专利名称：基于固定光栅和ccd技术的近红外检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及检测装置，具体地说是一种基于固定光栅和CXD技术的近红外检 测器。
背景技术：
众所周知，自20世纪50年代起，近红外光谱技术因其具有分析速度快、效率高、 无损伤、样品制备简单(甚至不需要预处理)、可在线分析等独有的特点，使其在农业、化工、 医学、军事等领域具有重要地位。20世纪末，各种相关技术，如电子技术、多通道检测技术、 光栅制造技术和光纤技术的不断发展，使近红外光谱仪不断向专用化、小型化、固态化、模 块化和快速实时方向发展。近红外光谱仪根据分光方式的不同，分为滤光片型、光栅色散 型、傅立叶变换型和声光可调滤光器型。从分光器和检测器看，近红外光谱仪有两种一类 是光栅扫描型，用PbS或InGaAs光敏元件做检测器，技术比较成熟，价格也比较低，但其特 点是有移动部件，仪器的稳定性和抗干扰能力差，另一类是基于CCD型仪器演化而来，采用 InGaAs光敏二极管阵列做检测器，光路固定，这类仪器的缺点是价格昂贵。
发明内容本实用新型的目的是为了克服上述不足，提供一种稳定性好的基于固定光栅和 CXD技术的近红外检测器。本实用新型可以通过如下措施达到。一种基于固定光栅和CXD技术的近红外检测器，其特征是包括光源系统、样品室、 固定光栅分光系统、CCD信号采集系统、信号转换系统、控制和数据处理系统及记录显示系 统组成，光源系统由光源和基于反馈电流的稳压电路组成经光纤与样品室相连接，样品室 由载物台和积分球组成经光纤与固定光栅分光系统相连接，固定光栅分光系统由高通滤波 片、固定光栅和反射镜组成经光纤与CCD信号采集系统相连接，CCD信号采集系统由CCD检 测器和温度控制单元组成，经传输线与信号转换系统相连接，信号转换系统由跟随器、放大 电路和A/D转换器组成，控制和数据处理系统基于ARM微处理器经传输线分别与光源系统、 CCD信号采集系统、信号转换系统及记录显示系统相连接。本实用新型由光源和基于反馈电流的稳压电路组成，可由钨灯或LED充当光源， 基于反馈电流的稳压电路为光源提供稳定的电压，光源发出的稳定近红外光经聚光后由传 导光纤引入到样品室，经准直后的光直接照射在载物台上的样品。本实用新型的样品室包括载物台和积分球，光信号照射到样品发生漫反射，漫反 射的信号非常微弱，需要由积分球将多次漫反射光信号累加起来，经传导光纤引入到固定 光栅分光系统。本实用新型的固定光栅分光系统由高通滤波片、固定光栅及反射镜组成，由于短 波段光谱对应用光谱波段存在光谱级次重叠的影响，在固定光栅分光系统的入射狭缝处放 置截止短波段的高通滤波片，可以有效控制光谱级次重叠对系统精度的影响。光信号经光
3纤引导进入固定光栅分光系统后，由平面反射镜反射到准直球面镜，准直球面镜对光信号 准直后反射到固定光栅上，复色光分散成单色光，色散后的光束经成像反射镜反射到CCD 信号采集系统中的CCD检测器上成像，通过光电转换得到相应的模拟电信号，经信号转换 系统中的跟随器隔离和放大电路放大后，经16位的A/D转换器将对应的模拟电信号进行转 换处理，CCD采用InGaAs光敏二极管阵列做检测器将光信号转变为模拟电信号。本实用新型的CXD信号采集系统由CXD检测器和温度控制单元组成，CXD检 测器在把光信号转变为模拟电信号的过程中，由于累计光照的原因，CCD检测器温度将会 升高，而温度升高对CCD检测器的暗电流和光电流都有影响，从而影响测量精确度，为了让 CCD检测器工作在稳定的低温状态，采用温度控制单元为检测器提供稳定的工作温度。温度 控制单元由温度传感器电路、单片机电路、D/A控制电路和半导体制冷片组成，温度传感器 电路对CCD检测器进行实时监测，采集到的温度数值，经传输线传给单片机电路，单片机电 路对信号进行处理后，经D/A控制电路控制半导体制冷片工作电流，半导体制冷片是电流 换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，半导体制冷片与CCD检测器 通过一块铝金属片粘在一起，因此制冷片的工作效果可直接作用于CCD检测器和温度传感
ο本实用新型的控制和数据处理系统基于ARM7数据采集电路，ARM7芯片对整个电 路进行控制，以及对经过A/D转换处理后的InGaAs线阵图像传感器信号进行采集，再将采 集到的数据暂存在缓冲区，最后发送到PC机上。本实用新型的数据采集和分析是系统的软件部分，上层控制软件包括系统自检、 仪器参数设置、帮助等模块，光谱采集模块是通过USB协议把硬件的光谱信号读入PC机，光 谱处理模块是对读取的信号进行平滑、滤波等基本处理，光谱显示、波长标定和数据报告模 块是几个基本的附属模块，光谱分析模块是系统软件的的核心部分，光谱分析软件为开发 的近红外光谱半定量分析软件PISA-VIEW，包括建立用户模型和调用已知模型分析未知样 品两大功能。本实用新型的传导光纤采用超低羟基石英光纤，保证了光源的稳定性和利用率。
