全谱扫描型火花光电直读光谱仪

摘要

本发明公开了全谱扫描型火花光电直读光谱仪，其特征在于，包括：激发光源用于激发样品产生光，窗镜结构使分光室处于恒温真空状态，安装在分光室的临近激发光源的一侧的侧壁上，聚光镜将激发光源的光聚焦在焦点，并通过入缝狭缝；光栅将通过入缝狭缝的光进行分光；聚光镜和光栅都安装在分光室中，且窗镜结构、聚光镜、光栅置于一条光路上；信号采集系统包括，接收光谱光束并转化为电压信号的线阵CCD采集系统及光阑装置，线阵CCD采集系统采用无缝连接并安装在罗兰圆上，特征光穿过光阑装置并通过CCD采集系统进行电压采集；由此根据本发明，CCD采集系统可以实现100‑600nm的全谱接收，相当于几千个PMT同时进行接收采集，工艺简单，使仪器体积大大缩小，降低了材料成本，简化了调光工艺。

说明书

技术领域

本发明涉及仪器领域，特别是全谱扫描型火花光电直读光谱仪。

背景技术

目前，在冶金行业中，传统光谱仪为了达到比较优秀的分别率，都采用大焦距的分光器（750mm-1000mm焦距的光栅），这就需要很大的分光室，才能达到真空光学系统的目的，使得机械设计及材料费用大幅提高；探测器为PMT（光电倍增管），需要20-50um的出射狭缝才能准确的让元素光照到PMT上，后期增加通道则需要根据要求开缝并对光，再装上相应的PMT，才能达到检测目的；光学系统相对复杂很多，需要专业的调光人员才能做好；因此应用范围很窄，主要用于金属铸造行业，扩展产品应用很复杂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，特别是减小整个光谱仪的体积，极大地扩展行业应用以及电路集成化水平高，减少由于电路复杂出现的多种电路问题。

为克服上述问题，本发明提出了一种全谱扫描型火花光电直读光谱仪，所述光谱仪包括：激发光源、分光室、窗镜结构、聚光镜、光栅、信号采集系统，所述激发光源用于激发样品产生光谱；所述窗镜结构使分光室处于恒温真空状态，安装在所述分光室的临近所述激发光源的一侧的侧壁外侧；所述聚光镜将激发光源的光聚焦在焦点，然后光成像在入缝狭缝上形成衍射光源；所述光栅为凹面光栅，将通过入缝狭缝的衍射光源进行分光；所述聚光镜和所述光栅都安装在所述分光室中，且所述窗镜结构、所述聚光镜、所述光栅置于一条光路上；以及，所述信号采集系统包括，接收光谱光束并转化为电压信号的线阵CCD采集系统，所述线阵CCD采集系统采用无缝连接并安装在罗兰圆上，特征光通过所述CCD采集系统进行电压采集。

通过本发明实施例采用无缝连接的线阵CCD采集系统将特征光转化为电压信号的方式，将电路集成化水平提高，由原来的PMT（光电倍增管）、采集管和积分板简化为CCD采集系统和采集板，减少了由于电路复杂出现的多路电路问题。

另外，根据本专利背景技术中对现有技术所述，现有技术公开的光谱仪，为了达到比较优秀的分辨率，都采用大焦距的分光器（750mm-1000mm焦距的光栅），这就需要很大的分光室，才能达到真空光学系统的目的，使得仪器的体积较为庞大，且机械设计及材料费用大幅提高，不易进行搬动；另外光学系统相对复杂，需要专业的调光人员才能做好；而本发明公开的一种全谱扫描型火花光电直读光谱仪，通过采用CCD采集系统206可以实现100-600nm的全谱接收，相当于几千个PMT同时进行接收采集，工艺简单，使仪器体积大大缩小，降低了材料成本，简化了调光工艺，调光步骤变得简单，因此具有明显的优点。

