本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種聲光可調(diào)濾光型近紅外光譜儀，它包括光源模塊、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)Ⅰ、聲光可調(diào)濾光器、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)Ⅱ、聚光系統(tǒng)、光電探測(cè)器和信號(hào)采集處理系統(tǒng)，信號(hào)采集處理系統(tǒng)順次接調(diào)控脈沖發(fā)生器和射頻驅(qū)動(dòng)源，射頻驅(qū)動(dòng)源輸出接聲光可調(diào)濾光器；信號(hào)采集處理系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)控信號(hào)給調(diào)控脈沖發(fā)生器，由調(diào)控脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空比適宜的調(diào)控脈沖信號(hào)輸入到射頻驅(qū)動(dòng)源進(jìn)行射頻信號(hào)調(diào)制；射頻驅(qū)動(dòng)源將帶調(diào)制的射頻信號(hào)放大到合適的功率以驅(qū)動(dòng)聲光可調(diào)濾光器。本發(fā)明專利技術(shù)有益效果：1光譜分辨率高；2檢測(cè)靈敏度高；3檢測(cè)動(dòng)態(tài)范圍大，多樣品適應(yīng)能力強(qiáng)；4能實(shí)時(shí)處理采集信號(hào)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及實(shí)時(shí)光譜分析技術(shù)的改進(jìn)，具體指一種采用占空比調(diào)控技術(shù)的聲光可調(diào)濾光型近紅外光譜儀，屬于光電
技術(shù)介紹
近紅外光譜(NIR)分析技術(shù)是發(fā)展較為迅速的一種高新分析測(cè)試技術(shù)，是光譜測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)與基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。與傳統(tǒng)分析技術(shù)相比，具有無(wú)損檢測(cè)、分析效率高、分析速度快、分析成本低、重現(xiàn)性好、樣品測(cè)量一般勿需預(yù)處理、光譜測(cè)量方便、適合于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)(如大批量抽檢)和在線分析等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。聲光可調(diào)濾光(AOTF)型近紅外光譜儀是將近紅外波段光線用AOTF實(shí)現(xiàn)掃描分光后，照射樣品(也可先 照射樣品后分光)，檢測(cè)分析其透射(反射)光譜來(lái)判定樣品成分及含量的儀器。其核心器件AOTF是基于各向異性的雙折射晶體的聲光衍射原理，利用超聲波與特定的晶體作用而產(chǎn)生分光的光電器件。與傳統(tǒng)的基于機(jī)械調(diào)諧分光元件的光譜儀相比，以AOTF作為分光元件的光譜儀具有明顯的優(yōu)越性它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光學(xué)系統(tǒng)無(wú)移動(dòng)性部件，體積小，集光能力強(qiáng)，最吸引人之處在于它的波長(zhǎng)切換快、重現(xiàn)性好，程序化的波長(zhǎng)控制使得這種儀器的應(yīng)用具有很大的靈活性，特別是在食品及藥品的生產(chǎn)及安全檢測(cè)上，該型光譜儀具有其他產(chǎn)品無(wú)可取代的優(yōu)勢(shì)。但基于AOTF原理的光譜測(cè)量技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，尚無(wú)商業(yè)化產(chǎn)品。該產(chǎn)品遲遲未能推廣應(yīng)用的原因是目前該型光譜儀的技術(shù)狀態(tài)還不成熟，尚不能很好地滿足實(shí)際檢測(cè)需求，急待開發(fā)新技術(shù)，有效解決其在波長(zhǎng)分辨率、檢測(cè)靈敏度及多種樣品適應(yīng)性等方面存在的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本專利技術(shù)提供一種采用占空比調(diào)控技術(shù)的AOTF型近紅外光譜儀，該儀器在樣品測(cè)試中大大提高了精準(zhǔn)度及探測(cè)范圍，滿足多樣環(huán)境下對(duì)樣品光譜準(zhǔn)確實(shí)時(shí)捕獲分析的應(yīng)用需求。