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专利名称：一种光谱仪的制作方法
技术领域：
一种光谱仪
技术领域：
本实用新型属于光谱辐射测试领域，具体涉及一种光谱仪。
背景技术：
光谱仪是分析光谱功率分布的重要仪器，广泛用于颜色测量、化学分析等领域。现 有的机械扫描式光谱仪包括两种类型单单色仪光谱仪和由两个单色仪串联组成的双单色 仪光谱仪。 单色仪光谱仪的一般结构及原理为被测光束通过入射狭缝进入单色仪，经准直 镜后形成平行光，平行光投射到衍射光栅上，分散成各种不同波长成分的平行光，再由会聚 镜将某一波长成份的单色光会聚到出射狭缝后的单通道光电探测器表面。测量过程中，通 过机械装置旋转衍射光栅，实现波长逐一扫描。 一般情况下，紫外等短波部分的光谱功率较 低，使用单单色仪光谱仪测量紫外等短波部分的光谱功率时，长波部分形成的杂散光水平 较高，导致测量误差较大。 双单色仪光谱仪由两个单色仪串接而成，经第一单色仪分光后的单色光由第一单 色仪的出射狭缝(即第二单色仪的入射狭缝)进入第二单色中，被进一步分为带宽更窄的 单色光。这种两次分光的结构虽然降低了杂散光的影响，但存在如下缺陷两个单色仪的光 栅必须同步转动，而由于工艺上的限制，同步转动存在一定的精度误差，从而引起总的测量 误差和测量延迟；待测光信号经历两次分光，到达探测器表面的单色光信号较弱，光谱仪的 灵敏度较低。

实用新型内容
为克服上述困难，本实用新型提供一种杂散光水平低、无机械同步要求、灵敏度较 高的光谱仪。 为达到上述目的，本发明所采取的技术方案是 —种光谱仪，包括机壳，机壳内至少包括两个或两个以上单色仪和探测器，其特征 在于第一单色仪的单色光输出波段与第二单色仪的单色光输出波段部分交叠，且第一单 色仪的输出单色光波长相对较短；第一探测器接收从第一单色仪的第一出射狭缝出射的单 色光，第二探测器接收从第二单色仪的第二出射狭缝出射的单色光；且每个探测器的响应 范围的长波侧略大于所对应的单色仪的单色光输出最大波长。 通过上述设置，第一单色仪输出波长相对较短的单色光，第二单色仪输出波长相 对较长的单色光，短波段和长波段的光谱分别在两个单色仪中处理，并且第一探测器仅对 短波段的光辐射响应，而对长波段的光辐射不产生响应，这大幅减小了长波光辐射对短波 段光谱测量的影响，降低杂散光水平；第一单色仪和第二单色仪均为独立工作，两个光栅不 需要精确同步转动，不存在机械同步问题；短波段和长波段分别在第一单色仪和第二单色 仪中只经历一次分光，单色光的信号较强，光谱仪灵敏度提高。 上述光谱仪中还可包括第三单色仪和第三探测器，第三单色仪的单色光输出波段与第二单色仪的单色光输出波段部分交叠，且第三单色仪的输出单色光波长相对较长；第三探测器接收第三单色仪的输出单色光。例如，本实用新型的光谱仪的波长测量范围是从紫外到近红外，则由第一单色仪和第一探测器实现紫外部分光谱的测量，由第二单色仪和第二探测器实现可见光部分光谱测量，由第三单色仪和第三探测器实现近红外光谱的测 上述光谱仪中除了第三单色仪外还可以在包括第四单色仪，第四单色仪的单色光输出波段与第三单色仪的单色光输出波段部分交叠，且第四单色仪的输出单色光波长相对第三单色仪较长；第四探测器接收第四单色仪的输出单色光。 上述光谱仪中的各个单色仪由分叉光纤得到采集光信号，将采集光信号传输到各个单色仪，所述分叉光纤在分叉点分开，形成与单色仪相同数目的独立支光纤，每根支光纤都通过连接器光学耦合到对应单色仪的入光口 。 上述光谱仪的波长范围为紫外_可见波段或者紫外_可见_近红外波段，第一单色仪的单色光输出波段为紫外波段或紫外到部分可见光波段。第一单色仪独立处理紫外以及紫外到部分可见光等短波段的光谱，并且与第一单色仪相连接的第一探测器仅对紫外或紫外到部分可见的短波段光响应，而对长波段的光辐射信号不产生响应，能够大幅减小长波段的光辐射对短波段的杂散光影响。 上述的分叉光纤为石英光纤。石英光纤可传输紫外、可见、红外等各个波段。两根支光纤的传输波段可以一致，也可以根据所连接的单色仪的分光范围不同而不同，第一支光纤的传输波段为紫外到可见波段，第二支光纤的传输波段为可见到近红外波段。两根独立的支光纤只传输相应波长范围的光信号，使进入第一单色仪和第二单色仪的入射光基本满足两单色仪的输出光范围要求。 上述第一单色仪和/或第二单色仪的分光装置前设有带通滤色片，所述带通滤色片的带通波段略大于其所在的单色仪的单色光输出波段。单色仪分光装置前设置的带通滤色片对进入单色仪的光信号进一步过滤，降低杂散光的影响。 上述第二单色仪、第三单色仪或/和第四单色仪的分光装置前设有带通色轮，色
轮上均布一组带通滤色片，所述带通色轮上的带通滤色片的导通波段首尾交叠且覆盖所在
的单色仪的单色光输出波段。这一技术方案也进一步降低了杂散光干扰。 本实用新型的有益效果是，利用两个或多个单色仪分波段处理被测光，且短波段
单色仪对应的探测器对长波段的光辐射不产生响应，光谱仪的杂散光水平大幅降低，尤其
是降低了长波段光辐射对短波段的影响；各个单色仪独立工作，避免了光栅精确同步的问
题，并且能够保持较高的光谱仪灵敏度。


