一種凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置，包括光路上設(shè)置的反射鏡、光柵、與轉(zhuǎn)動桶隨動的狹縫、光電倍增管，轉(zhuǎn)動桶設(shè)有固定軸，并通過套設(shè)在轉(zhuǎn)動桶和電機(jī)上的傳動帶與電機(jī)連動，光電倍增管位于轉(zhuǎn)動桶外側(cè)；其特征在于，所述反射鏡為入射光反射鏡并安置在轉(zhuǎn)動桶桶壁內(nèi)側(cè)的固定軸端面上；所述光柵為凹面光柵；光柵與狹縫、光電倍增管位于同一層面上。（*該技術(shù)在2013年保護(hù)過期，可自由使用*）
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】專利說明 一、
本技術(shù)涉及光學(xué)儀器，尤其涉及一種對凹面光柵的圓光譜面通過機(jī)械掃描進(jìn)行高速光譜采集的凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置。二
技術(shù)介紹
在有些光譜測量中，需要高速連續(xù)地進(jìn)行光譜采集，一般光電探測器采用光電倍增管的系統(tǒng)，光譜高速采集常使用機(jī)械多狹縫掃描式方法。常用的裝置是多條狹縫分布在一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤平面上，且該平面與旋轉(zhuǎn)軸垂直。在光譜成像面為平面(直譜面)的情況，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤直徑較大時(shí)，旋轉(zhuǎn)狹縫在較小的運(yùn)動范圍內(nèi)(也就是測量的光譜帶寬較窄時(shí))可以近似為直線運(yùn)動，此時(shí)光譜采集精度和速度都很高；但此裝置對凹面光柵成像為圓光譜面的情況不合適，這是因?yàn)?，該狹縫的運(yùn)動軌跡是在平面上，與圓光譜面存在較大的位置誤差。公開號為2454767的技術(shù)專利“機(jī)械掃描式高速光譜采集裝置”，其結(jié)構(gòu)是采用在轉(zhuǎn)桶的桶壁上設(shè)置多條狹縫，且狹縫與旋轉(zhuǎn)軸平行，并通過桶內(nèi)設(shè)有的兩塊反射鏡，把桶外的與旋轉(zhuǎn)狹縫不在同一層面上的光柵的光譜引入旋轉(zhuǎn)桶內(nèi)，然后照到旋轉(zhuǎn)狹縫，再通過光電倍增管接收，這種裝置可適用于凹面光柵產(chǎn)生的圓光譜面的儀器，但其仍存在如下的缺點(diǎn)對于采用曲率半徑較大的凹面光柵的高分辨率的光譜儀器，當(dāng)測量光譜范圍也較大時(shí)，必然需要較大尺寸的高精度的平面反射鏡，而這種反射鏡加工困難、價(jià)格昂貴；又由于光路上的光柵、與轉(zhuǎn)動桶隨動的出射狹縫、光電倍增管不在同一層面上，因此光路中需要增加兩塊反射鏡折光，這樣增加了儀器調(diào)試的難度。三、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的主要目的在于克服現(xiàn)有產(chǎn)品存在的上述缺點(diǎn)，而提供一種凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置，采用小尺寸的平面反射鏡，把入射狹縫射出的光引入旋轉(zhuǎn)桶內(nèi)，這樣使光柵、旋轉(zhuǎn)狹縫和光電倍增管設(shè)在同一層面上，不但使裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，而且降低儀器的調(diào)試難度和制造成本；能夠達(dá)到在高速、高精度數(shù)據(jù)采集的情況下，獲得高分辨率的寬光譜范圍的數(shù)據(jù)采集結(jié)果，特別適合于采用差分吸收光譜法的空氣微量污染物的長光程監(jiān)測系統(tǒng)和污染源在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。