本專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案如下 一種聲光可調(diào)濾光型近紅外光譜儀，它包括順次設(shè)置在同一光軸上建立光路系統(tǒng)的光源模塊、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)I、聲光可調(diào)濾光器、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)II、聚光系統(tǒng)和光電探測(cè)器，光電探測(cè)器的光敏面設(shè)置在聚光系統(tǒng)的焦點(diǎn)上；聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)II用于將調(diào)整后的出射光入射到需要檢測(cè)的樣品，聚光系統(tǒng)用于將照射過(guò)樣品的透射光或反射光聚集到光電探測(cè)器的光敏面上進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換；所述光電探測(cè)器的輸出接信號(hào)采集處理系統(tǒng)，由信號(hào)采集處理系統(tǒng)對(duì)光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行光譜分析處理并通過(guò)顯示器顯示； 所述信號(hào)采集處理系統(tǒng)順次接調(diào)控脈沖發(fā)生器和射頻驅(qū)動(dòng)源，射頻驅(qū)動(dòng)源輸出接聲光可調(diào)濾光器；信號(hào)采集處理系統(tǒng)根據(jù)光譜分析結(jié)果產(chǎn)生數(shù)控信號(hào)給調(diào)控脈沖發(fā)生器，由調(diào)控脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空比適宜的調(diào)控脈沖信號(hào)輸入到射頻驅(qū)動(dòng)源進(jìn)行射頻信號(hào)調(diào)制；射頻驅(qū)動(dòng)源將帶調(diào)制的射頻信號(hào)放大到合適的功率以驅(qū)動(dòng)聲光可調(diào)濾光器，使聲光可調(diào)濾光器按控制要求進(jìn)行掃描分光，依次輸出工作范圍內(nèi)的近紅外各波長(zhǎng)光線。本專利技術(shù)的有益效果1光譜分辨率高；2檢測(cè)靈敏度高；3檢測(cè)動(dòng)態(tài)范圍大，多樣品適應(yīng)能力強(qiáng)；4能實(shí)時(shí)處理采集信號(hào)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。附圖說(shuō)明圖I-本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I、光源模塊；2、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)I ;3、聲光可調(diào)濾光器；4、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)II ； 5、樣品池；6、聚光系統(tǒng)；7、光電探測(cè)器；8、信號(hào)采集處理系統(tǒng)；9、調(diào)控脈沖發(fā)生器；10、射頻驅(qū)動(dòng)源。具體實(shí)施例方式如圖I所示，本專利技術(shù)包括光源模塊I、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)I 2、聲光可調(diào)濾光器(AOTF)3、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)II 4、樣品池5、聚光系統(tǒng)6、光電探測(cè)器7、信號(hào)采集處理系統(tǒng)8、調(diào)控脈沖發(fā)生器9、射頻驅(qū)動(dòng)源10。上述中，光學(xué)部件光源模塊I、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)I 2、聲光可調(diào)濾光器(AOTF) 3、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)II 4、樣品池5、聚光系統(tǒng)6和光電探測(cè)器7順次設(shè)置在同一光軸上建立光路系統(tǒng)，該光路系統(tǒng)完成將光源出射的近紅外光線進(jìn)行程控分光后入射檢測(cè)樣品，再通過(guò)光電探測(cè)器接收樣品透射或反射的信號(hào)光。上述信號(hào)采集處理系統(tǒng)8、調(diào)控脈沖發(fā)生器9和射頻驅(qū)動(dòng)源10構(gòu)成電路系統(tǒng)部分，電路系統(tǒng)部分進(jìn)行光源分光控制及對(duì)探測(cè)到的光信號(hào)進(jìn)行光譜分析處理并輸出顯示等。