[發(fā)明專利]一種基于定頻率光柵和單點(diǎn)傳感器的光譜探測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010156344.7
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111207832B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 涂德華;張鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/18
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學(xué)俊

本發(fā)明提出一種定頻率光柵單點(diǎn)傳感器光譜探測系統(tǒng)，所述光柵傳感器光譜探測系統(tǒng)包括光柵擺動件、擺動動力源和信號接收件；所述光柵擺動件的擺動部位處固定有光柵部件；所述光柵傳感器光譜探測系統(tǒng)輸入的光信號經(jīng)光柵部件衍射后形成不同波長的線光束對外輸出；所述光柵傳感器光譜探測系統(tǒng)的工作方法為：所述光柵擺動件在擺動動力源驅(qū)動下在設(shè)定的擺動范圍內(nèi)以預(yù)設(shè)頻率周期擺動，使光柵部件輸出的線光束在信號接收件處形成可處理的定頻信號；本發(fā)明不依靠旋轉(zhuǎn)光柵或數(shù)字微鏡技術(shù)，能利用定頻率擺動光柵組合單點(diǎn)探測器實(shí)現(xiàn)光譜探測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于定頻率光柵和單點(diǎn)傳感器的光譜探測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在光柵光譜儀器發(fā)展歷程中，初期采用光柵及光電耦合傳感器（CCD或CMOS）或其他探測器來識別各種光譜。為了辨別波長接近的光譜及降低光信號提取難度，有學(xué)者發(fā)明了旋轉(zhuǎn)光柵技術(shù)；如清華大學(xué)與日本國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所在2002年設(shè)計的旋轉(zhuǎn)光柵調(diào)制傅里葉變換頻譜儀，及中國發(fā)明專利CN 101464210B（光柵檢測儀）和CN 104833816B （基于旋轉(zhuǎn)光柵的激光多普勒測速裝置及測速方法）；為了降低光譜儀器的成本，有學(xué)者發(fā)明線陣或面陣非制冷紅外探測器取代價格昂貴的光電耦合傳感器。如中國發(fā)明專利CN101692456B（一種集成濾光微結(jié)構(gòu)的InGaAs線列或面陣探測器）和CN 104748858B （一種InGaAs短波紅外探測器信號處理系統(tǒng)）；近幾年，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)和微光學(xué)技術(shù)一體化協(xié)調(diào)控制的數(shù)字微鏡(DMD)技術(shù)的推廣及應(yīng)用，光柵光譜儀器引入了數(shù)字微鏡，推出了更高性價比、提取信號效果更好的光譜儀器。如中國發(fā)明專利CN106289529（基于分區(qū)式數(shù)字微鏡的高光通量光譜儀）；為了降低成本，結(jié)合數(shù)字微鏡優(yōu)勢，推出了單點(diǎn)探測器的光譜儀器，如中國發(fā)明CN 105527021B （一種基于數(shù)字微鏡器件的像素級掃描光譜成像系統(tǒng)及成像方法）。

但現(xiàn)有對波長接近光譜的提取與識別技術(shù)存在以下主要缺陷或不便。

1.旋轉(zhuǎn)光柵結(jié)構(gòu)由于使用時間長，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)及電機(jī)存在容易損壞及可靠性不高現(xiàn)象；而性能好、壽命高的電機(jī)成本昂貴。

2.采用電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)）控制旋轉(zhuǎn)光柵，由于電機(jī)的運(yùn)動精度、響應(yīng)時間等問題，后端的光電信號處理，存在頻率波動大、信號變化不規(guī)律的缺陷；

3.采用光電耦合傳感器（CCD或CMOS）或線陣、面陣非制冷紅外探測器，相對于單點(diǎn)探測器，存在成本過高及運(yùn)算數(shù)據(jù)多的缺陷；

4. 集合光、機(jī)、電一體控制的數(shù)字微鏡專利及制造技術(shù)，還掌握在國外公司手中，價格貴并存在自主可控性差的問題；

本申請?zhí)岚敢鉀Q的技術(shù)問題，不依靠旋轉(zhuǎn)光柵或數(shù)字微鏡技術(shù)，利用定頻率擺動光柵組合單點(diǎn)探測器實(shí)現(xiàn)光譜探測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于定頻率光柵和單點(diǎn)傳感器的光譜探測系統(tǒng)及方法，不依靠旋轉(zhuǎn)光柵或數(shù)字微鏡技術(shù)，而是利用定頻率擺動光柵組合單點(diǎn)探測器實(shí)現(xiàn)光譜探測。

一種基于定頻率光柵和單點(diǎn)傳感器的光譜探測系統(tǒng)，所述光柵傳感器光譜探測系統(tǒng)包括光柵擺動件（1）、擺動動力源和信號接收件；所述光柵擺動件的擺動部位（11）處固定有光柵部件（12）；所述光柵傳感器光譜探測系統(tǒng)輸入的光信號（3）經(jīng)光柵部件衍射后形成不同波長的線光束（4）對外輸出；

所述光柵傳感器光譜探測系統(tǒng)的工作方法為：所述光柵擺動件在擺動動力源驅(qū)動下在設(shè)定的擺動范圍內(nèi)以預(yù)設(shè)頻率周期擺動，使光柵部件輸出的線光束在信號接收件（2）處形成可處理的定頻信號。

所述光柵傳感器光譜探測系統(tǒng)通過狹縫結(jié)構(gòu)或光纖部件使光柵傳感器光譜探測系統(tǒng)輸入的光信號到達(dá)光柵部件。

所述光柵擺動件的擺動頻率不采用日常照明電源的50HZ或60HZ倍數(shù)。