[發(fā)明專利]一種快速測量材料透射率或反射率的小型光譜儀

無效

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• 申請日: 2012-07-18
• 公開（公告）號: CN102768199A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張師平;陳森;吳平
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/47;G01N21/55
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光譜測試裝置技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種簡易、便宜、便攜的小型光譜儀實驗裝置。

背景技術(shù)

一般的光譜儀是由光路系統(tǒng)、分光設(shè)備、光強采集設(shè)備以及信號處理設(shè)備組成，這些系統(tǒng)不僅設(shè)計復雜、價格昂貴，而且設(shè)備沉重不便于攜帶。發(fā)光二極管（LED）是近幾年來迅速崛起的半導體光電器件，它具有單色性好、亮度高、發(fā)光響應速度快、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點，被廣泛用于汽車、手機、顯示屏、電子儀器等系統(tǒng)的照明。而硅光電池作為光伏器件具有較寬的光譜響應范圍可以作為光電探測器使用。兩者的結(jié)合使一種簡單、便攜的小型光譜儀的設(shè)計成為可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種采用單色發(fā)光二極管（LED）作為光源、采用硅光電二極管（或硅光電池、光敏電阻等）作為光強的采集單元小型光譜儀。本裝置用單色LED作為光譜儀的光源，無需大型光譜儀中復雜的分光部件，簡化了光譜儀的結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了穩(wěn)定性；用硅光電二極管作為光強的采集部件（或硅光電池、光敏電阻等），具有較高的儀器靈敏度，同時也具有電路簡單、成本低廉等特點。

一種快速測量材料透射率或反射率的小型光譜儀，光譜儀包括：多組單色LED發(fā)光單元、光強采集單元以及結(jié)果顯示單元；

所述發(fā)光單元的結(jié)構(gòu)為：單色發(fā)光二極管（LED）焊接在LED鋁基板及其散熱器上，并在單色發(fā)光二極管上裝有LED透鏡，將裝有鋁基板的LED固定在發(fā)光單元底座底座上并用導線與發(fā)光單元接線柱相連。使用時將發(fā)光單元接線柱外接恒流源，為LED提供穩(wěn)定電力；LED鋁基板及其散熱器可以將LED工作中發(fā)出的熱量有效消除，保證了LED工作的穩(wěn)定性；LED透鏡可將LED發(fā)出的單色光匯聚形成近平行光。本裝置選取不同發(fā)光波長的單色LED組成發(fā)光單元，波長選取范圍可以從200nm到1100nm甚至更寬。

所述光強采集單元的結(jié)構(gòu)為：硅光電二極管及其外圍電路（硅光電池或光敏電阻）固定在光強采集單元底座上并使用導線與光強采集單元接線柱相連。硅光電二極管（硅光電池或光敏電阻）可以將光信號轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)過外圍電路的處理可以對電信號進行調(diào)制、放大。

所述結(jié)果顯示單元的結(jié)構(gòu)為：數(shù)字電壓表或數(shù)字表、調(diào)節(jié)旋鈕及其外圍電路安裝在結(jié)果顯示單元底座上并與結(jié)果顯示單元接線柱用導線相連。

工作時，單色光源發(fā)出單色光照射在被測材料上，部分光線被材料反射或者吸收，剩下的部分光透過材料照射在光強采集單元上，光強采集單元將光強轉(zhuǎn)換成電信號顯示在相對光強的結(jié)果顯示單元上。

本裝置與現(xiàn)有普通光譜儀相比具有以下特點：

1)????????本裝置采用單色LED作為發(fā)光單元，無需普通光譜儀中復雜的分光部件，在市場上有很多不同中心波長的LED可供選擇，為本裝置的適用性提供了有力的保障，同時縮減了儀器的成本，提高了儀器的可靠性；

2)????????本裝置采用硅光電二極管作為光強的采集部件，具有儀器靈敏度高、電路簡單、成本低廉等特點；

3)????????本裝置的三部分模塊既可以制作成一整臺光譜儀，也可以作為三個分離的模塊組合使用。使用者可以根據(jù)實際情況選擇不同模塊完成測量，具有很高的靈活性；

4)????????本裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，操作簡便，造價低廉，能耗低，使用壽命長，攜帶方便等特點。

附圖說明

圖1發(fā)光單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2光強采集單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3結(jié)果顯示單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、發(fā)光單元接線柱，2、LED鋁基板及其散熱器，3、單色發(fā)光二極管（LED），4、LED透鏡，5、光強采集單元接線柱，6、硅光電二極管及其外圍電路，7、數(shù)字電壓表或數(shù)字電流表，8、調(diào)節(jié)旋鈕及外圍電路，9、結(jié)果顯示單元接線柱、10、發(fā)光單元底座，11、光強采集單元底座，12、結(jié)果顯示單元底座。

具體實施方式

圖1～3分別為本裝置的發(fā)光單元、光強采集單元和結(jié)果顯示單元。