根据本发明的一个实施例，所述窗镜结构包括窗镜和球阀，所述窗镜为平面玻璃板，所述球阀安装在所述分光室和所述窗镜之间。

根据本发明的一个实施例，所述激发光源采用HEPS固态电源。

根据本发明的一个实施例，所述HEPS固态电源的放点频率为100hz-1000hz。

根据本发明的一个实施例，所述入缝狭缝的宽度为20μm-40μm。

根据本发明的一个实施例，所述CCD系统采用的无缝连接为多个CCD探测器连续上下交叉放置。

根据本发明的一个实施例，所述光栅的光学焦距为300mm-600mm。

根据本发明的一个实施例，所述光谱仪还包括软件系统，所述软件系统包括单片机和显示器。

根据本发明的一个实施例，所述电子终端通过软件读取电压信号，并与样品标准含量形成正比曲线关系，所述曲线关系为：一次线性方程式：y=ax+b，二次曲线方程式：y=ax²+bx+c(a≠0)，y为含量，x为光强度。

在另一优选实施例中，将线阵CMOS采集系统替换线阵CCD采集系统，所述线阵CMOS采集系统采用无缝连接并安装在上，特征光通过所述CMOS采集系统进行电压采集。

采用线阵CMOS采集系统，CMOS是互补性氧化金属半导体，CMOS几乎没有静态电量消耗，只有在电路接通时才有电量的消耗，因此CMOS采集系统的耗电量只有普通CCD系统的1/3左右，有利于节约能源。

本发明实施例的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1根据本发明的实施例的全谱扫描型火花光电直读光谱仪的示意图。

图中，1为激发光源，2为分光室，201为窗镜结构，2011为窗镜，2012为球阀，202为入缝狭缝，203为聚光镜，204为光栅，205为光阑装置和206为CCD采集系统。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“连通”、“相连”、“连接”、“配合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的发明构思如下，通过采用无缝连接的线阵CCD采集系统将特征光转化为电压信号的方式，将电路集成化水平提高，由原来的PMT（光电倍增管）、采集管和积分板简化为CCD采集系统和采集板，减少了由于电路复杂出现的多路电路问题，因此具有明显的优点。

下面将参照附图来描述本发明，其中图1为全谱扫描型火花光电直读光谱仪的示意图。

如图1所示，根据本发明的实施例，所述一种全谱扫描型火花光电直读光谱仪，包括激发光源1、分光室2、窗镜结构201、聚光镜203、光栅204、信号采集系统，所述激发光源1用于激发样品产生光谱；所述窗镜结构201使分光室2处于恒温真空状态，安装在所述分光室2的临近所述激发光源1的一侧的侧壁外侧；所述聚光镜203将激发光源1的光聚焦在焦点，然后光成像在入缝狭缝202上形成衍射光源；所述光栅204为凹面光栅，将通过入缝狭缝202的衍射光源进行分光；所述聚光镜203和所述光栅204都安装在所述分光室2中，且所述窗镜结构201、所述聚光镜203、所述光栅204置于一条光路上；以及，所述信号采集系统包括，接收光谱光束并转化为电压信号的线阵CCD采集系统206及光阑装置205，所述线阵CCD采集系统206采用无缝连接并安装在罗兰圆上，特征光穿过所述光阑装置205并通过所述CCD采集系统206进行电压采集。

通过本发明实施例采用无缝连接的线阵CCD采集系统206将特征光转化为电压信号的方式，将电路集成化水平提高，由原来的PMT（光电倍增管）、采集管和积分板简化为CCD采集系统206和采集板，减少了由于电路复杂出现的多路电路问题。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，现有技术公开的光谱仪，为了达到比较优秀的分辨率，都采用大焦距的分光器（750mm-1000mm焦距的光栅），这就需要很大的分光室，才能达到真空光学系统的目的，使得仪器的体积较为庞大，且机械设计及材料费用大幅提高，不易进行搬动；另外光学系统相对复杂，需要专业的调光人员才能做好；而本发明公开的一种全谱扫描型火花光电直读光谱仪，通过采用CCD采集系统206可以实现100-600nm的全谱接收，相当于几千个PMT同时进行接收采集，工艺简单，使仪器体积大大缩小，降低了材料成本，简化了调光工艺，调光步骤变得简单，因此具有明显的优点。

