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微小型光纖光譜儀的發(fā)展及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
隨各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)商品的質(zhì)量指標(biāo)要求亦越來(lái)越高，尤其在化工、造紙、食品、制藥等過(guò)程行業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行中，需要隨時(shí)關(guān)注體系物料的變化。對(duì)于變化的運(yùn)行過(guò)程，離線的實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果的滯后性常迫使操作者對(duì)實(shí)時(shí)情況一知半解就做出判斷。為終獲得合格產(chǎn)品，以離線計(jì)量為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)質(zhì)量體系正在向以在線或現(xiàn)場(chǎng)傳感器為基礎(chǔ)的過(guò)程控制新質(zhì)量體系轉(zhuǎn)移。
目前，一般在線測(cè)量與控制系統(tǒng)于溫度、壓力和流量等，而對(duì)過(guò)程中化學(xué)成分和許多物性變量仍不能進(jìn)行有效的連續(xù)測(cè)量，這些特殊變量卻是表征生產(chǎn)狀況的重要，甚至是決定性的指標(biāo)參數(shù)，因此，在線光譜技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它是以現(xiàn)場(chǎng)狀況下基于分子水平基礎(chǔ)上的微觀物理量和微觀化學(xué)量的光譜傳感技術(shù)，依托于微小型光纖光譜儀的使用，在化工、制藥、輕工和高分子材料等工業(yè)部門(mén)的過(guò)程監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要的作用。
1.微小型光纖光譜儀的出現(xiàn)
物質(zhì)發(fā)射、吸收、散射的光輻射，其頻率和強(qiáng)度與物質(zhì)的含量、成分、結(jié)構(gòu)有確定的關(guān)系，基于光譜測(cè)量而衍生出的應(yīng)用也非常廣泛，因此，科研工作者們根據(jù)應(yīng)用的需要不斷地改進(jìn)光譜儀器。
電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使光譜儀器向著高精度、自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。許多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)庾V儀器提出了更高的要求，即光譜儀器的尺寸的縮小比提高其分辨率更為重要。而傳統(tǒng)的光譜儀，雖然精度高，但存在體積大、價(jià)格高、安裝調(diào)試?yán)щy、使用條件苛刻等不足，微小型光譜儀便成了目前研究的熱點(diǎn)。在其發(fā)展過(guò)程中，主要有采用光柵作為分光元件和以干涉原理進(jìn)行分光這兩類儀器。
自20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于光纖具有很高的傳輸信息容量，可同時(shí)反映多維信息，這些優(yōu)勢(shì)相對(duì)于聲電傳感器而言是*的。隨光通信技術(shù)對(duì)光纖的需求增長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)出低損耗的石英光纖，降低了成本，將光纖與光譜技術(shù)相結(jié)合的微型結(jié)構(gòu)的光纖光譜儀引起了許多人的關(guān)注,并在各種光譜測(cè)量及相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，光纖光譜儀是微型光譜儀器發(fā)展的重要方向。
2.微小型光纖光譜儀的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
傳統(tǒng)的光譜儀光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需通過(guò)旋轉(zhuǎn)光柵對(duì)整個(gè)光譜進(jìn)行掃描，測(cè)量速度慢，并且對(duì)某些樣品還需經(jīng)過(guò)特定的預(yù)處理手段后，放在儀器的固定樣品室內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。與之相比，微小型光纖光譜儀有很多優(yōu)點(diǎn)，如：重量輕，體積小，(體積只有之前系統(tǒng)的1/1000，造價(jià)為原來(lái)的1/10)，測(cè)量速度非?？欤槐厥褂脵C(jī)械掃描就能獲取全譜數(shù)據(jù)，而且通過(guò)光纖的傳導(dǎo)作用，可脫離樣品室測(cè)量，適用于在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。
光學(xué)平臺(tái)
光譜儀微型化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)得益于攝譜結(jié)構(gòu)，初的光學(xué)平臺(tái)采用對(duì)稱式Czerny-Turner分光結(jié)構(gòu)，荷蘭Avantes公司生產(chǎn)的微小型光纖光譜儀即使用了這種光學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)。光信號(hào)由光纖傳導(dǎo)經(jīng)過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SMA905接口進(jìn)入光譜儀內(nèi)部，經(jīng)球面鏡準(zhǔn)直，然后由一塊平面光柵分光后，將入射光分成按一定波長(zhǎng)順序排列的單色光，再由聚焦鏡聚焦到一維線性CCD線性陣列探測(cè)器上進(jìn)行檢測(cè)。