图1为本实用新型的一个实施例示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的光谱仪包括机壳10、分叉光纤1、第一单色仪2、第二单色仪3、第一探测器4、第二探测器5、第一微处理器6、第二微处理器7、上位机8。分叉光纤1在分叉点分开，形成两根独立的第一支光纤1-1和第二支光纤1-2。第一支光纤1-1通过机壳10上的第一连接器2-1与第一单色仪2的第一入光口 2-2光学耦合；第一探测器4接收来自第一单色仪2的第一出射狭缝2-9的单色光，第一探测器4和第一平面光栅2-6的驱动装置2-7与第一微处理器6电连接。在本实施例中，第一单色仪2输出200nm-450nm之间的紫外光，第一探测4器的光谱灵敏度在200nm-500nm之间。第二支光纤1_2通过机壳10上的第二连接器3-1与第二单色仪3的第二入光口 3-2光学耦合；第二入光口 3-2与第二准直镜3-5之间设有第二带通色轮3-3，第二探测器5接收来自第二单色仪3的第二出射狭缝3-9的单色光，在本实施例中，第二单色仪3输出400nm-800之间的可见光。第二带通色轮的驱动装置3-4与第二微处理器7电连接；第二平面光栅3-6的驱动装置3-7、第二探测器5与第二微处理器6电连接。第一微处理器6、第二微处理器7与上位机8电连接。图中所示的3-8是第二会聚镜。 被采集的光信号随分叉光纤1在分叉点分开后形成两独立光线在第一支光纤1-1和第二支光纤1-2中传输，通过对应的连接器与入光口耦合，分别进入第一单色仪1或第二单色仪2。在本实施例中，第一单色仪2和第二单色仪3内部结构相似。以第一单色仪2为例说明单色仪工作过程光线进入第一单色仪2中，投射到第一准直镜2-5上，第一准直镜2-5将入射光准直为平行光，平行光入射到第一光栅2-6的表面，第一光栅2-6分光后形成平行的单色光入射到第一会聚镜2-8上，经第一会聚镜2-8的会聚作用后，再通过第一出射狭缝2-9照射在第一探测器4上。第一探测器4将单色光信号转化为电信号，传递给第一微处理器6。测量过程中，第一微处理器6控制第一光栅2-6的驱动装置2-7，促使第一光栅2-6旋转而达到单色光波长逐一扫描的目的。第一微处理器6和第二微处理器7分别将第一单色仪2输出的短波段的光谱信息和第一光栅2-6单色仪3输出的长波段光谱信息传递给上位机8，上位机8通过专门的软件合成完整的全光谱信息。
权利要求一种光谱仪，包括机壳(10)，机壳(10)内至少包括两个或两个以上单色仪和探测器，其特征在于第一单色仪(2)的单色光输出波段与第二单色仪(3)的单色光输出波段部分交叠，且第一单色仪(2)的输出单色光波长相对较短；第一探测器(4)接收从第一单色仪(2)的第一出射狭缝(2-9)出射的单色光，第二探测器(5)接收从第二单色仪(2)的第二出射狭缝(3-9)出射的单色光；且每个探测器(4，5)的响应范围的长波侧略大于所对应的单色仪(2，3)的单色光输出最大波长。
2. 根据权利要求l所述的光谱仪，其特征在于包括第三单色仪和第三探测器，第三单 色仪的单色光输出波段与第二单色仪(3)的单色光输出波段部分交叠，且第三单色仪的输 出单色光波长相对较长；第三探测器接收第三单色仪的输出单色光。
3. 根据权利要求l所述的光谱仪，其特征在于包括第四单色仪和第四探测器，第四单 色仪的单色光输出波段与第三单色仪的单色光输出波段部分交叠，且第四单色仪的输出单 色光波长相对第三单色仪较长；第四探测器接收第四单色仪的输出单色光。
4. 根据权利要求1或2或3所述的光谱仪，其特征在于由分叉光纤(1)将采集光信 号传输到各个单色仪(2，3)，所述分叉光纤(1)在分叉点分开，形成与单色仪相同数目的独 立支光纤(1-1， 1-2)，每根支光纤(1-1， 1-2)通过连接器(2-1 ，3-1)光学耦合到对应单色仪 (2， 3)的入光口 (2-2， 3-2)。
5. 根据权利要求1或2或3所述的光谱仪，其特征在于所述的分叉光纤(1)为石英光纤。
6. 根据权利要求1或2或3所述的光谱仪，其特征在于所述光谱仪的波长测量范围为 紫外到可见范围或者紫外到近红外，第一单色仪(2)的单色光输出波段为紫外波段或紫外 到部分短波可见光波段。
7. 根据权利要求1或2或3所述的光谱仪，其特征在于所述第一单色仪(2)、第二单色 仪(3)和/或第三单色仪的分光装置前设有带通滤色片，所述带通滤色片的带通波段略大 于其所在的单色仪的单色光输出波段。
专利摘要本实用新型公开了一种光谱仪，在外壳中至少包括两个或两个以上单色仪和探测器，各单色仪的单色光输出波段首尾交叠，单色仪的输出单色光被对应的探测器接收，每个探测器的响应范围的长波侧略大于所对应的单色仪的单色光输出最大波长。本实用新型通过两个或以上单色仪分别处理各个波段单色光，降低了杂散光水平，尤其是长波段对短波段的影响；两单色仪独立工作的方式避免了光栅精确同步的问题，且保持了较高的光谱仪灵敏度。
文档编号G01J3/12GK201476880SQ20092019241
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月7日 优先权日2009年9月7日
发明者潘建根 申请人:杭州远方光电信息有限公司