旋转光栅式光谱仪及其控制方法与流程

本发明涉及光学检测领域，具体而言，涉及一种旋转光栅式光谱仪及其控制方法。

背景技术：

1、光栅作为重要的光谱仪的分光器件，它的选择与性能直接影响整个系统性能。光谱仪的光路原理为入射光依次经过准直反射镜、光栅、聚焦反射镜的反射后被探测器接收。其中的光栅转动角度后，可以改变探测器位置的光谱范围。因此将光栅作成可旋转的方案，即可让光谱仪实现更宽的光谱工作范围。

2、常规的光谱仪仅使用一片固定的光栅，这使得光谱仪的参数(如工作范围、分辨力等)都存在一定的局限性。目前市面上已有部分使用旋转光栅的方案，使得光谱仪的参数可以随着光栅的转动而变化，即旋转光栅方案的光谱仪，虽然具有更宽的工作范围，和可变的参数。但是由于转台的加工、装配精度，材料热膨胀系数，以及转动控制精度等方面都会对光栅的转动精度产生影响，从而影响光谱仪的检测精度，导致这类旋转光栅的光谱仪比常规光谱仪的检测精度更差的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种旋转光栅式光谱仪，以提高旋转光栅式光谱仪的检测精度。

2、本发明的目的还在于提供一种旋转光栅式光谱仪的控制方法，以提高使用旋转光栅式光谱仪时的检测精度。

3、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

4、根据本发明的一个目的，本发明提供一种旋转光栅式光谱仪，该旋转光栅式光谱仪包括：光栅转台，其上安装有光栅；动力装置，与所述光栅转台相连，所述动力装置驱动所述光栅转台旋转；检测装置，与所述动力装置相连，所述检测装置用于检测光栅转台的角度位置；控制器，基于所述检测装置检测到的所述光栅转台的角度位置控制所述动力装置对所述光栅转台的驱动；气压控制装置，包括气压检测仪、加压组件和泄压组件，所述气压检测仪用于检测所述光栅转台、所述动力装置和所述检测装置所处的工作环境的气压，所述加压组件用于对所述工作环境进行增压，所述泄压组件用于对所述工作环境进行减压，以使所述气压控制装置能够用于保持所述工作环境中的气压恒定；温度控制装置，包括温度检测仪、加热组件和制冷组件，所述温度检测仪用于检测所述工作环境的温度，所述加热组件用于对所述工作环境进行升温，所述制冷组件用于对所处工作环境进行降温，以使所述温度控制装置能够用于保持所述工作环境中的温度恒定。

5、本申请一些实施例，所述旋转光栅式光谱仪还包括箱体；所述光栅转台、所述动力装置和所述检测装置均装设于所述箱体内；所述气压控制装置能够用于保持所述箱体内的气压恒定；所述温度控制装置能够用于保持所述箱体内的温度恒定。

6、本申请一些实施例，所述旋转光栅式光谱仪还包括除尘装置和除湿装置；所述除尘装置用于过滤所述箱体内的空气中的颗粒物质；所述除湿装置用于去除所述箱体内的空气中的水分。

7、本申请一些实施例，所述光栅转台上安装有绕所述光栅转台的转动方向布置的多个光栅，且各所述光栅的线数不相同。

8、本申请一些实施例，所述动力装置包括驱动轴；所述光栅转台采用过盈配合装配于所述驱动轴；所述检测装置采用过盈配合装配于所述驱动轴。

9、根据本发明的另一个目的，本发明还提供一种旋转光栅式光谱仪的控制方法，旋转光栅式光谱仪采用上述任一实施例所述的旋转光栅式光谱仪，控制方法包括：当所述气压检测仪检测到所述工作环境的气压降低时，所述加压组件开始工作对所述工作环境进行增压，当所述气压检测仪检测到所述工作环境的气压增大时，所述加压组件开始工作对所述工作环境进行减压，以保持所述工作环境中的气压恒定；当所述温度检测仪检测到所述工作环境的温度降低时，所述加热组件开始工作对所述工作环境进行升温，当所述温度检测仪检测到所述工作环境的温度升高时，所述制冷组件开始工作对所述工作环境进行降温，以保持所述工作环境中的温度恒定；所述控制器基于所述检测装置检测到的所述光栅转台的角度位置控制所述动力装置对所述光栅转台的驱动。

10、本申请一些实施例，在所述光栅转台的转动位置上设置一基准零点；每当切换所述光栅转台的位置时，所述动力装置驱动所述光栅转台先转动至所述基准零点的位置，停留一段时间后，再驱动所述光栅转台从所述基准零点的位置转动到需要调整的位置。

