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微型光纤光谱仪的设计及主要技术特点

发布时间:2018-04-24      点击次数:491
  光谱仪器是应用光学技术、电子技术及计算机技术对物质的成分及结构等进行分析和测量的基本设备,广泛应用于环境监测、工业控制、化学分析、食品品质检测、材料分析、临床检验、航空航天遥感及科学教育等领域。由于传统的光谱仪存在着结构复杂、使用环境受限、不便携带及价格昂贵等不足,不能满足现场检测和实时监控的需求。因此,微型光纤光谱仪成为光谱仪器发展的一个重要的研究方向。
  微型光纤光谱仪结构及特点
  传统的光谱仪光学系统结构复杂,需通过旋转光栅对整个光谱进行扫描,测量速度慢,并且对某些样品还需经过特定的预处理,并要放在仪器的固定样品室内进行测量。与此相比,微型光纤光谱仪有很多优点,如:速度快、价格低、体积小、重量轻及全谱获取,而且通过光纤传导可以脱离样品室测量,适用于在线实时检测。
  微型光纤光谱仪结构
  光谱仪微型化设计的实现得益于摄谱结构的优化。光纤光谱仪生产商美国海洋光学的MichaelJ.Morris等人研制的USB系列微型光纤光谱仪使用非对称交叉式Czerny-Turner分光结构,此光学结构的设计是在Czerny-Turner结构基础上进行光路的改进,使光谱仪内部构件布局更紧凑。
  摄谱结构光学平台的优化设计使微型光纤光谱仪内部无移动部件,光学元件都采用反射形式,可在一定程度上减少像差,并使工作光谱范围不受材料影响。微型光谱仪的固定化光学平台适合于震动及窄空间等复杂的工作环境。
  微型光纤光谱仪技术特点
  低损耗光纤、率光栅及低噪声高灵敏CCD阵列探测器等相关技术的发展,使微型光纤光谱仪在性能上有了很大的改进,具有如下技术特点:
  光纤传导技术:光纤技术的发展,使待测物脱离了固定样品池的限制,采样方式变得更加灵活,适合于远距离样品品质监控。由于光纤对光信号的传输作用,使得光谱仪可以远离外界环境的干扰,保证光谱仪的长期可靠运行。
  CCD阵列探测器技术:将经光栅分光后的作用光在探测器上同时瞬间采集,而不必移动光栅,因此样品光谱采集速度及快(测量时间为3.8ms~10min),并通过计算机实时输出。
  光栅技术:全息光栅具有较小的杂散光,而机械刻划光栅具有更高的反射率和灵敏度。
  计算机技术:电子计算技术的发展极大地提高了光谱仪的智能控制和处理能力。
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