[實用新型]溫度穩定光譜儀

有效

• 申請號: 201820956796.1
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN208313433U
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 埃德加·吉尼奧;周星
• 申請（專利權）人: 昆山明視測量系統有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 唐靜芳

本實用新型涉及一種溫度穩定光譜儀，包括外殼、光柵元件、陣列探測器、支架以及至少一個補償基底，光柵元件、陣列探測器、支架和補償基底設置在外殼內，陣列探測器通過支架固定在所述外殼內，溫度穩定光譜儀還包括入射狹縫，補償基底使光柵元件與入射狹縫之間的距離恒定、光柵元件與陣列探測器之間的距離恒定；光線通過入射狹縫進入外殼，照射到光柵元件上后進行衍射，然后通過陣列探測器進行讀取和轉化。該溫度穩定光譜儀以較低的成本實現了光譜儀的溫度穩定，使其能在大溫度區間下工作，而無需主動控制溫度或通過機械方式進行主動溫度補償，具有更好的應用前景。

技術領域

本實用新型涉及一種溫度穩定光譜儀。

背景技術

光學元件被安裝固定在精確位置上，并且這些元件相對位置需要非常穩定。但是，大多數材料隨著溫度的升高而膨脹。光譜儀的常用材料就是鋁，它的熱膨脹系數為23×10^-6/℃。材料的熱膨脹導致焦距的改變從而影響了光學結構。如果光輸入狹縫與光柵之間的距離變大，衍射光的焦點會向光柵方向移動，遠離探測器。這種失焦會影響測量光的強度。衍射角變化和傳感器陣列相對于光譜的位移會影響波長精度的熱穩定性(可以通過絕對波長讀出，傳感器可以有單獨的溫度靈敏度)。

光譜儀的熱穩定性可以用多種方法實現，被動或主動的。由于復雜性、所消耗的材料或熱補償方法，所述方法可能導致部件成本的增加。所以，光譜儀生產商要對易用性、用戶成本、組件價格、復雜性、可制造性進行全面思考。對于用戶來說，重要的是光譜儀相對應的性能與可接受的成本相平衡。

為了限制溫度變化的有害影響，有幾種方法：

一種明顯的方法是被動的：使用具有非常低的熱膨脹系數的材料。這種方法是最簡單的，因為它直接解決了問題：為了避免熱膨脹，DE102011082468B4使用的碳纖維增強塑料具有非常低的熱膨脹系數為0.2×10^-6/℃(石英玻璃的熱膨脹系數為0.75×10^-6/℃)。在DE3211868A1中，使用與玻璃匹配的陶瓷材料。

第二種方法是熱補償，它有兩種類型。第一種是主動補償。尺寸的變化與主動致動器等方法抵消。第二種類型是通過使用另一種具有不同熱性質的材料來補償，對這種材料的正確使用可以補償尺寸的變化。在專利USB 8891082B2中描述了一個例子，熱膨脹導致衍射光到達探測器上是失焦的。為了消除這種影響，成像位置被移到更接近光柵。這種方法是被動的，這種移動是由光譜儀所經歷的相同的溫度變化所引起的。

第三種方法是穩定光譜儀的溫度。這是通過熱耦合將光譜儀連接到溫度控制基板上，或者通過在光譜儀主體上安裝加熱元件。電子反饋裝置可以讓光譜儀保持在恒定的溫度。但是，附加的電子元件和加熱元件增加了成本。

第四種方法是通過校正數據，例如，跟蹤參考波長的變化。用包含參考波長的入射光，并且在測量光譜之前或同時測量該參考波長。然后基于參考波長的來校正測量的光譜。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種溫度穩定光譜儀，其通過設置補償基底來補充光譜儀外殼的熱膨脹來維持光學元件的光學距離，從而實現溫度穩定。

為達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種溫度穩定光譜儀，包括外殼、光柵元件、陣列探測器、支架以及至少一個補償基底，所述光柵元件、陣列探測器、支架和補償基底設置在所述外殼內，所述陣列探測器通過所述支架固定在所述外殼內，所述溫度穩定光譜儀還包括入射狹縫，所述補償基底使所述光柵元件與所述入射狹縫之間的距離恒定、所述光柵元件與所述陣列探測器之間的距離恒定；光線通過所述入射狹縫進入所述外殼，照射到所述光柵元件上后進行衍射，然后通過所述陣列探測器進行讀取和轉化。

進一步地，所述補償基底的熱膨脹系數大于所述外殼的熱膨脹系數。

進一步地，所述入射狹縫設置在所述外殼上，或者，所述入射狹縫設置在外接SMA光纖連接器上。