本專利技術(shù)采用覆蓋近紅外波段的光源I (比如鹵鎢燈)，通過(guò)聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)I 2將光束調(diào)節(jié)成光斑大小合適的平行光入射到聲光可調(diào)濾光器(AOTF) 3，經(jīng)過(guò)AOTF分光后的衍射光束再通過(guò)聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)II 4調(diào)整成光斑大小合適的平行光入射到樣品池5，樣品池5中擺放需要檢測(cè)的樣品，聚光系統(tǒng)6將照射過(guò)樣品的透射光(或反射光)聚集到光電探測(cè)器7的光敏面上進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)由信號(hào)采集處理系統(tǒng)8對(duì)該信號(hào)進(jìn)行光譜分析(對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、計(jì)算、判決和輸出)。信號(hào)采集處理系統(tǒng)8同時(shí)要根據(jù)初測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)控信號(hào)與調(diào)控脈沖發(fā)生器9配合對(duì)光源分光系統(tǒng)進(jìn)行樣品檢測(cè)適應(yīng)性控制，產(chǎn)生占空比適宜的調(diào)控脈沖信號(hào)輸入到射頻驅(qū)動(dòng)源10進(jìn)行射頻信號(hào)調(diào)制。射頻驅(qū)動(dòng)源10將帶調(diào)制的射頻信號(hào)放大到合適的功率以驅(qū)動(dòng)聲光可調(diào)濾光器(AOTF) 3，使其按控制要求進(jìn)行掃描分光，依次輸出工作范圍內(nèi)的近紅外各波長(zhǎng)光線。本專利技術(shù)在聲光可調(diào)濾光(AOTF)型近紅外光譜儀的分光系統(tǒng)中創(chuàng)新性地使用了脈沖占空比調(diào)控技術(shù)。AOTF作為分光器件，是通過(guò)改變射頻頻率來(lái)調(diào)節(jié)光源的掃描波長(zhǎng)。AOTF屬于體聲波器件，電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波在晶體介質(zhì)中傳播通過(guò)光孔徑時(shí)需要一定的渡越時(shí)間。如果這期間改變射頻頻率必然造成多個(gè)掃描波長(zhǎng)同時(shí)通過(guò)，影響系統(tǒng)的光譜分辨率指標(biāo)。設(shè)計(jì)AOTF工作于脈沖驅(qū)動(dòng)方式(由調(diào)控脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空比適宜的脈沖對(duì)射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制)，脈沖為高電平時(shí)，射頻信號(hào)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)AOTF工作，該射頻通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成聲波，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)該頻率的光波；脈沖為低電平時(shí)，使射頻信號(hào)截止，且低電平時(shí)間微大于AOTF的渡越時(shí)間，保證前段頻率聲波完全通過(guò)光孔徑后再啟動(dòng)下一個(gè)射頻信號(hào)，也即前個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的光波完全消失后再啟動(dòng)下一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的光波。這樣避免了光波在掃描過(guò)程中產(chǎn)生的前后波段混雜，由此提高了系統(tǒng)的光譜分辨率。同時(shí)，由于檢測(cè)樣品復(fù)雜多樣，透明程度、粗糙程度各不相同，各種樣品透射(反射)光強(qiáng)弱差異很大。相同強(qiáng)度的入射光照射某樣品其透射(反射)光可能微弱到無(wú)法探測(cè)，而照射其它樣品其透射(反射)光又可能強(qiáng)到直接使光譜儀的光敏管達(dá)到飽和，也無(wú)法檢測(cè)，所以針對(duì)不同樣品輸入光強(qiáng)能自動(dòng)靈活調(diào)節(jié)在光譜檢測(cè)中非常重要。利用AOTF具有固定渡越時(shí)間這一特性，如果射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度小于AOTF的固定渡越時(shí)間，聲波在介質(zhì)中傳播中脈內(nèi)的信號(hào)能量是被平均分配到整個(gè)渡越時(shí)間內(nèi)，脈寬越窄(也即占空比越小)脈內(nèi)能量平均分配后也就被削弱得越多。極限情況，當(dāng)占空比為零時(shí)，射頻驅(qū)動(dòng)完全截止，AOTF分光強(qiáng)度為零；當(dāng)分光脈寬與渡越時(shí)間完全吻合，也即占空比為50%左右時(shí)，AOTF分光強(qiáng)度達(dá)最大值。