專利名稱：振鏡掃描光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種振鏡掃描光譜儀，它是一種能在一段光譜區(qū)域快速獲得光譜信息分布和光譜信號的時間分辨信息分布的測量裝置。
光學(xué)多道分析儀(Optical Multichannel Analyzer，以下簡稱OMA)因其具備同時記錄多條譜線的信息、并可利用計算機進行信號處理、存儲和顯示的能力，自八十年代問世以來被廣泛應(yīng)用于光譜測量領(lǐng)域。
OMA一般采用一維光電二極管列陣或者二維電荷耦合器件(CCD)作為其探測器，盡管它在一般的光譜測量方面具有較強的優(yōu)勢，但其缺點也很明顯其一是結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造價較高；其二是受探測器場掃周期的限制，要完整地讀出一幅采集圖通常需要幾十毫秒以上的時間，因此，在將OMA用于脈沖放電或者托卡馬克等離子體等快速變化過程光譜信號的時間分辨動態(tài)測量時就遇到困難，目前的做法是通過調(diào)整延遲觸發(fā)時間對上述過程進行逐次分段采集再連接成被測信號的時間動態(tài)圖像，嚴(yán)格地說，這種方法必須依賴于光源的連續(xù)重復(fù)放電(shot-to-shot放電)為基礎(chǔ)，而實際上由于微觀過程非常復(fù)雜，這種連續(xù)的完全重復(fù)放電是難以實現(xiàn)的，因此這就決定了上述方法存在較大的測量誤差。
本實用新型的目的就是為了解決以上問題，提供一種振鏡掃描光譜儀，采集速度加快(時間分辨率提高)，便于進行光譜信號的時間分辨動態(tài)測量而誤差減小。
本實用新型實現(xiàn)上述目的的方案是一種振鏡掃描光譜儀，包括分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述分光系統(tǒng)包括入射狹縫、準(zhǔn)光鏡、平面光柵、暗箱物鏡和出射狹縫，它們在光路上依次排列；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括探測器、I/O卡和微機，其中探測器的光學(xué)探頭對準(zhǔn)出射狹縫，其電信號輸出端接I/O卡，I/O卡又與微機相連；其特征是還包括掃描系統(tǒng)和驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述掃描系統(tǒng)包括光學(xué)掃描振鏡及其控制器，掃描振鏡位于分光系統(tǒng)的暗箱物鏡和出射狹縫之間；驅(qū)動控制系統(tǒng)包括I/O卡和微機，微機的控制信號輸出端與I/O卡的控制信號輸入端相連，I/O卡的控制信號輸出端與控制器相連，控制器又與振鏡相連。
采用以上方案的有益效果通過利用光學(xué)掃描振鏡對傳統(tǒng)的平面光柵單色儀進行改造，輔之以控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，同樣可以實現(xiàn)一維探測器的OMA功能，并且既保留了光電倍增管高靈敏性和快速時間響應(yīng)的特點，又回避了在OMA中線陣或面陣探測器與光譜聚焦面需嚴(yán)格重合的困難。與OMA比較，本系統(tǒng)造價低廉，同時具備光譜分辨和時間分辨能力，按目前振鏡加載后振動頻率200Hz計算，可將時間分辨率提高到5ms以內(nèi)。這樣，當(dāng)將它用于進行光譜信號的時間分辨動態(tài)測量時誤差就可以大大減小。


圖1是本實用新型實施例振鏡掃描光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是利用本實用新型實施例振鏡掃描光譜儀實測的Hg發(fā)射光譜。
下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。
實施例一如圖1所示，該振鏡掃描光譜儀包括分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述分光系統(tǒng)包括入射狹縫3、準(zhǔn)光鏡4、平面光柵5、暗箱物鏡6和出射狹縫8，它們在光路上依次排列；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括探測器9、I/O卡10和微機12，其中探測器9的光學(xué)探頭對準(zhǔn)出射狹縫8，其電信號輸出端接I/O卡10，I/O卡10又與微機12相連；其特征是還包括掃描系統(tǒng)和驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述掃描系統(tǒng)包括光學(xué)掃描振鏡7及其控制器11，掃描振鏡7位于分光系統(tǒng)的暗箱物鏡6和出射狹縫8之間；驅(qū)動控制系統(tǒng)包括I/O卡10和微機12，微機12的控制信號輸出端與I/O卡10的控制信號輸入端相連，I/O卡10的控制信號輸出端與控制器11相連，控制器11又與振鏡7相連。其中光學(xué)掃描振鏡7的反射面平行于光柵5的母線，并位于暗箱物鏡6的反射光束的光軸上。驅(qū)動光學(xué)掃描振鏡7掃描的波形為連續(xù)三角波，該連續(xù)三角波由微機12生成、通過I/O卡加載于掃描振鏡的控制器11上。
