专利名称：光谱仪及溢油监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光电信号的转换及电信号的处理，具体地说，是涉及一种光 谱仪及应用该光谱仪的溢油监测系统，属于遥感测量技术领域。
背景技术：
在人类社会活动过程中，石油产品发挥着至关重要的作用。随着人类对海洋资源 获取活动的日益增多，尤其在油的运输和石油资源开发过程中，油泄露事件时有发生。作为 严重的海洋生态环境灾害之一，溢油不仅给海洋生态环境带来直接影响，也给沿海地区的 经济发展和人民身体健康带来巨大危害，因此能否有效处理溢油污染已经成为全球关注并 着力解决的问题。处理溢油污染的前提是要监测到溢油位置、油污类型及污染程度，这些监测可以 通过溢油监测系统来实现。目前常用的溢油监测系统一般包括有激光发射与接收设备、 光谱仪及数据采集处理设备，其原理是利用大功率激光与海面及表层海水中物质的相互作 用，接收载有被监测目标信息的光学信号，将接收的光信号转换为电信号，经处理、采集和 计算分析，实现对监测目标的监测和识别。为便于数据采集处理设备采集和处理光谱数据， 光谱仪需要对激光发射与接收设备中望远镜接收到的荧光信号进行分光，将光信号转换为 电信号输出。现有光谱仪中一般只设置有分光单元和光电转换单元，光电转换单元采用CCD/ PDA探测阵列或CMOS来实现。光电转换单元输出的电信号为弱电流信号，需要将该信号放 大并转换为电压信号后再供数据采集处理设备来采集，因此，需要在光谱仪之外额外再设 置信号放大单元。这类光谱仪在使用过程中存在下述缺点和不足1、光电转换单元响应慢、 灵敏度低，且其响应范围在可见光、近红外光区域，虽然包含有较大范围的光谱信息，但对 于油荧光探测来说，该范围内的光谱信息几乎没有参考价值，增加了后续数据处理的难度； 2、信号放大单元设置在光谱仪之外，光电转换单元输出的微弱电信号经光谱仪输出后，容 易因外界电磁干扰造成较大的损失，极易导致部分光谱信号丢失，影响溢油测量结果的精 确度。
发明内容本实用新型针对现有光谱仪存在的上述缺点和不足，提供了一种光谱仪，通过在 光谱仪中设置信号放大单元对电信号进行放大后再输出，方便了对光谱仪测量信号的采 集，提高了其输出的测量信号的准确度。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现—种光谱仪，包括盒体，设置在盒体内的分光单元和光电转换单元，以及设置在盒 体上的信号输出单元；在所述盒体内、靠近所述信号输出单元一侧还设置有信号放大单元， 其一方面连接所述光电转换单元，另一方面连接所述信号输出单元；所述信号放大单元与 所述分光单元之间设置有挡光板。[0008]如上所述的光谱仪，为减少分光单元所占据的空间、降低光谱混杂率，所述分光单 元采用下述结构来实现分光单元包括有狭缝，用于透射进入光谱仪的光信号；平面镜，用于将从狭缝透射的光信号反射出去；准直镜，接收平面镜反射的光信号，并准直为平行光束输出；光栅，用于接收准直镜输出的平行光束，并产生衍射分光；成像镜，用于将光栅产生的衍射分光聚焦到所述光电转换单元。如上所述的光谱仪，所述准直镜和所述成像镜均采用凹面镜来实现。如上所述的光谱仪，为提高光电转换单元的响应速度和灵敏度，所述光电转换单 元采用32通道的光电倍增管实现。如上所述的光谱仪，为减少光电倍增管相邻通道的信号在传输过程中的串扰，所 述光电倍增管的输出电信号通过排线连接至所述信号放大单元的输入端，在排线中，相邻 的两个光电倍增管的通道之间连接有地线。此外，本实用新型还提供了一种溢油监测系统，包括有激光发射与接收设备、光谱 仪及数据采集处理设备；所述光谱仪包括盒体，设置在盒体内的分光单元和光电转换单元， 以及设置在盒体上的信号输出单元；在所述盒体内、靠近所述信号输出单元一侧还设置有 信号放大单元，其一方面连接所述光电转换单元，另一方面连接所述信号输出单元；所述信 号放大单元与所述分光单元之间设置有挡光板。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是通过将分光单元、光电转换单 元及信号放大单元集成在同一盒体内，信号的分光、光电转换及放大在同一仪器中完成，有 效避免了外界电磁干扰而对信号造成的影响，便于信号的采集和输出；通过设置挡光板将 盒体内的分光单元与信号放大单元分区域隔开，一方面有效减少了杂散光对光谱仪荧光采 集的干扰，另一方面可尽可能地保护光学元件，防止其损坏；信号放大单元靠近信号输出单 元设置，可将信号放大单元输出的电压信号以最短的距离从光谱仪输出，使得盒体中传输 的主要电信号为电流信号，进一步减少通道信号之间的串扰。结合附图阅读本实用新型的具体实施方式
