一种新型光谱分析装置及系统的制作方法

1.本发明涉及光学分析仪器技术领域，具体涉及一种新型光谱分析装置及系统。


背景技术：

2.市场上常规的光纤光谱分析装置请参考图1，图1为现有的光纤光谱分析装置的光路原理图。如图1所示，其中101是光学狭缝、102是准直镜、103是光栅，104是聚焦镜和105是线阵光电探测器。其基本工作原理是被测光被导入狭缝101，透过狭缝101后经准直镜102的准直后到达光栅103，经光栅103的散射后到达聚焦镜104，再经聚焦镜104的聚焦到达线阵光电探测器105，最后经线阵光电探测器105的转换获得相应的光谱。
3.通常此类光纤光谱分析装置无法实现测水应用所需要的特定波长光谱的测量，并且此类光纤光谱分析装置的光谱数据传输较慢，成本也比较高，对于要求光谱数据传输较快的使用不太适用。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光谱分析装置及系统，通过将空间滤波器与分离式光电探测器组合使用，实现测水应用所需的特定波长光谱的测量，具有体积小、数据传输速度快以及成本低的优点。
5.为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种新型光谱分析装置，作为其中一种实施方式，所示新型光谱分析装置包括外壳，所述外壳内设置有狭缝、准直镜、光栅、聚焦镜、空间滤波器以及分离式光电探测器；所述狭缝，用于将被测光导入所述外壳内并投射到所述准直镜；所述准直镜，用于将通过所述狭缝后投射的被测光准直反射到所述光栅；所述光栅，用于将所述准直镜反射的被测光衍射到所述聚焦镜；所述聚焦镜，用于将所述光栅衍射后的被测光聚焦到所述分离式光电探测器；所述空间滤波器，用于将所述聚焦镜聚焦到所述分离式光电探测器的被测光预先进行空间滤波，以便使所需测量的光谱投射到所述分离式光电探测器；所述分离式光电探测器，用于接收透过所述空间滤波器的所需测量的光谱。
6.作为其中一种实施方式，所述新型光谱分析装置采用交叉型切尼-特纳光路。
7.作为其中一种实施方式，所述新型光谱分析装置采用m型光路。
8.作为其中一种实施方式，所述新型光谱分析装置还包括pcb电路板，所述pcb电路板上集成有所述新型光谱分析装置的控制电路。
9.作为其中一种实施方式，所述pcb电路板设置在所述外壳的侧壁内侧。
10.作为其中一种实施方式，所述新型光谱分析装置还包括光纤接头，所述光纤接头设置于所述外壳外部，用于与所述狭缝配合组装为一体以将被测光导入所述外壳内并投射到所述准直镜。
11.作为其中一种实施方式，所述新型光谱分析装置还包括消像差元件，所述消像差元件设置于所述狭缝和所述准直镜之间，用于补偿像差。
12.作为其中一种实施方式，所述光纤接头为sma905。
13.为实现上述目的，本发明第二方面提供一种新型光谱分析系统，作为其中一种实施方式，所示光谱分析系统包如光源、第一光路组件、样品池、第二光路组件以及上述任一实施方式所述的光谱分析装置；其中，所述第一光路组件用于将所述光源产生的所述被测光聚焦耦合进入所述样品池，所述第二光路组件用于将所述样品池射出的被测光耦合进入所述狭缝，所述样品池用于放置液体样本。
14.作为其中一种实施方式，所述光源采用紫外或可见光源。
15.综上，本实施例提供的新型光谱分析装置通过设置空间滤波器，将空间滤波器与分离式光电探测器组合使用，实现测水应用所需的特定波长光谱的测量，具有体积小、数据传输速度快以及成本低的优点。
附图说明
16.图1为现有的光纤光谱分析装置的光路原理图。
17.图2为本发明实施例1提供的新型光谱分析装置的光路原理图。
18.图3为本发明实施例2提供的新型光谱分析装置的光路原理图。
19.图4为本发明实施例中的反射接收光路原理图。
20.图5为本发明实施例3提供的新型光谱分析系统的结构框图。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.需要说明的是，为了描述时清楚、简便，下文在描述本发明的不同实施例时，不同图中相同的部件使用相同的标号。
23.实施例1
