微小型光纖光譜儀的發(fā)展及結(jié)構特點

　　隨各個行業(yè)的發(fā)展，對生產(chǎn)商品的質(zhì)量指標要求亦越來越高，尤其在化工、造紙、食品、制藥等過程行業(yè)的生產(chǎn)運行中，需要隨時關注體系物料的變化。對于變化的運行過程，離線的實驗室分析結(jié)果的滯后性常迫使操作者對實時情況一知半解就做出判斷。為終獲得合格產(chǎn)品，以離線計量為基礎的傳統(tǒng)質(zhì)量體系正在向以在線或現(xiàn)場傳感器為基礎的過程控制新質(zhì)量體系轉(zhuǎn)移。

　　目前，一般在線測量與控制系統(tǒng)于溫度、壓力和流量等，而對過程中化學成分和許多物性變量仍不能進行有效的連續(xù)測量，這些特殊變量卻是表征生產(chǎn)狀況的重要，甚至是決定性的指標參數(shù)，因此，在線光譜技術應運而生，它是以現(xiàn)場狀況下基于分子水平基礎上的微觀物理量和微觀化學量的光譜傳感技術，依托于微小型光纖光譜儀的使用，在化工、制藥、輕工和高分子材料等工業(yè)部門的過程監(jiān)測中發(fā)揮著重要的作用。

　　1.微小型光纖光譜儀的出現(xiàn)

　　物質(zhì)發(fā)射、吸收、散射的光輻射，其頻率和強度與物質(zhì)的含量、成分、結(jié)構有確定的關系，基于光譜測量而衍生出的應用也非常廣泛，因此，科研工作者們根據(jù)應用的需要不斷地改進光譜儀器。

　　電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，使光譜儀器向著高精度、自動化、智能化的方向發(fā)展。許多應用領域?qū)庾V儀器提出了更高的要求，即光譜儀器的尺寸的縮小比提高其分辨率更為重要。而傳統(tǒng)的光譜儀，雖然精度高，但存在體積大、價格高、安裝調(diào)試困難、使用條件苛刻等不足，微小型光譜儀便成了目前研究的熱點。在其發(fā)展過程中，主要有采用光柵作為分光元件和以干涉原理進行分光這兩類儀器。

　　自20世紀90年代以來，由于光纖具有很高的傳輸信息容量，可同時反映多維信息，這些優(yōu)勢相對于聲電傳感器而言是*的。隨光通信技術對光纖的需求增長，開發(fā)出低損耗的石英光纖，降低了成本，將光纖與光譜技術相結(jié)合的微型結(jié)構的光纖光譜儀引起了許多人的關注,并在各種光譜測量及相關領域得到廣泛的應用，光纖光譜儀是微型光譜儀器發(fā)展的重要方向。

　　2.微小型光纖光譜儀的結(jié)構及特點

　　傳統(tǒng)的光譜儀光學系統(tǒng)結(jié)構復雜，需通過旋轉(zhuǎn)光柵對整個光譜進行掃描，測量速度慢，并且對某些樣品還需經(jīng)過特定的預處理手段后，放在儀器的固定樣品室內(nèi)進行測量。與之相比，微小型光纖光譜儀有很多優(yōu)點，如：重量輕，體積小，(體積只有之前系統(tǒng)的1/1000，造價為原來的1/10)，測量速度非?？欤槐厥褂脵C械掃描就能獲取全譜數(shù)據(jù)，而且通過光纖的傳導作用，可脫離樣品室測量，適用于在線實時檢測。

　　光學平臺

　　光譜儀微型化設計的實現(xiàn)得益于攝譜結(jié)構，初的光學平臺采用對稱式Czerny-Turner分光結(jié)構，荷蘭Avantes公司生產(chǎn)的微小型光纖光譜儀即使用了這種光學平臺設計。光信號由光纖傳導經(jīng)過一個標準的SMA905接口進入光譜儀內(nèi)部，經(jīng)球面鏡準直，然后由一塊平面光柵分光后，將入射光分成按一定波長順序排列的單色光，再由聚焦鏡聚焦到一維線性CCD線性陣列探測器上進行檢測。

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