。附图是本实用新型的结构框图。
具体实施方式
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以下结合附图对本实用新型作进一步描述。如图所示，一种基于固定光栅和CXD技术的近红外检测器，其特征包括光源系统、 样品室、固定光栅分光系统、CCD信号采集系统、信号转换系统、控制和数据处理系统及记录 显示系统组成，光源系统1由光源和基于反馈电流的稳压电路组成经光纤与样品室2相连 接，样品室2由载物台和积分球组成经光纤与固定光栅分光系统3相连接，固定光栅分光系 统3由高通滤波片、固定光栅及反射镜组成经光纤与CXD检测器4相连接，CXD信号采集系 统4、5由CXD检测器4和温度控制单元5组成经传输线与信号转换系统6相连接，信号转 换系统6由跟随器、放大电路和A/D转换器组成，控制和数据处理系统7基于ARM微处理器 经传输线分别与光源系统1、C⑶信号采集系统4和5、信号转换系统6和记录显示系统8相 连接。本实用新型基于稳压电路的光源系统1发出的稳定近红外光经聚光后由传导光
4纤引入到样品室2，经准直后的光信号直接照射在载物台上的样品，光照射样品发生漫反 射，漫反射的信号非常微弱，需要由积分球将多次漫反射光信号累加起来，经传导光纤引入 到固定光栅分光系统3，光信号经高通滤波片滤波后由平面反射镜反射到准直球面镜上，准 直球面镜对光信号准直后反射到固定光栅上，复色光分散成单色光，色散后的光束经成像 反射镜反射到CCD检测器4上成像，通过光电转换得到相应的模拟电信号，经信号转换系统 6中的跟随器隔离和放大电路放大后，经16位的A/D转换器将对应的模拟电信号进行转换 处理得到数字信号，控制和数据处理系统7中的ARM7数据采集电路对整个电路进行控制， 以及对经过A/D转换处理后的InGaAs线阵图像传感器信号进行采集，再将采集到的数据暂 存在缓冲区，最后发送到记录显示系统8中。由于累计光照的原因，CXD检测器4温度将会升高，而温度升高会对CXD检测器4 的暗电流和光电流有影响，从而影响测量精确度，为了让CCD检测器4工作在稳定的低温状 态，采用温度控制单元5为CCD检测器4提供稳定的工作温度。温度控制单元5由温度传 感器电路、单片机电路、D/A控制电路和半导体制冷片组成，温度传感器电路对CCD检测器4 进行实时监测，采集到的温度数值，经传输线传给单片机电路，单片机电路对信号进行处理 后，经D/A控制电路控制半导体制冷片工作电流，半导体制冷片是电流换能型片件，通过输 入电流的控制，可实现高精度的温度控制，半导体制冷片与CCD检测器4通过一块铝金属片 粘在一起，因此制冷片的工作效果可直接作用于CCD检测器4和温度传感器。本实用新型的数据采集和分析是系统的软件部分，上层控制软件包括系统自检、 仪器参数设置、帮助等模块，光谱采集模块是通过USB协议把硬件的光谱信号读入PC机，光 谱处理模块是对读取的信号进行平滑、滤波等基本处理，光谱显示、波长标定和数据报告模 块是几个基本的附属模块，光谱分析模块是系统软件的的核心部分，光谱分析软件为开发 的近红外光谱半定量分析软件PISA-VIEW，包括建立用户模型和调用已知模型分析未知样 品两大功能。
权利要求1. 一种基于固定光栅和CCD技术的近红外检测器，其特征是包括光源系统、样品室、 固定光栅分光系统、CCD信号采集系统、信号转换系统、控制和数据处理系统及记录显示系 统组成，光源系统由光源和基于反馈电流的稳压电路组成经光纤与样品室相连接，样品室 由载物台和积分球组成经光纤与固定光栅分光系统相连接，固定光栅分光系统由高通滤波 片、固定光栅和反射镜组成经光纤与CCD信号采集系统相连接，CCD信号采集系统由CCD检 测器和温度控制单元组成，经传输线与信号转换系统相连接，信号转换系统由跟随器、放大 电路和A/D转换器组成，控制和数据处理系统基于ARM微处理器经传输线分别与光源系统、 CCD信号采集系统、信号转换系统及记录显示系统相连接。
专利摘要本实用新型涉公开了一种基于固定光栅和CCD技术的近红外检测器，特征是包括光源系统、样品室、固定光栅分光系统、CCD信号采集系统、信号转换系统、控制和数据处理系统及记录显示系统组成，光源系统由光源和基于反馈电流的稳压电路组成经光纤与样品室相连接，样品室由载物台和积分球组成经光纤与固定光栅分光系统相连接，固定光栅分光系统由高通滤波片、固定光栅和反射镜组成经光纤与CCD信号采集系统相连接，CCD信号采集系统由CCD检测器和温度控制单元组成，经传输线与信号转换系统相连接，信号转换系统由跟随器、放大电路和A/D转换器组成，控制和数据处理系统基于ARM微处理器经传输线分别与光源系统、CCD信号采集系统、信号转换系统及记录显示系统相连接，具有稳定性好的优点。
文档编号G01N21/49GK201788150SQ20102054552
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者苗金水 申请人:苗金水