[發明專利]一種消除光柵光譜儀高級衍射影響的方法

在審

• 申請號: 201910910879.6
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110487404A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 葉高翱;江文濤;林新苗
• 申請（專利權）人: 臺州市維譜智能科技有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 33101 杭州九洲專利事務所有限公司
• 代理人: 沈建琴<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種消除光柵光譜儀高級衍射影響的方法，包括標定過程和實測過程。標定過程包括：根據光柵光譜儀的響應波長范圍，確定成像傳感器上衍射級次m的范圍；從m最大的衍射級次向最小的衍射級次依次標定，重復下列步驟：選擇窄帶光源照射，使其波長范圍光的m級衍射落在成像傳感器上，且與一級衍射的成像位置不重疊；分別讀取成像傳感器的一級衍射光區域和高級衍射光區域，獲得每一個波長λ的一級和高級衍射光光強，計算校正系數并存儲。實測過程包括：使用光柵光譜儀獲得待測物體的原始光譜數據進行校正處理，得到其真實光譜數據。本發明使用簡單方法消除光柵光譜儀的高級衍射光影響，不增加系統復雜度，方便易用、成本低廉、數據質量高。

技術領域

本發明屬于光譜儀器領域，尤其涉及一種消除光柵光譜儀高級衍射影響的方法。

背景技術

光譜儀是一種高精度的光學傳感設備，通過測量物質對不同波長的光的吸收、反射和散射等效率的不同來判斷物質各種物理化學成分。基于光譜儀的物質分析技術具有速度快、準確性高和無損檢測等優點，目前已經被廣泛應用于各個行業中，比如工業生產線、農業病蟲害檢測、環境檢測、生物醫療、公共安全和海關緝私等。根據分光類型的不同，光譜儀可分為光柵型、棱鏡型和干涉型等不同種類，其中光柵光譜儀是目前應用最廣泛的一類光譜儀。

光柵光譜儀使用反射或者透射光柵作為分光器件，其分光特性由光柵方程決定：d×(sinα+sinβ)＝mλ；

其中d為光柵常數，α和β分別為入射到光柵上以及從光柵上出射的光線相對于光柵法線的角度，m是出射光的衍射級次，λ是光波長。由光柵方程可知，在d和α給定的情況下，不同級次m和不同波長λ的光，只要其乘積mλ相同，其出射角度β就相同，最終在傳感器上成像的位置也相同。這會導致光譜儀傳感面上的同一個位置會接收到多個波長的光線，從而影響光柵光譜儀的數據準確性。

絕大部分光柵光譜儀測量的是一級衍射光(m＝1)的光譜分布。如果高級衍射光(二級及二級以上衍射光)不加消除地進入光譜儀的成像傳感器，會帶來測量誤差。常用的消除高級衍射光影響的方法是采用消極次濾光片(order sorting filter)。這種方法需要在光路中插入特殊的濾光片來濾除高級衍射光，是目前商用光柵光譜儀采取的一種主流方法。但是額外增加的消極次濾光片不僅會影響光柵光譜儀的成像質量，還會增加儀器系統復雜度，使得儀器總體成本上升。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服上述問題，而提出了一種新型的消除光柵光譜儀高級衍射影響的方法。本方法分為兩個過程——標定過程和實測過程。用戶僅需在標定過程中測量一級衍射光與高級衍射光之間的光強比例關系，在后續實測過程中利用算法就可以消除高級衍射帶來的影響。

本發明的技術方案是：

本發明所述的一種消除光柵光譜儀高級衍射影響的方法，其特征在于：包括標定過程和實測過程，其中標定過程包括：

步驟A1：根據光柵光譜儀的響應波長范圍，確定光柵光譜儀的成像傳感器上接收到的衍射級次m的范圍；

步驟A2：從m最大的衍射級次m_max開始向最小的衍射級次m_min依次進行標定，重復下列步驟：

(1)選擇窄帶光源照射，使其該波長范圍光的m級衍射落在成像傳感器上，且與一級衍射的成像位置不發生重疊；

(2)讀取成像傳感器的一級衍射光區域，獲得每一個波長λ的一級衍射光的光強I₁(λ)＝I_raw(λ)，其中I_raw為成像傳感器上讀取的原始數據；

(3)讀取成像傳感器的高級衍射區域，獲取每一個波長λ的m級衍射光的光強其中，n為該區域內存在的所有比m更高的衍射級次，且mλ/n在窄帶光源的波長范圍內,R_n(mλ/n)為該區域存在的所有比m更高的衍射級次的校正系數；