本實用新型的核心是將高精度光學(xué)掃描振鏡(亦稱光學(xué)掃描器，Optical Scanner)7置入平面光柵單色儀的出射狹縫前(替換傳統(tǒng)的反射鏡)，通過計算機和控制器11讓振鏡偏轉(zhuǎn)角按一定程序變化，使不同波長的譜線依次通過出射狹縫8并被光電倍增管9接收，以達到譜分辨測量的目的。
本實用新型裝置利用計算機實現(xiàn)驅(qū)動控制和數(shù)據(jù)采集，其功能如下其一是生成并輸出連續(xù)的三角波用于驅(qū)動掃描振鏡；其二是同步采集光電倍增管的輸出信號；其三是通過后續(xù)處理，將接收信號的“強度-時間”分布特征轉(zhuǎn)換成“強度-波長”分布，并進一步獲得“強度-波長-時間”三維分布圖。
利用本實用新型制造一臺樣機，其主要參數(shù)如下光柵5為1200條/mm，準(zhǔn)光鏡和暗箱物鏡的焦長均為30cm，光譜儀出射狹縫處線色散倒數(shù)為2.7nm/mm，分辨率優(yōu)于0.1nm，波長范圍為200～800nm。
以Hg燈為被測光源，所測信號如圖2所示。
實驗表明，在-2.5V～+2.5V對稱三角波驅(qū)動振鏡掃描，光譜儀譜線掃描范圍超過80nm，將Hg燈的546.07nm設(shè)置為中心波長，實際測得其576.96nm和579.07nm譜線的峰值波長測量誤差小于0.1nm。調(diào)節(jié)光柵5的轉(zhuǎn)角可重新設(shè)置掃描區(qū)域的中心波長，從而實現(xiàn)對不同光譜的測量。
權(quán)利要求1.一種振鏡掃描光譜儀，包括分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述分光系統(tǒng)包括入射狹縫(3)、準(zhǔn)光鏡(4)、平面光柵(5)、暗箱物鏡(6)和出射狹縫(8)它們在光路上依次排列；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括探測器(9)、I/O卡(10)和微機(12)、其中探測器(9)的光學(xué)探頭對準(zhǔn)出射狹縫(8)，其電信號輸出端接I/O卡(10)，I/O卡(10)又與微機(12)相連；其特征是還包括掃描系統(tǒng)和驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述掃描系統(tǒng)包括光學(xué)掃描振鏡(7)及其控制器(11)；掃描振鏡(7)位于分光系統(tǒng)的暗箱物鏡(6)和出射狹縫(8)之間；驅(qū)動控制系統(tǒng)包括I/O卡(10)和微機(12)，微機(12)的控制信號輸出端與I/O卡(10)的控制信號輸入端相連，I/O卡(10)的控制信號輸出端與控制器(11)相連，控制器(11)又與振鏡(7)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的振鏡掃描光譜儀，其特征是光學(xué)掃描振鏡(7)的反射面平行于光柵(5)的母線，并位于暗箱物鏡(6)的反射光束的光軸上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的振鏡掃描光譜儀，其特征是其特征是驅(qū)動光學(xué)掃描振鏡(7)掃描的波形為連續(xù)三角波，該連續(xù)三角波由微機(12)生成、通過I/O卡加載于掃描振鏡的控制器(11)上。
專利摘要本實用新型涉及一種振鏡掃描光譜儀,能在一段光譜區(qū)域快速獲得光譜信息分布和光譜信號的時間分辨信息分布。其特征是在傳統(tǒng)的平面光柵單色儀的出射狹縫和暗箱物鏡之間安裝一光學(xué)掃描振鏡,通過連續(xù)三角波驅(qū)動振鏡掃描,實現(xiàn)寬波段光譜信息的快速采集和時間分辨測量。本實用新型裝置可廣泛應(yīng)用于寬波段光譜測量和譜線輪廓測量,同時也適用于脈沖或連續(xù)輻射光源的光譜時間分辨動態(tài)診斷。
文檔編號G01J3/12GK2391183SQ9924614
公開日2000年8月9日 申請日期1999年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月8日
發(fā)明者林曉東, 蔡紅紅 申請人:深圳大學(xué)師范學(xué)院