一种基于面阵列多波长滤光器的微型光谱分析系统的制作方法

本实用新型涉及光谱分析技术领域，尤其涉及一种基于面阵列多波长滤光器的微型光谱分析系统。

背景技术：

光谱分析是指根据物质的光谱特征来鉴别物质性质及分析其化学组成及结构、以及各成分相对含量的一种分析方法，具有操作简单、分析速度快，可同时进行多组分定性、定量分析等特点，被广泛地应用于农业、石油化工、制药、纺织和环保等领域。光谱仪作为认识物质世界的一种重要仪器，越来越多地向着小型化甚至微型化方向发展。当前，越来越多的光谱仪在实际生产中以传感器的形式出现，亦或是与便携式移动电子设备——如：手机、平板电脑等——相结合，不再是传统的放在专业实验室的笨重大型设备。因此，出于实际应用角度对光谱仪的结构提出了更高的要求。

一套完整的光谱分析设备主要由光学系统、电子系统、机械系统和数据处理系统等组成。其中，光学系统是光谱仪的核心，主要包括光源、分光系统和检测器等。分光系统的作用是将复合光分开成单色光，其性能直接影响光谱仪的核心参数、稳定性，并决定着光谱仪的使用环境等关键因素。现有的分光技术主要有法布里-珀罗干涉型（包含基于单波长滤光片型、线性渐变滤光片型）、光栅色散型、傅里叶变换型、声光可调滤光器型。

目前，光栅色散型光谱仪和傅里叶变换型光谱仪的市场占有率较高；由于仪器内部存在可移动部件，因此对仪器的使用环境有较高的要求。声光可调滤光器型光谱仪易受温度影响，需要采取严格的控温措施才能保证光谱仪波长的稳定。但是，上述三种类型的光谱仪由于光路相对复杂，导致其体积较大，较难实现真正的仪器小型化到以传感器形式存在的程度，从而很难与便携式移动电子设备相融合。

法布里-珀罗干涉型光谱仪是指采用干涉滤光片分光进行分光的一类光谱仪。如附图1所示，镀层的厚度不同，滤光片透过的波长则不同，并且遵循“镀层厚度等于透过波长的半波长的整数倍”规则。传统的滤光片型光谱仪是从复合光中用固定波长的滤光片（如附图1所示）过滤出所需波长，然后用于光谱分析。因此，该类光谱仪的波长变量数有限，一般不超过10个波长变量数，很难用于复杂成分分析。线性渐变滤光片，如附图2所示，和普通滤光片的不同之处在于，其中间镀层呈楔形，沿着基材横向延伸，不同位置镀层厚度不同，因此，不同位置透过的波长亦不同，且呈线性分布。线性渐变滤光片应用于光谱仪的制造，一般直接与线阵检测器耦合，因此一般采用该类方法的光谱仪都必须采用线阵检测器，与单点检测器相比，增加了制造成本，而且难以实现微型化。

目前市场上基于各种不同分光原理的光谱仪主要作为分析仪器单独使用。因此，如何通过改进分光系统，实现光谱分析仪器的微型化，并在实际应用中以传感器的形式与便携式移动电子设备——如：手机、平板电脑等融合，是当前光谱分析系统亟待解决的难题。

技术实现要素：

（一）要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种基于面阵列多波长滤光器的微型光谱分析系统，以解决现有光谱分析仪器体积庞大、在实际应用中不能以传感器的形式与便携式移动电子设备融合、仅作为分析仪器单独使用的问题。

（二）技术方案

为了解决上述问题，本实用新型通过下述技术方案实现。

一种基于面阵列多波长滤光器的微型光谱分析系统，其特征在于，包括：面阵列光阀，面阵列多波长滤光器，检测器，控制系统和光源；所述面阵列光阀、检测器皆与光源与控制系统电连接。

根据本实用新型，所述控制系统控制光源和面阵列光阀的开关，以及将电信号转换成数字信号并输出。

根据本实用新型，所述光源可以是紫外、可见光、近红外和中红外发射光源；作为近红外光源，优选但不局限于卤钨灯，光源发出的光经待测物反射或透射后依次通过面阵列光阀和面阵列多波长滤光器。

根据本实用新型，所述面阵列光阀由二维阵列的光阀单元组成，呈矩形，光阀单元之间彼此独立，并可被单独控制其打开或关闭，所述光阀单元的数量与所述面阵列多波长滤光器的滤光通道数量相同，所述光阀单元与所述面阵列多波长滤光器的滤光通道在空间位置上一一对应。

根据本实用新型，所述面阵列多波长滤光器是一种阵列光谱带通滤光器，由二维阵列的滤光通道构成，每一个通道只能允许一个特定波长的光通过。不同通道可以通过相同波长的光，也可以通过不同波长的光。