所以可以通過(guò)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)AOTF驅(qū)動(dòng)脈沖占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)從零開始的全量程分光光強(qiáng)的目的，使光譜儀針對(duì)不同樣品的檢測(cè)動(dòng)態(tài)范圍大大改善。另外，AOTF的衍射效率是與射頻驅(qū)動(dòng)功率其成正比的，通過(guò)調(diào)節(jié)AOTF脈內(nèi)射頻驅(qū) 動(dòng)功率也可以實(shí)現(xiàn)分光的強(qiáng)弱控制。由于采用占空比調(diào)控技術(shù)已解決了不同樣品產(chǎn)生的光強(qiáng)差異，這個(gè)調(diào)節(jié)途徑就可用于對(duì)近紅外不同波長(zhǎng)固有響應(yīng)大幅波動(dòng)的修正。因?yàn)楣庠?t匕如鹵鎢燈)不同波長(zhǎng)的出射光能量差異很大，再加上光電探測(cè)器的光敏管對(duì)不同波長(zhǎng)的光的響應(yīng)度也有較大波動(dòng)，還本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種聲光可調(diào)濾光型近紅外光譜儀，它包括順次設(shè)置在同一光軸上建立光路系統(tǒng)的光源模塊、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)Ⅰ、聲光可調(diào)濾光器、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)Ⅱ、聚光系統(tǒng)和光電探測(cè)器，光電探測(cè)器的光敏面設(shè)置在聚光系統(tǒng)的焦點(diǎn)上；聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)Ⅱ用于將調(diào)整后的出射光入射到需要檢測(cè)的樣品，聚光系統(tǒng)用于將照射過(guò)樣品的透射光或反射光聚集到光電探測(cè)器的光敏面上進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換；所述光電探測(cè)器的輸出接信號(hào)采集處理系統(tǒng)，由信號(hào)采集處理系統(tǒng)對(duì)光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行光譜分析處理并通過(guò)顯示器顯示；其特征在于：所述信號(hào)采集處理系統(tǒng)順次接調(diào)控脈沖發(fā)生器和射頻驅(qū)動(dòng)源，射頻驅(qū)動(dòng)源輸出接聲光可調(diào)濾光器；信號(hào)采集處理系統(tǒng)根據(jù)光譜分析結(jié)果產(chǎn)生數(shù)控信號(hào)給調(diào)控脈沖發(fā)生器，由調(diào)控脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空比適宜的調(diào)控脈沖信號(hào)輸入到射頻驅(qū)動(dòng)源進(jìn)行射頻信號(hào)調(diào)制；射頻驅(qū)動(dòng)源將帶調(diào)制的射頻信號(hào)放大到合適的功率以驅(qū)動(dòng)聲光可調(diào)濾光器，使聲光可調(diào)濾光器按控制要求進(jìn)行掃描分光，依次輸出工作范圍內(nèi)的近紅外各波長(zhǎng)光線。
【技術(shù)特征摘要】
1. 一種聲光可調(diào)濾光型近紅外光譜儀，它包括順次設(shè)置在同一光軸上建立光路系統(tǒng)的光源模塊、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)I、聲光可調(diào)濾光器、聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)II、聚光系統(tǒng)和光電探測(cè)器，光電探測(cè)器的光敏面設(shè)置在聚光系統(tǒng)的焦點(diǎn)上；聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)II用于將調(diào)整后的出射光入射到需要檢測(cè)的樣品，聚光系統(tǒng)用于將照射過(guò)樣品的透射光或反射光聚集到光電探測(cè)器的光敏面上進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換；所述光電探測(cè)器的輸出接信號(hào)采集處理系統(tǒng)，由信號(hào)采集處理系統(tǒng)對(duì)光電探測(cè)器輸出的電...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳冉，何曉亮，劉偉，楊嵩，吳畏，謝強(qiáng)，陳華志，陳永峰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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