24.请参考图2，图2为本发明实施例1提供的新型光谱分析装置的光路原理图。如图2所示，该新型光谱分析装置包括外壳，外壳内设置有狭缝201、准直镜202、光栅203、聚焦镜204、空间滤波器205以及分离式光电探测器206；狭缝201，用于将被测光导入外壳内并投射到准直镜202；准直镜202，用于将通过狭缝201后投射的被测光准直反射到光栅203；光栅203，用于将准直镜202反射的被测光衍射到聚焦镜204；聚焦镜204，用于将光栅203衍射后的被测光聚焦到分离式光电探测器206；空间滤波器205，用于将聚焦镜204聚焦到分离式光电探测器206的被测光预先进行空间滤波，以便使所需测量的光谱投射到分离式光电探测器206；分离式光电探测器206，用于接收透过空间滤波器205的所需测量的光谱。
25.需要说明的是，该新型光谱分析装置的外壳(图2中未示出)也即新型光谱分析装置的主体框架，其中狭缝201、准直镜202、光栅203、聚焦镜204、空间滤波器205以及分离式光电探测器206当然的位于外壳内，至于在外壳内的具体位置则取决于不同的光路结构，以及通过设置反射镜等器件改变部件之间的相对位置。
26.在本实施例中，空间滤波器可以允许位于特定空间位置的光通过，而阻挡其它位置的光通过。
27.在本实施例中，分离式光电探测器即是单元光电探测器，有别于列阵光电探测器。
28.本实施例提供的新型光谱分析装置通过设置空间滤波器，将空间滤波器与分离式光电探测器组合使用，实现测水应用所需的特定波长光谱的测量，具有体积小、数据传输速度快以及成本低的优点。
29.实施例2
30.请参考图3，图3为本发明实施例2提供的新型光谱分析装置的光路原理图，如图3所示，该新型光谱分析装置包括外壳，外壳内设置有狭缝201、准直镜202、光栅203、聚焦镜204、空间滤波器205以及分离式光电探测器206；狭缝201，用于将被测光导入外壳内并投射到准直镜202；准直镜202，用于将通过狭缝201后投射的被测光准直反射到光栅203；光栅203，用于将准直镜202反射的被测光衍射到聚焦镜204；聚焦镜204，用于将光栅203衍射后的被测光聚焦到分离式光电探测器206；空间滤波器205，用于将聚焦镜204聚焦到分离式光电探测器206的被测光预先进行空间滤波，以便使所需测量的光谱投射到分离式光电探测器206；分离式光电探测器206，用于接收透过空间滤波器205的所需测量的光谱。
31.其中，本实施例中，新型光谱分析装置采用m型光路，即基本型c-t光路，如图3所示，该新型光谱分析装置为m式双波长的光谱分析装置。值得一提的是，基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构因其形状酷似字母“m”，因此也常被称为m型光路结构，m型光路在像散优化中具有明显的优势，可将像散校正到一个很低的水平。
32.当然，本发明实施例提供的新型光谱分析装置的光路结构并不局限于m型光路，在其他实施例中还可以是交叉型切尼-特纳光路，如图2所示的新型光谱分析装置的光路结构即为交叉型切尼-特纳光路。交叉型切尼-特纳光路(czerny-turner)光路结构的慧差相对于m型光路来说，特点在于，慧差可以被校准到一个比较理想的数值，并且得到的光谱斑点较为规整，具体体现在对交叉式结构分辨率的提升上。
33.在本实施例中，聚焦镜204与分离式光电探测器206不在一个平面里，例如，新型光谱分析装置中还包括反射镜207，反射镜207用于实现分离式光电探测器206与聚焦镜204的光轴的方向呈垂直状态，以减小光谱分析装置的面积。具体地，请参考图4，图4为本发明实施例中的反射接收光路原理图。如图4所示，分离式光电探测器206、反射镜207、聚焦镜204所聚焦的衍射光208以及反射镜反射的聚焦衍射光209，聚焦镜所聚焦的衍射光208，经反射镜207反射形成改变方向的聚焦衍射光209，然后被分离式光电探测器206探测而获得相应的光谱。当然，基于减小光谱分析装置体积的思想，本领域技术人员还可以设置多个反射镜以及其它手段，以实现聚焦镜204与分离式光电探测器206不同的相对位置。
34.在本实施例中，该新型光谱分析装置还包括消像差元件(图3中未示出)，该消像差元件设置于狭缝与准直镜之间，用于补偿像差。在本实施例中，消像差元件是矫正像差透镜，当然，在其他实施方式中还可以是矫正像差光楔、柱面镜、非球面镜或菲尼尔镜。
