一种内置滤光片的光谱仪的制作方法

本实用新型涉及环境监测仪器领域，尤其涉及一种内置滤光片的光谱仪。

背景技术：

随着我国经济的发展和城市化进程的加快，环境污染问题也日趋严重。水资源与人们生产、生活密切相关，工业废水的违规排放、化学农药的泛滥使用、城市生活废水的未达标处理等等，均对水环境造成严重损害。水污染带来的最直接影响是给人类的健康带来严重威胁，根据相关统计，我国水环境质量不容乐观，地表水总体为轻度污染，甚而部分城市河段污染严重，如何有效地控制或治理水污染、保护水环境，促进国民经济的可持续发展，已经成为重要的社会经济问题。

光谱技术具有无需前处理，分析速度快，可在线实现多种成分同时检测的优点，在各种物质成分定性及定量分析研究中应用广泛。基于紫外-可见光谱法的水质检测技术，具有仪器成本低、操作便捷、检测速度快、无二次污染等优点，在水质在线监测领域有着广阔的应用前景。国际上相关技术及仪器的开发较早，维也纳农业大学的研究团队，研制了浸没式紫外-可见光谱水质分析仪，可同时测量cod、tss和no3-n等参数，具有较好的重复性和测量精度。日本shimadzu生产的uvm-4020型紫外吸收法在线水质cod检测仪则采用加权多波长方法，进一步提高了检测精度。德国e+h公司生产的stip-scancas74全光谱在线测量系统，则实现了多种污染物的同时检测。

目前光谱测量仪器覆盖波长范围较窄，不能完全覆盖不同水质污染成分的吸收特征，另外采用光栅分光方式的光谱仪器中采用光电检测器将光信号转换为电信号，光电检测器噪声与入射光强密切相关，当入射到光电检测器上的光强过强时，光电检测器噪声有可能增加，影响光谱测量信噪比。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种内置滤光片的光谱仪，采用一体化凹面光栅与光电阵列检测器，内置带通滤光片，可以对特定波段的光谱信号进行检测，提高光谱检测的信噪比，详见下文描述：

一种内置滤光片的光谱仪，所述光谱仪包括：光源、光谱测量单元、波长滤光单元、数据采集及通讯电路，

光谱测量单元包括：凹面光栅与光电阵列检测器；

波长滤光单元包括：滤光片组与电机，所述滤光片组安装有不同中心波长的带通滤光片；

光源经凹面光栅分光后成像在光电阵列检测器上，光电阵列检测器接收不同波长的光信号转化为电信号。

进一步地，所述光谱仪还包括：光源遮光外壳。

其中，所述光谱仪还包括：样品池。

进一步地，所述光源包括：卤素灯与凹面反射镜。

其中，所述光谱仪采用光纤接口。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1、本产品采用一体化凹面光栅与光电阵列检测器，提高了光谱测量稳定性；

2、本产品内置波长校准单元，采用带通滤光片组合，实现了在不同波长的带通滤光片切换后仅对特定波段的光谱信号进行检测，提高了光谱检测的信噪比；

3、光谱测量光源与光谱检测单元均采用光纤接口，方便与其他测量附件连接，可应用于各种场合；

4、光源采用卤素灯与凹面反射镜，可有效将光源能量聚焦入光纤中，提高了光源效率。

附图说明

图1为一种内置滤光片的光谱仪的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：光纤接口；2：凹面光栅；

3：滤光片组；4：电机；

5：光电阵列检测器；6：仪器遮光外壳；

7：数据采集及通讯电路；8：卤素灯；

9：凹面反射镜；10：光源遮光外壳；

11：样品池。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型设计了一种内置滤光片的光谱仪，参见图1，包括：光源采用卤素灯8与凹面反射镜9，可有效将光源能量通过光纤接口1聚焦入光纤中，提高了光源效率。

本实用新型采用了光纤接口1，可方便与其他测量附件安装。即光源由卤素灯8、凹面反射镜9以及光纤接口1组成。

光谱仪中包含采用凹面光栅2与光电阵列检测器5的光谱测量单元、包含滤光片组3与电机4的波长校正单元、数据采集及通讯电路7。

凹面光栅2兼具色散分光与光束聚焦作用，分光后无鬼线，杂散光极小，色散率、分辨率也大幅度得到提高，可兼顾平场和提高分辨率方面效果显著。

经凹面光栅2分光后成像在光电阵列检测器5上，光电阵列检测器5的每个像素接收到不同波长的光信号，并将其转化为电信号，经过数据采集及通讯电路7可以方便与其他设备实现数据通讯。

滤光片组3安装有不同中心波长的带通滤光片(在本实施例中，根据光谱测量范围，选择四种中心波长的滤光片，中心波长分别为420nm，550nm，610nm，750nm，通带宽度均为100nm)，滤光片组3通过与电机4的连接可实现不同中心波长的带通滤光片的自动切换。

具体实现时，还可以根据实际应用中的需要选择其他中心波长的滤光片。

在光谱测量过程中，为了进一步提高光谱测量信噪比与定量分析精度，可根据测量物质的吸收光谱特征，切换不同中心波长的带通滤光片，从而实现目标波段的特征性检测，提高光谱检测的信噪比。

光谱仪均采用光纤接口1，可以方便与其他测量附件连接。

光源遮光外壳10，用于将工作光源与外界光隔离开，并同时起到防尘与隔热作用。

还包括样品池11，用于容纳待测样品。

其中，光谱采集过程中，卤素灯8的输出光首先接入样品池11，经过样品池11的出射光通过光纤接口1接入，光谱测量过程可描述为：

关闭卤素灯8，测量暗噪声id；

打开卤素灯8，然后在样品池11中无水样的情况下采集背景光谱i0；

将水样通入样品池11中，采集样品光谱i；

计算得到不同光程下水样吸光度a，如下：

其中，上述计算吸光度a的过程为本领域技术人员所公知，本实例对比不做赘述。

本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种内置滤光片的光谱仪，其特征在于，所述光谱仪包括：光源、光谱测量单元、波长滤光单元、数据采集及通讯电路，

光谱测量单元包括：凹面光栅与光电阵列检测器；

波长滤光单元包括：滤光片组与电机，所述滤光片组安装有不同中心波长的带通滤光片；

光源经凹面光栅分光后成像在光电阵列检测器上，光电阵列检测器接收不同波长的光信号转化为电信号。

2.根据权利要求1所述的一种内置滤光片的光谱仪，其特征在于，所述光谱仪还包括：光源遮光外壳。

3.根据权利要求1所述的一种内置滤光片的光谱仪，其特征在于，所述光谱仪还包括：样品池。

4.根据权利要求1所述的一种内置滤光片的光谱仪，其特征在于，所述光源包括：卤素灯与凹面反射镜。

5.根据权利要求1所述的一种内置滤光片的光谱仪，其特征在于，所述光谱仪采用光纤接口。

技术总结
本实用新型公开了一种内置滤光片的光谱仪，所述光谱仪包括：光源、光谱测量单元、波长滤光单元、数据采集及通讯电路，光谱测量单元包括：凹面光栅与光电阵列检测器；波长滤光单元包括：滤光片组与电机，所述滤光片组安装有不同中心波长的带通滤光片；光源经凹面光栅分光后成像在光电阵列检测器上，光电阵列检测器接收不同波长的光信号转化为电信号。本产品可对特定波段的光谱信号进行检测，提高光谱检测的信噪比。

技术研发人员：李晨曦;庞峰
受保护的技术使用者：苏州同阳科技发展有限公司
技术研发日：2019.12.09
技术公布日：2020.08.18