11、本申请一些实施例，所述控制器被配置为：在所述动力装置驱动所述光栅转台转动至需要调整的位置后，还驱动所述光栅转台继续转动微调位置。

12、本申请一些实施例，所述动力装置驱动所述光栅转台转动的过程包括加速阶段和减速阶段，并在以时间为横坐标，速度为纵坐标的v-t图像上，所述加速阶段的轨迹和所述减速阶段的轨迹互为镜像。

13、本申请一些实施例，所述加速阶段为匀加速运动，所述减速阶段为匀减速运动。

14、由上述技术方案可知，本发明实施例至少具有如下优点和积极效果：

15、本发明实施例的旋转光栅式光谱仪中，动力装置能够驱动光栅转台旋转，以改变光谱仪的探测器位置的光谱范围，使得光谱仪可以实现更宽的光谱工作范围。动力装置与光栅转台相连，检测装置与动力装置相连，为了减少光栅转台、动力装置和动力装置的制作材料发生热胀冷缩现象时尺寸发生变化，使得三者的相互位置关系产生细微偏移影响转动精度导致检测精度差的问题。通过气压控制装置来保持光栅转台、动力装置和检测装置所处工作环境中的气压恒定，以此能够避免工作环境中的气压发生变化导致材料的热膨胀系数发生变化的问题。同时通过温度控制装置来保持光栅转台、动力装置和检测装置所处工作环境中的温度恒定，以此能够避免工作环境中的温度发生变化导致材料的发生热胀冷缩的问题。因此通过气压控制装置配合温度控制装置能够防止动力装置、光栅转台和检测装置发生尺寸变形，确保动力装置、光栅转台和检测装置的尺寸稳定不发生偏移，有利于提高旋转光栅式光谱仪的检测精度。

技术特征：

1.一种旋转光栅式光谱仪，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的旋转光栅式光谱仪，其特征在于，所述旋转光栅式光谱仪还包括箱体；

3.根据权利要求2所述的旋转光栅式光谱仪，其特征在于，所述旋转光栅式光谱仪还包括除尘装置和除湿装置；

4.根据权利要求1所述的旋转光栅式光谱仪，其特征在于，所述光栅转台上安装有绕所述光栅转台的转动方向布置的多个光栅，且各所述光栅的线数不相同。

5.根据权利要求1所述的旋转光栅式光谱仪，其特征在于，所述动力装置包括驱动轴；

6.一种旋转光栅式光谱仪的控制方法，其特征在于，所述旋转光栅式光谱仪采用权利要求1-5任一项所述的旋转光栅式光谱仪，所述控制方法包括：

7.根据权利要求6所述的旋转光栅式光谱仪的控制方法，其特征在于，在所述光栅转台的转动位置上设置一基准零点；

8.根据权利要求7所述的旋转光栅式光谱仪的控制方法，其特征在于，所述控制器被配置为：在所述动力装置驱动所述光栅转台转动至需要调整的位置后，还驱动所述光栅转台继续转动微调位置。

9.根据权利要求6所述的旋转光栅式光谱仪的控制方法，其特征在于，所述动力装置驱动所述光栅转台转动的过程包括加速阶段和减速阶段，并在以时间为横坐标，速度为纵坐标的v-t图像上，所述加速阶段的轨迹和所述减速阶段的轨迹互为镜像。

10.根据权利要求9所述的旋转光栅式光谱仪的控制方法，其特征在于，所述加速阶段为匀加速运动，所述减速阶段为匀减速运动。

技术总结
本发明涉及一种旋转光栅式光谱仪及其控制方法，其中，光栅转台，其上安装有光栅。动力装置与光栅转台相连，动力装置驱动光栅转台旋转。检测装置与动力装置相连，检测装置用于检测光栅转台的角度位置。控制器基于检测装置检测到的光栅转台的角度位置控制动力装置对光栅转台的驱动。气压控制装置能够用于保持工作环境中的气压恒定。以此能够避免工作环境中的气压发生变化导致材料的热膨胀系数发生变化的问题。温度控制装置能够用于保持工作环境中的温度恒定。以此能够避免工作环境中的温度发生变化导致材料的发生热胀冷缩的问题。因此能够防止动力装置、光栅转台和检测装置发生尺寸变形，确保尺寸稳定不发生偏移，提高检测精度。

技术研发人员：刘鸿飞,林志斌,洪恒远
受保护的技术使用者：奥谱天成（厦门）光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1