后，本实用新型的其他特点和优点将变 得更加清楚。
图1是本实用新型光谱仪一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细的描述。图1示出了本实用新型所述光谱仪一个实施例的结构示意图。本实用新型实施例针对现有溢油监测系统用的光谱仪中未设置信号放大单元，从 光谱仪输出的微弱电信号在传输过程中容易受到外界电磁干扰而产生损耗、造成信号丢 失，进一步影响监测精确度的问题，提供了一种内置有信号放大单元的光谱仪，并对信号放 大单元的设置位置作出合理的限定，以减少光谱仪中光信号、电信号的干扰及损耗，提高光 谱仪的测量灵敏度和准确性。[0024]结合图1所示，具体来讲，本实施例的光谱仪包括盒体1，盒体1上设置有光谱仪信 号输出单元5，在盒体1内部除设置有分光单元2和光电转换单元3之外，在靠近信号输出 单元5的一侧还设置有信号放大单元4。信号放大单元4 一方面与光电转换单元3连接，另 一方面连接信号输出单元5。而且，在信号放大单元4和分光单元2之间设置有挡光板6， 利用挡光板6，将信号放大单元4和分光单元2分隔成两个独立的区域。上述结构的光谱仪的工作过程如下外部光信号经光纤输入至光谱仪盒体1中， 先经分光单元2分光，然后经光电转换单元3转换成电信号。该电信号为微弱的脉冲电流信 号，电压幅值较小，为便于后续数据采集设备的采集，该信号先输入至信号放大单元4中。 信号放大单元4对电信号进行放大的同时将其转换为电压信号，最后通过信号输出单元5 输出。在该实施例中，由于光谱仪中存在有多路电信号，考虑到电压信号比电流信号更 容易发生彼此干扰的问题，将信号放大单元4设置在靠近信号输出单元5的一侧，这样，便 于信号放大单元4输出的电压信号以最短的传输距离输出。此外，又考虑到信号输出单元 5处会存在漏光，为避免漏光对光谱仪信号采集造成干扰，同时保护光学元件因强光照射而 损坏，该实施例在盒体1中设置了挡光板6，实现光路和电路的分区域布局。作为对上述光谱仪技术方案的进一步限定，该实施例光谱仪的分光单元2可优选 采用对称的Czerny-Turner光路结构来实现，具体结构为分光单元2包括有狭缝21、平面镜22、准直镜23、光栅24及成像镜25，各部分的 相对设置位置以完成下述方向的光路传输为依据经光纤输入至光谱仪盒体1中的光信号 透过狭缝21，经平面镜22反射至准直镜23上；准直镜23将光信号准直为平行光束后，照 射到光栅24上，产生衍射分光；衍射分光照射到成像镜25上，并将成像镜25聚焦在光电转 换单元3上。准直镜23和成像镜25优选采用凹面镜来实现。应用上述结构的分光光路，在调节至所用的光谱范围后，光栅24固定不扫描。上 述结构的分光单元2结构紧凑，所占据的空间小，从而可缩小整个光谱仪的体积；且分光单 元2光谱混杂率低，精度较高。在该实施例中，为提高光电转换单元3的响应速度和转换灵敏度，优选采用32通 道的光电倍增管来实现。在该实施例中，若采用光电倍增管作为光电转换单元，结合光电倍增管的结构特 点，光电倍增管的输出电信号通过排线连接至信号放大单元4的输入端。在采用排线结 构时，光电倍增管相邻通道之间的间距及其有限，加之其转换输出的电流信号强度低、频率 快，通道与通道之间的信号串扰会比较严重。鉴于此，实施例通过在排线中相邻的两个光电 倍增管的通道之间连接有地线，以尽量减少信号传输过程中的串扰。对于信号放大单元4而言，其内包括有若干路信号放大电路子单元，一路子单元 对应光电转换单元的一个通道，实现对一路信号的放大和转换。每路子单元的信号放大电 路可采用目前常用的集成放大芯片及其外围电路来实现。