[發(fā)明專利]快速探測寬譜面光譜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710058715.2
• 申請日: 2007-08-10
• 公開（公告）號: CN101135589A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 王慶有
• 申請（專利權(quán)）人: 天津市耀輝光電技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 王麗

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于光柵攝譜儀快速探測寬譜面光譜的技術(shù)，應用該項發(fā)明能夠使常規(guī)光柵攝譜儀升級為三維顯示方式的快速探測寬譜面的光柵攝譜儀器。

背景技術(shù)

目前，國內(nèi)生產(chǎn)的各種型號光柵攝譜儀的共同特點是用感光膠片攝取譜面上的光譜，曝光后再經(jīng)過沖洗才能獲得譜面的光譜。沖洗出來的光譜圖還必須進行譜圖分析，實在耽誤時間，沖洗過程中因時間的掌握與控制、藥液的濃度、溫度的控制與熟練程度等原因不可避免地對光譜強度或圖像灰度的控制不可能具有很高的重復性，影響光譜強度的測量；另外由于感光膠片的感光度和感光響應的線性均存在誤差，不可能準確反映實際的即時光譜，因此，直接影響光譜分析的質(zhì)量和效率。盡管以線陣CCD為光電傳感器的多通道光譜探測器基本能夠解決上述問題，但是，線陣CCD的幾何尺寸太小，不會超過50mm，而攝譜儀譜面很寬，一般為240mm,因而單個線陣CCD多通道光譜探測器不能滿足寬譜面光譜探測的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為加快光譜探測與分析的速度，準確、及時采集寬范圍的光譜，提升光柵攝譜儀的先進性和科學性而提出此發(fā)明。此項發(fā)明的實施必將有利于光柵攝譜儀在物質(zhì)成分的分析方面提供更為科學的數(shù)字化三維數(shù)據(jù)顯示的信息資料。

本發(fā)明的快速探測寬譜面光譜的方法，包括多個CCD器件拼接探測光柵攝譜儀寬闊譜面的光譜、同步并行數(shù)據(jù)采集技術(shù)和三維顯示不同時段光譜的技術(shù)。

所述的快速探測寬譜面光譜的方法，是在光柵攝譜儀的譜面位置安裝由多個線陣CCD器件首尾交錯拼接，并使前面CCD的末尾像元與后面CCD的首像元在垂直像元排列方向上重合。拼接時使兩行線陣CCD像敏陣列的中心距小于等于12mm,拼接起來的探測器在240mm寬的范圍內(nèi)探測譜線高度超過12mm高的光譜。

所述的多個線陣CCD在同步驅(qū)動器的作用下同步并行輸出多個時序信號，采用多路同步并行A/D轉(zhuǎn)換器進行同步并行轉(zhuǎn)換的方法，由同步邏輯控制器產(chǎn)生同步A/D轉(zhuǎn)換的啟動脈沖，控制多路A/D轉(zhuǎn)換器對多個時序信號進行并行轉(zhuǎn)換并分別存于相應的靜態(tài)存儲器，然后再經(jīng)計算機接口電路送入計算機內(nèi)存。

所述的探測寬譜面光譜由三維圖譜的顯示，送入計算機內(nèi)存的數(shù)據(jù)在軟件的支持下將所采集的光譜數(shù)據(jù)按采集時間間隔、光譜波長和光譜強度等三維坐標以圖像與三維坐標的方式顯示所采集的光譜，在計算機顯示器上以X、Y、Z直角坐標系顯示快速測出的光譜線圖與譜圖。

多個線陣CCD在同步驅(qū)動器的作用下并行輸出所探測的光譜信號，采用多路同步并行A/D轉(zhuǎn)換器進行同步并行轉(zhuǎn)換使探測譜面寬度為240mm的時間僅為一個線陣CCD信號的輸出時間，例如發(fā)明裝置采用8只線陣CCD傳感器并行數(shù)據(jù)采集的時間要比用一個線陣CCD傳感器探測240mm寬的譜面至少要進行8次旋轉(zhuǎn)光柵和采集8次線陣CCD傳感器的輸出信號，所花費的時間遠遠大于專利方案所用時間的8倍。另外，掃描方式不可能像感光膠片那樣獲得同一時刻整個譜面上的光譜，而本發(fā)明的光譜探測裝置不但能夠像感光膠片那樣獲得同一時刻整個譜面上的光譜，還能夠在最短時間內(nèi)得到整個譜面上的各個光譜數(shù)據(jù)，這是膠片方式無法比擬的優(yōu)點。

同步并行轉(zhuǎn)換方法的實施方案為：由同步邏輯控制器產(chǎn)生控制各路A/D轉(zhuǎn)換器件(51～58)均按線陣CCD驅(qū)動器的行同步與像元同步脈沖進行啟動、轉(zhuǎn)換與存儲，由于光譜采集的特點是采集時間較轉(zhuǎn)換時間長，而計算機傳輸數(shù)據(jù)的時間很短。因此，在線陣CCD的一行光積分時間內(nèi)完全可以將同步轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送到計算機內(nèi)存。即整個數(shù)據(jù)采集過程能夠在一個光積分時間內(nèi)完成。

本發(fā)明提供的技術(shù)不僅含有線陣CCD器件按機械拼接方式實現(xiàn)無縫拼接的技術(shù)、多路并行數(shù)據(jù)采集的技術(shù)還包括以三維空間圖像顯示方式顯示所采光譜的技術(shù)。不僅加快探測速度，而且能夠探測不同時間段光譜的變化和同一時刻譜面各光譜的強度。這對動態(tài)分析物質(zhì)成分的變化過程具有非常重要的意義。

附圖說明

圖1：快速三維光譜探測器結(jié)構(gòu)圖；

圖2：光譜探測板圖；

圖3：多路A/D數(shù)據(jù)采集板；

圖4：USB接口板。