35.在本实施例中，新型光谱分析装置还包括光纤接头(图中均未示出)，该光纤接头设置于外壳外部，用于与狭缝201配合组装为一体，以将被测光导入外壳内并投射到准直镜202。其中，该光纤接头可以但不限于sma905或fc。
36.在本实施例中，新型光谱分析装置还包括pcb电路板(图中均未示出)，pcb电路板
上集中有该新型光谱分析装置的控制电路。具体地，通过将各个控制电路集中于pcb电路板上，可以节省空间，更好的实现光谱分析装置的小体积。进一步地，为了光谱分析装置的使用安全，pcb电路板可以设置在外壳的侧壁内侧。当然具体设置方式并不局限于此。
37.因此，本实施例提供的新型光谱分析装置通过设置空间滤波器，将空间滤波器与分离式光电探测器组合使用，实现测水应用所需的特定波长光谱的测量，具有体积小、数据传输速度快以及成本低的优点，通过设置反射镜，实现分离式光电探测器与聚焦镜的光轴的方向呈垂直状态，进一步的减小光谱分析装置的体积。
38.实施例3
39.请结合参考图2、图3和图5，图5为本发明实施例3提供的新型光谱分析系统的结构框图。如图5所示，该新型光谱分析系统包如光源501、第一光路组件502、样品池503、第二光路组件504以及光谱分析装置505；其中，第一光路组件502用于将光源501产生的被测光聚焦耦合进入样品池503，第二光路组件504用于将样品池503中射出被测光通过光纤接头耦合进入狭缝201，样品池503用于放置液体样品。
40.其中，该光谱分析装置如前述实施例所描述的新型光谱分析装置，该新型光谱分析装置包括外壳，外壳内设置有狭缝201、准直镜202、光栅203、聚焦镜204、空间滤波器205以及分离式光电探测器206；狭缝201，用于将被测光导入外壳内并投射到准直镜202；准直镜202，用于将通过狭缝201后投射的被测光准直反射到光栅203；光栅203，用于将准直镜202反射的被测光衍射到聚焦镜204；聚焦镜204，用于将光栅203衍射后的被测光聚焦到分离式光电探测器206；空间滤波器205，用于将聚焦镜204聚焦到分离式光电探测器206的被测光预先进行空间滤波，以便使所需测量的光谱投射到分离式光电探测器206；分离式光电探测器206，用于接收透过空间滤波器205的所需测量的光谱。
41.在本实施例中，第一光路组件502包括一反射镜、第一光纤、第一光纤入射接头和第一光纤出射接头，第一光纤入射接头和第一光纤出射接头分别连接于第一光纤的两端，并且第一光纤出射接头位于样品池503的入射端。第二光路组件504包括第二光纤、第二光纤入射接头和第二光纤出射接头，第二光纤入射接头和第二光纤出射接头分别连接于第二光纤的两端。反射镜位于光源的出射光路上，用于将光源501产生的光谱分析光聚焦耦合进入第一光纤入射接头并经第一光纤传导至第一光纤出射接头；第一光纤出射接头用于将经第一光纤传导来的光谱分析光输出并耦合进入样品池503。第二光纤入射接头位于样品池503的出射端，用于将样品池503射出的被样品池503内的液体样品吸收后，透过的光谱分析光耦合导入第二光纤并经第二光纤传导至第二光纤出射接头，第二光纤出射接头连接光谱分析装置的光纤接头，以将光谱分析光，即被测光导入光谱分析装置，以得到光谱。
42.在本实施例中，光源501采用氙灯、氘灯或钨灯等紫外或可见光源。
43.当然，本发明并不局限于使用氙灯、氘灯或钨灯，本领域技术人员可以根据各光源的特点对本发明的技术方案进行相应的微调，或采用适当的光源。
44.需要说明的是，本实施例中，第一光路组件502、第二光路组件504中的各组成部分为本领域技术人员的常识，可通过上述功能描述得到相应的结构，因此不再具体进行描述以及图示。
45.因此，本实施例提供的新型光谱分析系统通过设置空间滤波器，将空间滤波器与分离式光电探测器组合使用，实现测水应用所需的特定波长光谱的测量，具有体积小、数据
传输速度快以及成本低的优点，通过设置反射镜，实现分离式光电探测器与聚焦镜的光轴的方向呈垂直状态，进一步的减小光谱分析装置的体积。
46.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。