本技術(shù)的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本技術(shù)凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置，包括光路上設(shè)置的反射鏡、光柵、與轉(zhuǎn)動桶隨動的狹縫、光電倍增管，轉(zhuǎn)動桶設(shè)有固定軸，并通過套設(shè)在固定軸和電機(jī)上的傳動帶與電機(jī)連動，光電倍增管位于轉(zhuǎn)動桶外側(cè)；其特征在于，所述反射鏡為入射光反射鏡并安置在轉(zhuǎn)動桶桶壁內(nèi)側(cè)的固定軸端面上；所述光柵為凹面光柵，光譜面成像在羅蘭圓上，光柵與狹縫、光電倍增管位于同一層面上。前述的凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置，其中凹面光柵固定在位于轉(zhuǎn)動桶內(nèi)側(cè)的桶軸的軸端平面上，凹面光柵的背面與轉(zhuǎn)動桶桶壁內(nèi)側(cè)設(shè)有間距。前述的凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置，其中凹面光柵固定在轉(zhuǎn)動桶外的支架上，其凹面與轉(zhuǎn)動桶桶壁外側(cè)設(shè)有間距。前述的凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置，其中光電倍增管前加設(shè)聚焦光學(xué)器。四附圖說明圖1是本技術(shù)一實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本技術(shù)另一實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號說明1固定軸、2凹面光柵、3轉(zhuǎn)動桶、4狹縫、5羅蘭圓、6聚焦光學(xué)器、7光電倍增管、8反射鏡、9電機(jī)、10固定支架、11傳動帶。五具體實(shí)施方式參閱圖1所示，本技術(shù)凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置的一實(shí)施例，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包括光路上設(shè)置的反射鏡8、光柵2、與轉(zhuǎn)動桶3隨動的狹縫4、光電倍增管7；其中，所述反射鏡為入射光反射鏡并安置在轉(zhuǎn)動桶桶壁內(nèi)側(cè)的固定軸端面上；轉(zhuǎn)動桶3設(shè)有固定軸，并通過套設(shè)在轉(zhuǎn)動桶3和電機(jī)9上的傳動帶11與電機(jī)連動，光電倍增管7位于轉(zhuǎn)動桶3外側(cè)；所述光柵2為凹面光柵，光譜面成像在羅蘭圓5上，光柵2與狹縫4、光電倍增管7位于同一層面上；狹縫4等距平行排列設(shè)置在轉(zhuǎn)動桶3上，狹縫4的軌跡面即為轉(zhuǎn)動桶3的桶壁內(nèi)表面，每條狹縫4的寬度相等，轉(zhuǎn)動桶3上最多可設(shè)置的狹縫4的數(shù)量由儀器的光譜范圍、分辨率和光柵的曲率半徑?jīng)Q定；凹面光柵2固定在位于轉(zhuǎn)動桶3內(nèi)的固定軸1的軸端平面上，該凹面光柵2的背面與轉(zhuǎn)動桶3的內(nèi)桶壁設(shè)有距離；當(dāng)測量的光譜范圍較大時(shí)，也就是所測量的光譜展開尺寸大于光電倍增管7的接收面口徑時(shí)，光電倍增管7與轉(zhuǎn)動桶3之間需加入聚焦光學(xué)器6。本裝置產(chǎn)生的光譜都成像在羅蘭圓5上。狹縫4的軌跡面與羅蘭圓5相交于光譜面的測量光譜段，對于采用曲率半徑更大的凹面光柵的光譜儀器，由于羅蘭圓5變大，使狹縫4的軌跡面與羅蘭圓5在光譜面的測量光譜段基本重合，因此測量精度非常高。