[發(fā)明專利]一種基于AOTF的旋轉杯探測漫反射式光譜儀及實現(xiàn)方法

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• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112129713A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 徐睿;何志平;季海兵;鄭海燕;王振動;褚蓉玲;金海軍
• 申請（專利權）人: 上海中科航譜光電技術有限公司
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/47
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開了一種基于AOTF的旋轉杯探測漫反射式光譜儀及實現(xiàn)方法。該發(fā)明基于聲光可調(diào)諧濾波器的電控分光特性，經(jīng)AOTF衍射分光后的單色光照射到旋轉杯內(nèi)的樣品表面，經(jīng)表面樣品漫反射的光由接收裝置探測，采用雙探測器分束參比定標實現(xiàn)實時光譜定標和光源性能檢測，通過加入對0級光的空間遮擋、分光片和平面反射鏡，使±1級衍射光共同照射于樣品表面，增加照射于樣品上的光能量，并通過旋轉杯的方式探測同一樣品不同區(qū)域，充分均勻分析樣品，提高光譜探測準確性，電子學上利用鎖相電路對0級光不敏感的特點，提高光譜探測信噪比。

技術領域

本發(fā)明涉及光譜探測技術，具體指一種基于AOTF的旋轉杯探測漫反射式光譜儀，它適用于粉末、顆粒和液體物質(zhì)光譜檢測與分析領域。

背景技術

聲光可調(diào)諧濾光器(Acousto-optic tunable filter，AOTF)是一種窄帶可調(diào)諧濾光器，它是根據(jù)聲光作用原理制成的分光器件。通過改變施加在晶體上的射頻驅(qū)動的頻率選擇分光波長，從而實現(xiàn)波長掃描。利用AOTF在一定頻率下衍射的單色光照射在待測物上同樣散射相同波長的單色光，該單色光可以反映物質(zhì)的吸收特性，從而實現(xiàn)物質(zhì)的光譜特性探測。目前該技術已廣泛應用于各類光譜儀器。

公開文獻和專利已有基于AOTF分光特性進行光譜探測的方法，如申請公布號CN208902595U公布了一種主動照明的光譜探測儀，該專利通過主動復色光源匯聚照射于樣品表面，接收樣品表面的漫反射光進入AOTF分光，通過格蘭棱鏡濾除+1級衍射光和0級光，只探測－1級衍射光匯聚進入探測器實現(xiàn)光譜探測，然而該儀器照射樣品表面區(qū)域很小，容易導致探測結果不準確，以及該方法在AOTF分光前探測樣品，易引入雜散光，并且浪費了－1級衍射光能量；申請公布號CN205898677U公布了一種聲光調(diào)制雙光路雙探測器型近紅外光譜儀，該專利采用雙光路雙探測器設計，，經(jīng)聲光可調(diào)諧濾光器分光后的單色光由可調(diào)分束器分為能量分束比可控的參考光和測量光進行探測，然而沒有對0級光進行處理，容易產(chǎn)生噪聲基底影響信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術而需重點解決的技術問題是：現(xiàn)有AOTF探測技術不能充分利用經(jīng)AOTF分出的±1級信號光，降低儀器信噪比，以及探測樣品一處光譜不能保證樣品探測的均勻性，從而影響光譜探測的準確性。本發(fā)明充分利用±1級信號光并結合旋轉樣品杯探測方式有效解決了上述問題，提高儀器的信噪比和光譜探測準確性。

本發(fā)明的目的是提供了一種基于AOTF的旋轉杯探測漫反射式光譜儀及實現(xiàn)方法，該發(fā)明基于聲光可調(diào)濾光器等可電控分光器件的分光功能，利用主動照明光源和分光模塊產(chǎn)生單色光將待測物照亮，待測物的漫散射光經(jīng)過接收透鏡組進入到探測器，從而探測散射光的光譜特性，同時在照射到待測物之前分出一部分進行標準定標光譜探測，兩個進行比對，從而分析待測物的成份信息，采用雙探測器分束參比定標實現(xiàn)實時光譜定標和光源性能檢測，通過加入對0級光的空間遮擋、分光片和平面反射鏡，使±1級衍射光共同照射于樣品表面，增加照射于樣品上的光能量，并通過旋轉杯的方式探測同一樣品不同區(qū)域，充分均勻分析樣品，提高光譜探測準確性，電子學上利用鎖相電路對0級光不敏感的特點，提高光譜探測信噪比。整體儀器結構緊湊、探測速度快、精度高。

所述的光源分光模塊1由寬譜鹵素光源11、準直透鏡組12、聲光可調(diào)諧濾波器13、一次匯聚透鏡組14和0級光擋板15組成；寬譜鹵素光源11發(fā)出的光束經(jīng)過準直透鏡組12出射準直光，進入聲光可調(diào)諧濾波器13，當聲光可調(diào)諧濾波器13未工作時，衍射光無法產(chǎn)生，當聲光可調(diào)諧濾波器13在某一射頻頻率下工作時，某一波長的光會分離成兩束正交偏振的單波長衍射光和一束0級復色光，該三束光經(jīng)過一次匯聚透鏡組14后匯聚分離，0級光擋板15遮擋0級光，±1級衍射光從兩邊出射。

所述的寬譜鹵素光源11為前端帶透鏡的鹵素燈泡；

所述的準直透鏡組12為內(nèi)部帶小孔光闌的2片式透鏡組，透鏡表面鍍光譜儀適用波段增透膜；