀相比，以Y型反射式光纖替代普通單通道光纖作為導(dǎo)光媒介，在傳輸光源信號(hào)的同時(shí)也能夠傳輸樣品反射的信號(hào)，這樣便可以即時(shí)顯示樣品相對(duì)吸收量，提高對(duì)珠寶分析的能力。


圖I是微型光纖光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是Y型反射式光纖的橫截面示意圖。圖3是Y型反射式光纖結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是光譜實(shí)時(shí)測(cè)量與顯示軟件操作流程圖。圖中，光源I、Y型反射式光纖2、入射狹縫3、準(zhǔn)直透鏡4、平面衍射光柵5、凹面反射鏡6、線(xiàn)陣CXD 7、數(shù)據(jù)采集卡8、上位機(jī)9、樣品10、第一探頭11、第二探頭12、第三探頭13、信號(hào)接收光纖14、光源傳輸光纖15、外套層16、內(nèi)套層17。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述如圖I所示微型光纖光譜儀，該光譜儀由光源1、Y型反射式光纖2、入射狹縫3、準(zhǔn)直透鏡4、平面衍射光柵5、凹面反射鏡6、線(xiàn)陣(XD7、數(shù)據(jù)采集卡8和上位機(jī)9組成；所述Y型光纖2應(yīng)用于光譜儀當(dāng)中，便于對(duì)待測(cè)信號(hào)的傳輸，Y型光纖2有三個(gè)探頭，分別為連接光源I的第一探頭11、照射樣品10的第二探頭12、和連接入射狹縫3的第三探頭13。待測(cè)信號(hào)由Y型反射式光纖2接入光譜儀，經(jīng)由入射狹縫3入射到準(zhǔn)直透鏡4上，然后通過(guò)準(zhǔn)直透鏡4平行照射到平面衍射光柵5上，平面衍射光柵5將入射光色散成不同波長(zhǎng)的光，波長(zhǎng)不同的光入射到凹面反射鏡6上，由凹面反射鏡6會(huì)聚并反射到線(xiàn)陣CCD 7上，線(xiàn)陣CCD 7放置于凹面反射鏡6的會(huì)聚焦點(diǎn)處，線(xiàn)陣CCD 7將接收光的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的模擬電信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡8將線(xiàn)陣CCD的模擬電信號(hào)進(jìn)行ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后數(shù)據(jù)采集卡8再把數(shù)字信號(hào)傳輸至上位機(jī)9，上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，將光譜進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。如此便完成了一次測(cè)量采集。如圖2所示，所述Y型反射式光纖用于照射樣品的一端的光纖包括內(nèi)層的光源傳輸光纖15和外層的信號(hào)接收光纖14，光源傳輸光纖15和信號(hào)接收光纖14之間由內(nèi)套層17隔開(kāi)，信號(hào)接收光纖14外周包覆外套層16 ;光源傳輸光纖15用于光源的入射光傳輸,信號(hào)接收光纖14用于樣品反射回的輸出光傳輸。光譜實(shí)時(shí)測(cè)量與顯示軟件操作流程如圖4所示打開(kāi)光譜儀，將自動(dòng)檢測(cè)光譜儀是否連接到上位機(jī)，當(dāng)連接上上位機(jī)，并設(shè)置好積分時(shí)間和驅(qū)動(dòng)頻率后，開(kāi)始采集背景，等待采集背景完成后按照日期保存到上位機(jī)，然后下一步開(kāi)始采集樣品信號(hào)，等待樣品信號(hào)采集完成后，對(duì)采集到的樣品信號(hào)進(jìn)行默認(rèn)數(shù)據(jù)處理，并與前一步采集到的背景信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，將對(duì)比結(jié)果得到的相對(duì)吸收量顯示給操作人員，由操作人員查看所測(cè)信號(hào)是否正確，是否需要繼續(xù)測(cè)量，當(dāng)整個(gè)測(cè)量已經(jīng)完成后，保存數(shù)據(jù)，停止顯示，最后便可以關(guān)閉光譜儀。以上所述，僅是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微型光纖光譜儀，其特征在于該光譜儀包括光源、Y型反射式光纖、入射狹縫、準(zhǔn)直透鏡、平面衍射光柵、凹面反射鏡、線(xiàn)陣CCD、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)；所述光譜儀使用帶有三探頭的Y型反射式光纖傳輸激發(fā)光和樣品受激發(fā)后產(chǎn)生的熒光，具體設(shè)置如下第一探頭與光纖的光源發(fā)射端連接，第二探頭與照射樣品的端口連接，第三探頭與光纖的輸出光端口連接；光源發(fā)出的光首先經(jīng)Y型反射式光纖上的第一探頭進(jìn)入Y型反射式光纖，經(jīng)第二探頭照射到樣品，樣品受激發(fā)后產(chǎn)生的熒光反射至Y型反射式光纖并經(jīng)Y型反射式光纖上的第三探頭通過(guò)入射狹縫照射到準(zhǔn)直透鏡上，經(jīng)準(zhǔn)直后的熒光再依次經(jīng)平面衍射光柵、凹面反射鏡照射到線(xiàn)陣CCD，其中凹面反射鏡放置在平面衍射光柵的反射方向上，并在凹面反射鏡的會(huì)聚焦點(diǎn)處放置線(xiàn)陣CCD，線(xiàn)陣CCD的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡連接上位機(jī)，線(xiàn)陣CCD接收到的樣品輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡最后傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型光纖光譜儀，其特征在于所述Y型反射式光纖的用于照射樣品的一端的光纖包括內(nèi)層的光源傳輸光纖和外層的信號(hào)接收光纖，光源傳輸光纖和信號(hào)接收光纖之間由內(nèi)套層隔開(kāi)，信號(hào)接收光纖外周包覆外套層；光源傳輸光纖用于光源的入射光傳輸，信號(hào)接收光纖用于樣品反射回的輸出光傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型光纖光譜儀，其特征在于將實(shí)時(shí)采集的樣品信號(hào)與背景信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，消除了背景的不同光譜分布和外界本底對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
全文摘要
一種微型光纖光譜儀。包括光源、Y型反射式光纖、入射狹縫、準(zhǔn)直透鏡、平面衍射光柵、凹面反射鏡、線(xiàn)陣CCD、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)。激發(fā)光源照射到待測(cè)樣品進(jìn)入微型光纖光譜儀后，根據(jù)不同物質(zhì)對(duì)不同波段光譜的吸收、反射的不同，可檢測(cè)出待測(cè)物質(zhì)原子、分子的能級(jí)變化而引起的光譜特性，進(jìn)而辨別物質(zhì)的種類(lèi)和含量。本光譜儀特征在于采用Y型反射式光纖，可同時(shí)傳輸光源信號(hào)以及樣品輸出信號(hào)，上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)光譜實(shí)時(shí)顯示，在數(shù)據(jù)處理中使用了消背景及抗干擾技術(shù)，降低了因外界光源和環(huán)境變化而帶來(lái)的檢測(cè)誤差，不僅縮小了整個(gè)光譜儀的體積，也提高辨別物質(zhì)的準(zhǔn)確性，特別適用于珠寶檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01J3/02GK102980658SQ201210461479
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者孫杰, 郭清剛, 張俊, 趙安兵 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)