另外，根据本发明公开的一种全谱扫描型火花光电直读光谱仪还具有如下附加技术特征：

优选地，所述窗镜结构201包括窗镜2011和球阀2012，所述窗镜2011为平面玻璃板，所述球阀2012安装在所述分光室2和所述窗镜2011之间。

采用分光室-球阀-窗镜这种结构，是为了在保证所述分光室2为真空的情况下对所述窗镜2011实现快捷保养，当需要维护窗镜2011的时候，只需要关闭球阀2012-取出窗镜2011-清理完成-装上球阀2012-打开球阀2012，以上步骤能够实现对所述窗镜的快捷保养。

优选地，所述激发光源1采用HEPS固态电源。

进一步地，所述HEPS固态电源的放点频率为100hz-1000hz。

更进一步地，所述HEPS固态电源的放点频率为100hz-650hz。

由于金属的熔点有区别，所以需要不同的频率针对不同的金属，才能使检测效果比较好，采用此固态电源的作用就是保证各种不同金属材料能够调节电压、电流、频率等方式改变激发条件，优化激发效果。

优选地，所述入缝狭缝202的宽度为20μm-40μm。

进一步地，所述入缝狭缝202的宽度为20μm。

所述入缝狭缝202的20μm这个宽度能够实现最优分辨率和最大通光量的兼容。

优选地，所述CCD采集系统206采用的无缝连接为多个CCD探测器连续上下交叉放置。

多个CCD探测器连续上下交叉放置，为了在衍射光源从所述光栅204衍射到CCD采集系统206上时避免出现盲区。

优选地，所述光栅204的光学焦距为300mm-600mm。

进一步地，所述光栅204的光学焦距为300mm-450mm。

所述光栅204的光学焦距为300mm-450mm，这个光学焦距的光栅，使所述分光室2的面积大大缩小，同时也减小了整个仪器的体积。

所述光栅204和所述CCD采集系统206均设置在罗兰圆上，且两者对立设置，所述对立设置是指在圆的直径的两端的位置上，另外，所述CCD采集系统206是由多个CCD探测器连续上下交叉放置组成的，因此，所述光栅204和所述CCD采集系统206在形状上形成扇形。

优选地，所述光谱仪还包括软件系统，所述软件系统包括单片机和显示器。

优选地，所述电子终端通过软件读取电压信号，并与样品标准含量形成正比曲线关系，所述曲线关系为：一次线性方程式：y=ax+b，二次曲线方程式：y=ax²+bx+c(a≠0)，y为含量，x为光强度。

在另一优选实施例中，将线阵CMOS采集系统替换线阵CCD采集系统，所述线阵CMOS采集系统采用无缝连接并安装在上，特征光穿过所述光阑装置并通过所述CMOS采集系统进行电压采集。

采用线阵CMOS采集系统，CMOS是互补性氧化金属半导体，CMOS几乎没有静态电量消耗，只有在电路接通时才有电量的消耗，因此CMOS采集系统的耗电量只有普通CCD系统的1/3左右，有利于节约能源。

根据本发明实施例的全谱扫描型火花光电直读光谱仪，通过采用CCD采集系统206可以实现100-600nm的全谱接收，相当于几千个PMT同时进行接收采集，工艺简单，使仪器体积大大缩小，降低了材料成本，简化了调光工艺，调光步骤变得简单，且采用相对较小焦距的光栅，进一步缩小了整个仪器体积，因此具有明显的优点。

任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中；在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例，而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。

尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。