本實(shí)施例的凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置用于采集光譜范圍200nm至480nm時(shí)，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下反射鏡8的面積為20×20mm2，轉(zhuǎn)動桶3的桶壁上設(shè)有10個(gè)狹縫4，每個(gè)狹縫寬度都為0.05mm，凹面光柵2采用曲率半徑為226mm、刻線數(shù)為1200線/毫米的全息凹面光柵，該凹面光柵2的背面與轉(zhuǎn)動桶3內(nèi)壁(即狹縫軌跡)相距約1mm，狹縫軌跡面的內(nèi)徑設(shè)為238mm(等于凹面光柵的曲率半徑加12mm)，由于光柵2的設(shè)置，使羅蘭圓5的圓心與狹逢軌跡的圓心相距6mm，兩圓的交點(diǎn)P位于光譜面的340nm位置，轉(zhuǎn)動桶3的轉(zhuǎn)速約14轉(zhuǎn)/秒，聚焦光學(xué)器6的通光口徑設(shè)為72mm，接收光電探測器采用光電倍增管7。使用時(shí)，接通電源，轉(zhuǎn)動桶3通過套設(shè)傳動帶11被電機(jī)9帶動，圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)；光柵的入射光，是經(jīng)由轉(zhuǎn)動桶3外的入射狹縫，傳到轉(zhuǎn)動桶3內(nèi)的固定軸端平面上的反射鏡8而引入到轉(zhuǎn)動桶內(nèi)，然后射入到凹面光柵2上，凹面光柵2對光除產(chǎn)生衍射外，還兼具有準(zhǔn)直和聚焦作用，本裝置產(chǎn)生的光譜都成像在羅蘭圓5上；當(dāng)狹縫4掃過羅蘭圓5上的被測光譜段時(shí)，光經(jīng)狹縫4進(jìn)入聚焦光學(xué)器6，然后會聚到光電倍增管7，此時(shí)給出采樣起始信號，然后以固定頻率采樣，也可以由安裝在轉(zhuǎn)動桶3上的同軸的光電編碼器(圖中未示)精確給出每一個(gè)采樣信號，這樣光電倍增管7將接收到的光譜信息轉(zhuǎn)變成電信號，即得到光譜數(shù)據(jù)。由于反射鏡8只是引入入射狹縫的光，故可用較小的尺寸，因此加工容易、價(jià)格低廉；更主要的是由于光路上設(shè)置的光柵、旋轉(zhuǎn)狹縫和光電倍增管都在同一層面上，這樣可以大大降低儀器的調(diào)試難度；特別是對于采用曲率半徑更大的凹面光柵的高分辨率的光譜儀器，這一效果會更加明顯。由于凹面光柵的曲率半徑越大，羅蘭圓5的直徑隨著增大，由于狹縫軌跡面的內(nèi)徑等于凹面光柵的曲率半徑加12mm，因此該狹縫軌跡面的內(nèi)徑也隨著增大，而羅蘭圓5的圓心與狹縫軌跡的圓心距離不變(仍為6mm)，因此羅蘭圓5與狹縫軌跡面在光譜面的測量光譜段的重合性越好，使測量精度可以進(jìn)一步提高；也就是說，本裝置更適合于光譜測量范圍寬、光柵分辨率高、光譜采集速率高的情況。參閱圖2所示，本技術(shù)凹面光柵光譜儀的多狹縫掃描式高速光譜采集裝置的另一實(shí)施例，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包括光路上設(shè)置的反射鏡8、光柵2、與轉(zhuǎn)動桶3隨動的狹縫4、光電倍增管7；其中，所述反射鏡為入射光反射鏡并安置在轉(zhuǎn)動桶桶壁內(nèi)側(cè)的固定軸端面上；轉(zhuǎn)動桶3設(shè)有固定軸，并通過套設(shè)在轉(zhuǎn)動桶3和電機(jī)9上的傳動帶11與電機(jī)連動，光電倍增管7位于轉(zhuǎn)動桶3外側(cè)；所述光柵2為凹面光柵，光譜面成像在羅蘭圓5上，光柵2與狹縫4、光電倍增管7位于同一層面上；狹縫4等距平行軸向排列設(shè)置在轉(zhuǎn)動桶3的桶壁外面上，狹縫4的軌跡面即本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張帆，姚建銓，
申請(專利權(quán))人：天津市三博科技有限公司，
類型：實(shí)用新型
國別省市：
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