本实用新型所述的光谱仪可应用在溢油监测系统中，作为光电转换设备，接收溢 油监测系统中激光发射与接收设备监测的光学信号，将其转换为电信号输出，以供数据采 集处理设备采集和处理光谱数据，实现对监测目标的监测和识别。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对 前述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 修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和 范围。
权利要求一种光谱仪，包括盒体，设置在盒体内的分光单元和光电转换单元，以及设置在盒体上的信号输出单元，其特征在于，在所述盒体内、靠近所述信号输出单元一侧还设置有信号放大单元，其一方面连接所述光电转换单元，另一方面连接所述信号输出单元；所述信号放大单元与所述分光单元之间设置有挡光板。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述分光单元包括有 狭缝，用于透射进入光谱仪的光信号；平面镜，用于将从狭缝透射的光信号反射出去； 准直镜，接收平面镜反射的光信号，并准直为平行光束输出； 光栅，用于接收准直镜输出的平行光束，并产生衍射分光； 成像镜，用于将光栅产生的衍射分光聚焦到所述光电转换单元。
3.根据权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述准直镜和所述成像镜均为凹面镜。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光谱仪，其特征在于，所述光电转换单元为32 通道光电倍增管。
5.根据权利要求4所述的光谱仪，其特征在于，所述光电倍增管的输出电信号通过排 线连接至所述信号放大单元的输入端，在排线中，相邻的两个光电倍增管的通道之间连接 有地线。
6.一种溢油监测系统，包括有激光发射与接收设备、光谱仪及数据采集处理设备，所述 光谱仪包括盒体，设置在盒体内的分光单元和光电转换单元，以及设置在盒体上的信号输 出单元，其特征在于，在所述盒体内、靠近所述信号输出单元一侧还设置有信号放大单元， 其一方面连接所述光电转换单元，另一方面连接所述信号输出单元；所述信号放大单元与 所述分光单元之间设置有挡光板。
7.根据权利要求6所述的溢油监测系统，其特征在于，所述分光单元包括有 狭缝，用于透射进入光谱仪的光信号；平面镜，用于将从狭缝透射的光信号反射出去； 准直镜，接收平面镜反射的光信号，并准直为平行光束输出； 光栅，用于接收准直镜输出的平行光束，并产生衍射分光； 成像镜，用于将光栅产生的衍射分光聚焦到所述光电转换单元。
8.根据权利要求7所述的溢油监测系统，其特征在于，所述准直镜和所述成像镜均为 凹面镜。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的溢油监测系统，其特征在于，所述光电转换单元 为32通道光电倍增管。
10.根据权利要求9所述的溢油监测系统，其特征在于，所述光电倍增管的电信号输出 端通过排线连接至所述信号放大单元的输入端，在排线中，相邻的两个光电倍增管的通道 之间连接有地线。
专利摘要本实用新型公开了一种光谱仪及溢油监测系统。所述光谱仪包括盒体，设置在盒体内的分光单元和光电转换单元，以及设置在盒体上的信号输出单元；此外，在所述盒体内、靠近所述信号输出单元一侧还设置有信号放大单元，其一方面连接所述光电转换单元，另一方面连接所述信号输出单元；所述信号放大单元与所述分光单元之间设置有挡光板。本实用新型通过在光谱仪中设置信号放大单元对电信号进行放大后再输出，方便了对光谱仪测量信号的采集，提高了其输出的测量信号的准确度。
文档编号G01J3/02GK201716109SQ20102024626
公开日2011年1月19日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者李晓龙, 赵朝方, 马佑军, 齐敏珺 申请人:中国海洋大学