[發明專利]具有自調整校準功能的激光感生光譜測量裝置及控制方法

無效

• 申請號: 200910075576.3
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101666745A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 賈鎖堂;張生俊;尹王保;閻高偉;王紅兵;李平柱;羅振紅;王學欽;張雷
• 申請（專利權）人: 太原市海通自動化技術有限公司;山西大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/01
• 代理公司: 山西太原科衛專利事務所
• 代理人: 朱 源;駱 洋

1.一種具有自調整校準功能的激光感生光譜測量裝置，包括待測物品放置平臺(1)、光譜采集分析組件；所述光譜采集分析組件包含光譜儀(2)、受光譜儀(2)控制的脈沖激光器(3)、至少一個經傳導光纖(4)與光譜儀(2)相應通道相連的光纖探頭(7)，待測物品放置平臺(1)置于脈沖激光器(3)的正下方，脈沖激光器(3)的光學窗口與待測物品放置平臺(1)正對設置，且脈沖激光器(3)的光學窗口前設置有聚焦透鏡(10)；其特征在于：所述測量裝置還包括計算機(11)、輔助光源組件、以及計算機(11)經由電控單元(33)控制的對焦調整組件和光纖探頭角度調整組件，光譜采集分析組件中的光譜儀(2)與計算機(11)相連；

所述對焦調整組件包括光學放大透鏡組(12)、經光學放大透鏡組(12)與待測物品放置平臺(1)上與聚焦透鏡(10)正對區域正對的CCD圖像傳感器(13)、以及設置于待測物品放置平臺(1)下的電動升降機構(14)，CCD圖像傳感器(13)經接口電路(15)與計算機(11)相連，電動升降機構(14)與電控單元(33)相連；

所述光纖探頭角度調整組件由各光纖探頭(7)分別配設的電控旋轉裝置(16)構成，各電控旋轉裝置(16)與電控單元(33)相連；

所述輔助光源組件包含與計算機(11)相連的電控恒流源(19)、以45°角傾斜設置于脈沖激光器(3)與聚焦透鏡(10)之間的選擇透反透鏡(20)、與光纖探頭(7)一一對應的頻段校準光源(21)，頻段校準光源(21)發出的光的波長在對應光纖探頭(7)的光譜測量范圍內，各頻段校準光源(21)與選擇透反透鏡(20)之間設置有使頻段校準光源(21)發出的光由選擇透反透鏡(20)反射后平行入射聚焦透鏡(10)的光學鏡片組件(24)，或者頻段校準光源(21)發出的光直接經由選擇透反透鏡(20)反射后平行入射聚焦透鏡(10)，各頻段校準光源(21)與電控恒流源(19)相連。

2.權利要求1所述具有自調整校準功能的激光感生光譜測量裝置的控制方法，包括對焦調整步驟和光纖探頭角度調整步驟；其特征在于：

所述對焦調整步驟包含如下步驟：

a、將被分析物質(29)放于待測物品放置平臺(1)上；

b、由計算機(11)控制電控恒流源(19)打開任一頻段校準光源(21)，被打開頻段校準光源(21)發出恒定亮度的平行光，直接經由選擇透反透鏡(20)反射后平行入射聚焦透鏡(10)，或者經由光學鏡片組件(24)入射選擇透反透鏡(20)，經選擇透反透鏡(20)反射后平行入射聚焦透鏡(10)，經聚焦透鏡(10)聚焦，在被分析物質(29)表面形成光斑(30)；

c、由計算機(11)經接口電路(15)控制CCD圖像傳感器(13)實時采集光斑圖像，并對光斑圖像處理后，計算光斑核的有效面積；其中，CCD圖像傳感器(13)前的光學放大透鏡組(12)實現光斑(30)放大，便于光斑(30)在CCD圖像傳感器(13)上成像；

d、計算機(11)根據計算得到的光斑核有效面積數據，經電控單元(33)控制待測物品放置平臺(1)下的電動升降機構(14)動作，使電動升降機構(14)帶動待測物品放置平臺(1)向著光斑核有效面積減少的方向升降，直到光斑核有效面積減少到計算機(11)內保存的預定閾值以下，則控制電動升降機構(14)停動，完成測量裝置對焦；

所述光纖探頭角度調整步驟包含如下步驟：

e、由計算機(11)控制電控恒流源(19)打開其中一頻段校準光源(21)，被打開頻段校準光源(21)發出恒定亮度的平行光，直接經由選擇透反透鏡(20)反射后平行入射聚焦透鏡(10)，或者經由光學鏡片組件(24)入射選擇透反透鏡(20)，經選擇透反透鏡(20)反射后平行入射聚焦透鏡(10)，經聚焦透鏡(10)聚焦，在被分析物質(29)表面形成光斑(30)；

f、由計算機(11)確定光纖探頭掃描范圍(31)、及掃描起始點(32)，要保證光斑(30)位于光纖探頭掃描范圍(31)內，并啟動光譜儀(2)；

g、計算機(11)經電控單元(33)控制與被打開頻段校準光源(21)對應的光纖探頭(7)配置的電控旋轉裝置(16)動作，使該電控旋轉裝置(16)帶動光纖探頭(7)由掃描起始點(32)開始，在步驟f中確定的光纖探頭掃描范圍(31)內逐行或逐列進行掃描，尋找光斑(30)；同時，計算機(11)經由光譜儀(2)實時讀取與被打開頻段校準光源(16)對應的光纖探頭(7)的實時掃描數據D(λ_i)，計算與實時掃描數據D(λ_i)對應的平均值D，比較實時掃描數據D(λ_i)中與被打開頻段校準光源(21)發出光的波長對應的數據值與平均值D大小；

h、當實時掃描數據D(λ_i)中與被打開頻段校準光源(21)發出光的波長對應的數據值明顯大于實時掃描數據D(λ_i)的平均值D時，計算機(11)采用爬山法控制與被打開頻段校準光源(21)對應的光纖探頭(7)配置的電控旋轉裝置(16)動作，使該電控旋轉裝置(16)帶動光纖探頭(7)進行微步距掃描，直至在實時掃描數據D(λ_i)中獲得與被打開頻段校準光源(21)發出光的波長對應的最大數據值，則控制與被打開頻段校準光源(21)對應的光纖探頭(7)配置的電控旋轉裝置(16)停動，完成測量裝置中與被打開頻段校準光源(21)對應的光纖探頭(7)對準調整；

其中，如實時掃描數據D(λ_i)中與被打開頻段校準光源(21)發出光的波長對應的數據值為光譜儀(2)輸出量程的最大值時，則說明光斑(30)亮度太強導致光譜儀(2)輸入飽和，則由計算機(11)控制電控恒流源(19)降低被打開頻段校準光源(21)的發光強度，重復進行步驟g、h，直至完成測量裝置中與被打開頻段校準光源(21)對應的光纖探頭(7)對準調整；

i、重復進行步驟e至h，直至完成測量裝置中所有光纖探頭(7)的對準調整。