全波段波長掃描系統(tǒng)及分光機構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種全波段波長掃描系統(tǒng)及分光機構。其中，該全波段波長掃描系統(tǒng)包括光源、分光機構、樣品室及光信號采集處理系統(tǒng)，其中分光機構包括光柵、濾光片、光柵驅(qū)動電機、光電編碼器及旋轉(zhuǎn)臺座，其中光柵與濾光片于旋轉(zhuǎn)臺座上固定安裝，并同軸旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)臺座、光柵驅(qū)動電機及光電編碼器基于連接軸同軸連接；光柵連續(xù)單方向旋轉(zhuǎn)，電編碼器用于實時反饋光柵的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)給光信號采集處理系統(tǒng)；光信號采集處理系統(tǒng)用于根據(jù)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)及從樣品室輸出的光信號輸出光譜曲線。
【專利說明】全波段波長掃描系統(tǒng)及分光機構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光譜分析領域，尤其涉及一種全波段波長掃描系統(tǒng)及分光機構。
[0002]
【背景技術】
[0003]目前光譜儀器的波長掃描裝置的設計通?？煞譃閮深?一類是采用以正弦機構或凸輪機構作為機械分光機構，配合光電倍增管(PMT)作為單波長光信號的檢測器件，實現(xiàn)全譜波長分時掃描；另一類是直接采用電荷耦合器件(CCD)作為全譜光信號檢測器件，實現(xiàn)全譜波長同時掃描。前者具有掃描精度高、成本低的優(yōu)勢，但因機械結構的限制，將不可避免地引入一定的機械誤差，且無法顯著提高波長掃描速度；而后者雖然可實現(xiàn)全譜快速同步掃描，但受電荷耦合器件的自身特性限制，波長準確度和波長掃描范圍存在瓶頸。
[0004]為了解決波長掃描速度與波長準確度二者之間的矛盾，也有人提出過使用步進電機細分直驅(qū)代替正弦機構或使用微通道板光電倍增管(MCP-PMT)代替電荷耦合器器件(CCD)兩種方法來設計波長掃描裝置。使用步進電機細分直驅(qū)雖然可以減小機械體積和損耗，但因其驅(qū)動器細分性能和電機自身機械特性所限，無法實現(xiàn)高精度的波長掃描；同時由于此種方案在光譜繪制方法上還使用舊有模式，因此波長掃描速度的提升并不顯著。而使用微通道板光電倍增管既保持了傳統(tǒng)光電倍增管靈敏度高和響應時間短的優(yōu)點，又實現(xiàn)了同電荷耦合器件一樣的全譜波長同時掃描，具有瞬態(tài)靈敏度高的特點，但其相對于現(xiàn)有結構設計而言存在過高成本的問題。
[0005]根據(jù)公開文獻，為了解決步進電機細分直驅(qū)驅(qū)動方式所存在的缺點，曾出現(xiàn)使用伺服電機直驅(qū)旋轉(zhuǎn)光柵結構完成波長掃描的方法。但在實踐中該光柵驅(qū)動結構高速旋轉(zhuǎn)時會表現(xiàn)出較差的旋轉(zhuǎn)動平衡性能，從而嚴重降低光譜信號的信噪比，影響該結構的實用性。同時由于傳統(tǒng)設計中，出射光濾光片被設計在出射狹縫之后，在光柵高速旋轉(zhuǎn)時難以實現(xiàn)濾光同步，無法解決衍射光柵次級光譜問題，因此基于此公開文獻所述方法的掃描裝置在分光光度計儀器上幾乎沒有實用意義。
[0006]在所述【背景技術】部分公開的上述信息僅用于加強對本實用新型的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。
實用新型內(nèi)容
[0007]有鑒于此，本實用新型提供了一種全波段波長掃描系統(tǒng)，以改進現(xiàn)有技術，在顯著提高全波段波長掃描系統(tǒng)的掃描速度的同時，保持光電倍增管高響應速度、高靈敏度的工作性能，改善系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)動平衡性能，濾除衍射光柵次級光譜，從而實現(xiàn)光譜信號的高信噪比可用性，并維持相對低廉的成本。
[0008]本實用新型的額外方面和優(yōu)點將部分地在下面的描述中闡述，并且部分地將從描述中變得顯然，或者可以通過本實用新型的實踐而習得。
[0009]本實用新型一方面公開了一種全波段波長掃描系統(tǒng)，包括光源、分光機構、樣品室及光信號米集處理系統(tǒng)，其中分光機構包括光柵、濾光片、光柵驅(qū)動電機、光電編碼器及旋轉(zhuǎn)臺座，其特征在于，光柵與濾光片于旋轉(zhuǎn)臺座上固定安裝，并同軸旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)臺座、光柵驅(qū)動電機及光電編碼器基于連接軸同軸連接；光柵連續(xù)單方向旋轉(zhuǎn)，光電編碼器用于實時反饋光柵的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)給光信號采集處理系統(tǒng)；以及，光信號采集處理系統(tǒng)用于根據(jù)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)及從樣品室輸出的光信號輸出光譜曲線。
[0010]進一步地，濾光片相對光柵的位置由光柵出射的衍射光至濾光片的光路長L確定，光路長L滿足公式
【權利要求】