根据本实用新型，所述检测器可以由单个检测单元构成，也可以由线阵列或面阵列检测单元构成，完成光信号的接收及转换。

（三）有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：

本实用新型的基于面阵列多波长滤光器的微型光谱分析系统中控制系统与面阵列光阀连接控制光信号的接收，经面阵列多波长滤光器分光后进入检测器并进行信号输出，可实现光谱分析系统的微型化，在实际应用中以传感器的形式与便携式移动电子设备融合，解决了现有光谱分析仪器体积庞大、在实际应用中不能以传感器的形式与便携式移动电子设备融合、仅作为分析仪器单独使用的问题。

附图说明

图1是普通滤光片结构示意图。

图2是线性渐变滤光片结构示意图。

图3为本实用新型的面阵列多波长滤光器规格示意图。

图中，2：面阵列多波长滤光器；21：面阵列多波长滤光器单元。

图4是为本实用新型实施例的结构示意图。

图中，1：面阵列液晶光阀；2：面阵列多波长滤光器；3：检测器；4：控制系统；5：光源；11：面阵列液晶光阀单元；21面阵列多波长滤光器通道。

图5为本实用新型实施例的面阵列常黑型液晶光阀结构示意图。

图中，1：面阵列液晶光阀；11：面阵列液晶光阀单元；12：液晶分子。

图6为本实用新型实施例的面阵列多波长滤光器结构示意图。

图中，2：面阵列多波长滤光器；21：面阵列多波长滤光器的单个通道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种基于面阵列多波长滤光器的微型光谱分析系统，包括面阵列光阀1，面阵列多波长滤光器2，检测器3，光源5和控制系统4。光源6、面阵列光阀1和检测器3都与控制系统4连接，由控制系统4控制光源5和面阵列光阀1的中光阀单元打开与关闭，从而控制检测器3是否接收光信号并进行信号转换。

根据本实用新型，光源5产生的光经过检测物反射或透射后，依次通过面阵列光阀1、面阵列多波长滤光器2，然后被检测器3接收，将光信号转换为电信号，优选但不局限地，以光谱信号的形式输出。

根据本实用新型，光源5可以选择紫外、可见、近红外和中红外光源，光源5的具体类型可以是卤钨灯、氙灯、氘灯等，也可以是任意上述几种灯的组合，发射光的波长可以包含300nm~5000nm。作为优选方案，所述光谱分析系统的光源5为卤钨灯，可发出350nm~2500nm的光，包含部分紫外光、全部可见光和全部近红外光。光源5与控制系统4连接，控制系统4控制光源5的开关。具体地，控制系统4发出指令打开光源5，光源5发射的光照射在待测物上，经过待测物反射或透射的光通过面阵列液晶光阀1的各光阀单元11进入面阵列多波长滤光器2。

根据本实用新型，面阵列光阀1由二维阵列的光阀单元11组成，呈矩形阵列结构，每一个光阀单元11可以被单独控制，包含通光和不通光两种状态，在不使用时皆保持不通光状态。作为优选，面阵列光阀单元11为常黑型液晶单元，不施加电压时，液晶光阀单元不透光，施加电压时，液晶光阀单元11透光。所述光阀单元11为液晶光阀，每一个光阀单元11均可单独由控制系统4控制其开或关，同一时刻只有一个光阀单元被施加电压，保持通光。光阀单元11的数量与面阵列多波长滤光器2上的滤光器单元21相同，且空间位置上一一对应。通过面阵列光阀1的光进入面阵列多波长滤光器2。

根据本实用新型，面阵列多波长滤光器2是一种阵列光谱带通滤光器由二维阵列的滤光通道21构成，呈矩形阵列结构，通过多层镀膜制成，并且每一个单元的镀膜厚度均不相同，利用光的干涉原理，不同的面阵列多波长滤光器单元21分别允许不同波长的光通过。每一个通道只能允许一个特定波长的光通过。通道数可根据实际工作需要进行具体定制。

根据本实用新型，检测器3可以由单个检测单元构成，也可以由线阵列或面阵列的检测单元构成。检测器的类型可以是硅基、硫化铅、铟镓砷、紫外检测器，检测器3可以将所接收到的光信号转换成电信号，经控制系统4转换为数字信号，优选但不局限地，以光谱信号的形式输出。作为优选但不局限地，检测器为铟镓砷检测器规格。

根据本实用新型，面阵列光阀1可以有两种通光模式，分别是逐个单元依次开关和多个单元同时开关，由控制系统4控制。对于逐个单元依次开关的情况，面阵列多波长滤光器2与面阵列光阀1相对应的通道依次通光，被检测器3逐点接收，进一步，面阵列多波长滤光器2上的通道可以是每个通过不同波长的光，也可以是部分通道通过相同波长的光；对于多个面阵列光阀单元11同时开关的情况，同一时刻开启的光阀对应的滤光通道21是相同的，即通过相同波长的光。

根据本实用新型，控制系统4可根据使用需要控制光源5的开关。控制系统4也可将检测器3产生的电信号转换成数字信号，优选但不局限地，以光谱信号的形式输出。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。