[發(fā)明專利]基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀及其光譜檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710272074.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN107084790A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁暉;陳宸;韓春陽(yáng);祁勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

1.一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀，其特征在于：包括智能手機(jī)以及裝配在智能手機(jī)攝像頭(4)上的光譜儀外設(shè)模塊；光譜儀外設(shè)模塊包括用于收集待測(cè)光信號(hào)的傳導(dǎo)光纖(1)、用于對(duì)待測(cè)光信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直整形得到平行光的光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)，以及用于對(duì)平行光進(jìn)行色散分光形成波長(zhǎng)依次排列的色散條紋的光學(xué)色散系統(tǒng)，光學(xué)色散系統(tǒng)位于智能手機(jī)攝像頭(4)的前方；智能手機(jī)攝像頭(4)用于對(duì)色散條紋進(jìn)行拍攝得到彩色條紋圖片，智能手機(jī)攝像頭(4)連接用于根據(jù)彩色條紋圖片繪制光譜曲線的數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊連接顯示模塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀，其特征在于：光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)包括用于將信號(hào)光束準(zhǔn)直為平行光的準(zhǔn)直透鏡(2-1)，以及用于平行光透過并對(duì)平行光進(jìn)行整形的入射狹縫(2-2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀，其特征在于：準(zhǔn)直透鏡(2-1)的焦距為10mm～100mm；入射狹縫(2-2)的寬度為5um～2mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀，其特征在于：光學(xué)色散系統(tǒng)采用平面衍射光柵(3)；入射狹縫(2-2)的狹縫方向與平面衍射光柵(3)的刻線方向平行。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀，其特征在于：平面衍射光柵(3)和智能手機(jī)攝像頭(4)之間有夾角距離l，

θ=arcsin(sin i+λcd)]]>

其中，θ為平面衍射光柵衍射角，i為平面衍射光柵入射角，d為平面衍射光柵(3)的光柵常數(shù)；λ_c為中心波長(zhǎng)；

l≤D2tan(Δθ2)]]>

其中，D為智能手機(jī)攝像頭(4)的有效收光孔徑，Δθ為平面衍射光柵(3)的衍射角范圍。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀，其特征在于：平面衍射光柵(3)的光柵常數(shù)為600刻線/mm，平面衍射光柵入射角i為0～45度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀，其特征在于：顯示模塊采用手機(jī)顯示屏(5)。

8.一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀的光譜檢測(cè)方法：其特征在于：包括以下步驟：

(1)收集待測(cè)光信號(hào)；

(2)對(duì)待測(cè)光信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直整形和色散分光，形成按波長(zhǎng)依次排列的色散條紋；

(3)通過智能手機(jī)對(duì)步驟(2)得到的色散條紋進(jìn)行拍攝，形成按波長(zhǎng)依次排列的彩色條紋圖片；

(4)獲取步驟(3)得到的彩色條紋圖片每個(gè)像素位置點(diǎn)的RGB值，并計(jì)算每個(gè)像素位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)值I，得到數(shù)組I(x)，其中x為圖片像素位置點(diǎn)坐標(biāo)；

(5)根據(jù)波長(zhǎng)-像素位置標(biāo)定數(shù)據(jù)λ(x)，將數(shù)組I(x)中的x以對(duì)應(yīng)的λ替換，得到波長(zhǎng)與光強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系I(λ)，繪制數(shù)據(jù)I(λ)對(duì)應(yīng)的光譜曲線，完成基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀的光譜檢測(cè)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀的光譜檢測(cè)方法：其特征在于：步驟(4)中光強(qiáng)值I的計(jì)算公式如下：

I＝Max(R,G,B)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于智能手機(jī)的便攜式光譜儀的光譜檢測(cè)方法：其特征在于：步驟(5)中波長(zhǎng)-像素位置標(biāo)定數(shù)據(jù)λ(x)的標(biāo)定步驟如下：

a)使用四個(gè)確定波長(zhǎng)且分別為λ₁,λ₂,λ₃和λ₄的光源，通過步驟(1)至步驟(3)，探測(cè)得到這四個(gè)波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)的像素坐標(biāo)位置x₁,x₂,x₃和x₄，并記為波長(zhǎng)λ＝[λ₁ λ₂ λ₃ λ₄]，像素坐標(biāo)位置x＝[x₁ x₂ x₃ x₄]；

b)以波長(zhǎng)λ為函數(shù)輸出值，像素坐標(biāo)位置x為函數(shù)變量，在Matlab中對(duì)波長(zhǎng)λ和像素坐標(biāo)位置x進(jìn)行線性擬合，得到λ(x)。