一种基于光纤光栅的光谱检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于光纤光栅的光谱检测装置。

背景技术：

光谱仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线；通过光谱仪对光信息的抓取、显示和分析，从而测知物品中含有何种元素，这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中；目前常用的光谱仪工作原理一般都是由衍射光栅将不同波长的谱线在空间上分开，将不同波长的谱线照射进线阵光电探测器，经过后续信号处理得到待测光源光谱。这种光谱仪严格摆放各个关键模块，一旦光谱仪发生搬运或者振动，容易引起测量误差，影响系统正常工作；因此，需要一种合理的方案解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于光纤光栅的光谱检测装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于光纤光栅的光谱检测装置，其特征在于：其包括光栅组、待测光源、光纤环形器、1×N光开关、光电探测器和数据采集模块，所述的光栅组包括N个光栅、刻有N个V型槽的铝块、安装在同一底座上的电控的精密平移台和温控模块，所述N个光栅的一端分别固定在V型槽上，另一端分别固定在精密平移台上，所述数据采集模块控制精密平移台移动，所述刻有N个V型槽的铝块安装在所述温控模块上，所述数据采集模块连接所述温控模块以控制铝块温度，所述待测光源输出光信号进入光纤环形器的1端，光纤环形器的2端连接所述光开关的输入端，光开关的N个输出端与所述N个光栅一端相连，所述光栅反射回来的信号通过光开关进入光纤环形器的3端，光纤环形器的3端连接所述光电探测器的输入端，所述光电探测器输出端连接所述数据采集模块的输入端，数据采集模块的控制端连接所述光开关的切换控制端，切换光开关将各个光栅上采集到的信号进行处理并显示待测光源光谱，其中，N∈N^*。

在另一较佳实施例中，所述的数据采集模块包括数据采集卡和计算机，所述数据采集卡将电压信号转换成数字信号，所述计算机连接所述数据采集卡和光开关以控制数据采集卡的采集时间和光开关的切换时间。

在另一较佳实施例中，所述计算机包括用以显示待测光源光谱的显示设备。

在另一较佳实施例中，所述计算机控制所述光开关在t1至tN时刻光路切换，然后控制数据采集卡在t1+Δt至tN+Δt时刻进行数据采集，将采集到的数据保存，其中，Δt为相邻两个采样时间间隔的一半。

在另一较佳实施例中，所述计算机控制精密平移台移动若干个步进距离，使各个光栅中心波长移动。

在另一较佳实施例中，所述计算机连接所述温控模块以控制温控模块进一步控制铝块温度，所述计算机控制所述铝块温度变化，使各个光栅中心波长移动。

在另一较佳实施例中，所述的光电探测器为高速PIN光电探测器。

在另一较佳实施例中，所述光开关的N个输出端与所述N个光栅固定V型槽的一端相连

本实用新型的有益效果是：

1、N个光栅的一端分别固定在V型槽上，另一端分别固定在精密平移台上，V型槽的铝块安装在温控模块上，精密平移台和温控模块同时安装在同一底座上，避免搬运或者振动引起测量误差，影响系统正常工作；通过数据采集模块控制精密平移台移动，拉伸光栅以粗调光栅的反射中心波长，通过数据采集模块控制温控模块温度进一步以细调光栅的反射中心波长，粗调和细调互相配合提高光谱仪的分辨率，适应不同需求的测试场景；全光纤结构，简单合理，可有效控制装置的体积和成本。

2、计算机连接数据采集卡和光开关以控制数据采集卡的采集时间和光开关的切换时间，适配不同的测试需求。

3、计算机包括用以显示待测光源光谱的显示设备方便快速获取光谱信息。

4、计算机控制所述光开关在t1至tN时刻光路切换，然后控制数据采集卡在t1+Δt至tN+Δt时刻进行数据采集，通过计算机控制所述光开关定时切换并控制数据采集卡进行采集，灵活调节采集周期。

5、通过计算机控制精密平移台移动若干个步进距离，使各个光栅中心波长移动，实现光栅中心波长的粗调，计算机控制温控模块改变铝块温度，进而精细改变光栅的反射中心波长，有利于对某一波长范围进行精密检测。

6、采用高速PIN光电探测器，结构简单，性能优异。

7、光开关的N个输出端与所述N个光栅固定V型槽的一端相连，避免光开关随着精密平移台的移动而移动，进一步保证与光开关相连的其他设备的安装稳定性。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种基于光纤光栅的光谱检测装置不局限于实施例。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例的系统框图；

图2是本实用新型一较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例，参见图1和图2所示，本实用新型的一种基于光纤光栅的光谱检测装置，其包括光栅组10、待测光源20、光纤环形器30、1×N光开关40、高速PIN光电探测器50和数据采集模块60，所述的光栅组10包括N个光栅11、刻有N个V型槽的铝块12、安装在同一底座70上的电控的精密平移台13和温控模块14，所述N个光栅11的一端分别固定在V型槽上，另一端分别固定在精密平移台13上，所述的数据采集模块60包括数据采集卡和计算机，所述数据采集卡将电压信号转换成数字信号，所述计算机连接所述数据采集卡和光开关40以控制数据采集卡的采集时间和光开关40的切换时间；所述数据采集模块60控制精密平移台13移动，所述刻有N个V型槽的铝块12安装在所述温控模块14上，所述数据采集模块60连接所述温控模块14以控制铝块12温度，所述待测光源20输出光信号进入光纤环形器30的1端，光纤环形器30的2 端连接所述光开关40的输入端，光开关40的N个输出端与所述N个光栅11 一端相连，所述光栅11反射回来的信号通过N个光开关40进入光纤环形器30 的3端，光纤环形器30的3端连接所述高速PIN光电探测器50的输入端，所述高速PIN光电探测器50输出端连接所述数据采集模块60的输入端，数据采集模块60的控制端连接所述光开关40的切换控制端，切换光开关40将各个光栅上采集到的信号进行处理并通过计算机的显示设备显示待测光源20光谱。

目前，光纤光栅反射中心波长带宽可做到0.1nm甚至更低，光栅的拉伸应变系数约1.2pm/με，通过拉伸使光栅产生100με约可以产生0.12nm的中心波长漂移；温度敏感系数约为11pm/℃，光栅温度每改变1℃可产生0.011nm 的中心波长漂移；利用光纤光栅的温度应变敏感特性，通过改变光纤光栅的温度应变，使光纤光栅的反射中心波长发生变化，将待测的光信号中不同的波长成分选择出来，最后进行待测信号光谱的还原；本实用新型使用的具体步骤如下：

1、计算机控制精密平移台13使平移位置固定，控制温控模块14使铝块 12温度恒定。

2、计算机控制所述光开关40在t1至tN时刻光路切换，然后控制数据采集卡在t1+Δt、t2+Δt直至tN+Δt时刻进行数据采集，将采集到的数据保存，Δt为相邻两个采样时间间隔的一半，N∈N^*。

3、计算机控制精密平移台13移动一个步进距离，使光栅组10中各个光栅11中心波长移动，重复步骤2。

4、重复步骤3，直至扫描的波长范围结束。

5、若需要对某一波长范围进行精密检测，计算机控制精密平移台13移动至该波长附近，计算机控制温控模块14改变铝块12温度，进而精细改变光栅的反射中心波长，待铝块12温度稳定后，计算机控制数据采集卡采集数据。

6、将保存的数据绘制成待测信号的光谱图并通过计算机的显示设备进行显示。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种基于光纤光栅的光谱检测装置，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。