1.一種全波段波長掃描系統(tǒng)，包括光源(10)、分光機構(20)、樣品室(30)及光信號米集處理系統(tǒng)(40),其中所述分光機構(20)包括光柵(201)、濾光片(202)、光柵驅(qū)動電機(203)、光電編碼器(204)及旋轉(zhuǎn)臺座(205)，其特征在于， 所述光柵(201)與所述濾光片(202)于所述旋轉(zhuǎn)臺座(205)上固定安裝，并同軸旋轉(zhuǎn)；所述旋轉(zhuǎn)臺座(205)、所述光柵驅(qū)動電機(203)及所述光電編碼器(204)基于連接軸同軸連接； 所述光柵(201)連續(xù)單方向旋轉(zhuǎn)，所述光電編碼器(204)用于實時反饋所述光柵(201)的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)給所述光信號采集處理系統(tǒng)(40);以及， 所述光信號采集處理系統(tǒng)(40)用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)及從所述樣品室(30)輸出的光信號輸出光譜曲線。
2.根據(jù)權利要求1所述的全波段波長掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光片(202)相對所述光柵(201)的位置由所述光柵(201)出射的衍射光至所述濾光片(202)的光路長L確定，所述光路長L滿足公式
其中，Lf為所述濾光片(202)表面衍射光路入射點至截止波長入射點的長度，ω為光柵轉(zhuǎn)角。
3.根據(jù)權利要求1所述的全波段波長掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述連接軸的旋轉(zhuǎn)套筒(209)與錐面轉(zhuǎn)軸(210)的連接采用了錐面緊固密配配接方式設計。
4.根據(jù)權利要求1所述的全波段波長掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述光信號采集處理系統(tǒng)(40)包括光電探測器、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)通信處理與控制器。
5.根據(jù)權利要求4所述的全波段波長掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述光電探測器為光電倍增管。
6.根據(jù)權利要求4所述的全波段波長掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)通信處理與控制器為現(xiàn)場可編程門陣列，用于同步接收所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號與所述轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，及將從所述數(shù)字信號獲取的光譜能量值及與其對應的從所述轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)獲取的位置計數(shù)值編碼后輸出。
7.根據(jù)權利要求4所述的全波段波長掃描系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括上位機，以接收并解析所述數(shù)據(jù)通信處理與控制器輸出的光譜能量值及與其對應的位置計數(shù)值，進行光譜曲線坐標系的定標，及根據(jù)所述的光譜能量值及與其對應的位置計數(shù)值繪制完整的光譜曲線。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的全波段波長掃描系統(tǒng)，其特征在于，在所述旋轉(zhuǎn)臺座(205)上并立多個所述光柵(201)。
9.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的全波段波長掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光片(202)選用線性可變?yōu)V光片，或者選用多通道帶通濾光片。
10.一種分光機構，包括光柵(201)、濾光片(202)、光柵驅(qū)動電機(203)、光電編碼器(204)及旋轉(zhuǎn)臺座(205)，其特征在于，所述光柵(201)與所述濾光片(202)于所述旋轉(zhuǎn)臺座(205)上固定安裝，并同軸旋轉(zhuǎn)； 所述旋轉(zhuǎn)臺座(205)、所述光柵驅(qū)動電機(203)及所述光電編碼器(204)基于連接軸同軸連接； 所述光柵(201)連續(xù)單方向旋轉(zhuǎn)，所述光電編碼器(204)用于實時反饋所述光柵(201)的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權利要求10所述的分光機構，其特征在于，所述濾光片(202)相對所述光柵(201)的位置由所述光柵(201)出射的衍射光至所述濾光片(202)的光路長L確定，所述光路長L滿足公式
其中，Lf為所述濾光片(202)表面衍射光路入射點至截止波長入射點的長度，ω為光柵轉(zhuǎn)角。
12.根據(jù)權利要求10所述的分光機構，其特征在于，所述連接軸的旋轉(zhuǎn)套筒(209)與錐面轉(zhuǎn)軸(210)的連接采用了錐面緊固密配配接方式設計。
13.根據(jù)權利要求10-12任一項所述的分光機構，其特征在于，在所述旋轉(zhuǎn)臺座(205)上并立多個所述光柵(201)。
14.根據(jù)權利要求10-12任一項所述的分光機構，其特征在于，所述濾光片(202)選用線性可變?yōu)V光片，或者選用多通道帶通濾光片。
【文檔編號】G01J3/06GK203858029SQ201320892391
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】牛建會, 孫金龍, 強偉鋒, 周艦, 尚國強, 李浩, 王凌昊 申請人:北京普析通用儀器有限責任公司