[發明專利]一種基于雙參數修正的光柵光譜儀機械位置誤差修正方法

在審

• 申請號: 202210701896.0
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN115077696A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 李淑賢;翟婉同;李爽
• 申請（專利權）人: 翟婉同
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/18;G01J3/28
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 陳月霞

本發明提供了一種基于雙參數修正的光柵光譜儀機械位置誤差修正方法，包括：基于標準光譜，建立由絲杠位置參量表征的光柵零位誤差和由光柵軸桿長參量表征的光柵軸桿長誤差；基于標準波長，對所述光柵零位誤差的參量和所述光柵軸桿長誤差的參量進行修正，消除光柵光譜儀機械位置誤差。本發明利用光柵光譜儀的雙參量對光譜儀器的輸出波長準確度進行修正，相對于傳統技術修正后的光柵光譜儀的波長準確度更好；構建誤差參量和誤差平方和的函數關系，能后通過該函數直接得到誤差調整參量的值，與傳統的技術相比采用直接求解的方式可以更快的得到光柵光譜儀的修正值。

技術領域

本發明屬于光柵光譜儀技術領域，尤其涉及一種基于雙參數修正的光柵光譜儀機械位置誤差修正方法。

背景技術

光柵掃描型光譜儀利用光柵將復色光色散成單色光，不同的光柵轉角對應不同的波長輸出，光譜儀工作時，波長掃描機構在光譜儀中連續掃描實現波長范圍內的連續光譜輸出。當光柵掃描機構存在誤差的時候，光譜儀的掃描波長輸出值會偏離設計值，產生波長誤差針對此問題通常采用的方法有兩種，一種是插值擬合法，其具體過程為使用具體已知光譜峰值的標準光源或者標準樣品結合擬合或插值算法，利用標準譜線建立波長和正弦驅動機構的轉角或探測器滿足系統近似要求的對應關系。一種是機械修正法，其具體過程為結合光譜儀光學結構和波長掃描機構的工作原理，將光譜儀的光學設計指標轉化為波長掃描機構的設計輸出，結合波長掃描機構誤差參量之間的影響關系，通過修改可調參量實現對其他機械誤差的抵消。

本發明屬于機械修正法，現有的機械位置誤差矯正法一般步驟為：①建立波長掃描機構機械位置誤差方程，確定誤差參量；②利用標準光源或標準樣品提供的標準光譜，通過對變桿長的標準光譜采集，對機械位置誤差方程進行參數求解；③基于最優尋值確定可調參量的確定值，對波長掃描機構進行調節從而完成機械位置誤差校正。

光柵光譜儀波長掃描機構的機械位置誤差主要包括：絲杠螺距累積誤差、擺桿滾子導向誤差、光柵零位角偏差。絲杠螺距累積誤差指的是由于絲杠在整個運動范圍內絲杠螺距誤差所引起的在絲杠軸向方向的位置誤差。擺桿滾子導向誤差所指的是在光柵光譜儀輸入和輸出參數之間呈線性的時候，擺桿末端滾子的移動軌跡應當垂直于絲杠軸線，即絲杠擺桿滾子實際移動軌跡與絲杠軸線軸向夾角稱為擺桿滾子導向誤差。光柵零位角偏差指的是為了滿足光譜儀波長輸出和輸入參數之間的線性關系，在0波長位置時，光譜儀光柵法線和入射光線與衍射光線的夾角平分線應當重合，同時與光柵軸所連接的光柵擺桿的中心線應當與絲杠中心線垂直。

上海計量技術研究所包學成在光柵單色儀光譜掃描機構的誤差分析一文中，對正弦機構的誤差進行了理論分析，但對誤差的消除方法并沒有提出有效的消除措施。王智宏在單色儀掃描波長機械位置誤差的校正方法中提出一種方程變參數求解尋優確定最佳調節量和補償量，通過調節桿長比實施矯正的方法，但其所提出的調節方法并不能有效消除光柵零位角偏差，包學成在光柵單色儀光譜掃描機構的誤差分析一文中也提到調節桿長僅能在某一波長位置消除光柵零位角偏差。

綜上：現有的機械修正法大多是通過建立機械位置誤差方程，調節桿長比參量，獲得機械位置誤差方程的求解參數，將機械位置誤差方程的求解參數代入機械位置誤差方程獲得最佳桿長比參量。這種通過單參量調節誤差的方式存在的缺陷主要體現在僅能對部分誤差進行抵償，對影響光柵光譜儀波長掃描機構的機械誤差因素，諸如光柵零位偏差角、滾子導向誤差角在波長范圍內不能完全抵償。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種基于雙參數修正的光柵光譜儀機械位置誤差修正方法，相對于傳統技術修正后的光柵光譜儀的波長準確度更好。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于雙參數修正的光柵光譜儀機械位置誤差修正方法，包括：

基于標準光譜，建立由絲杠位置參量表征的光柵零位誤差和由光柵軸桿長參量表征的光柵軸桿長誤差；

基于標準波長，對所述光柵零位誤差的參量和所述光柵軸桿長誤差的參量進行修正，消除光柵光譜儀機械位置誤差。