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微小型光纖光譜儀的發(fā)展及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

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  隨各個(gè)行業(yè)的發(fā)展,對生產(chǎn)商品的質(zhì)量指標(biāo)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(yùn)行中,需要隨時(shí)關(guān)注體系物料的變化。對于變化的運(yùn)行過程,離線的實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果的滯后性常迫使操作者對實(shí)時(shí)情況一知半解就做出判斷。為終獲得合格產(chǎn)品,以離線計(jì)量為基礎(chǔ)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(chǔ)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(xué)成分和許多物性變量仍不能進(jìn)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(biāo)參數(shù),因此,在線光譜技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,它是以現(xiàn)場狀況下基于分子水平基礎(chǔ)上的微觀物理量和微觀化學(xué)量的光譜傳感技術(shù),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(qiáng)度與物質(zhì)的含量、成分、結(jié)構(gòu)有確定的關(guān)系,基于光譜測量而衍生出的應(yīng)用也非常廣泛,因此,科研工作者們根據(jù)應(yīng)用的需要不斷地改進(jìn)光譜儀器。

  電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,使光譜儀器向著高精度、自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。許多應(yīng)用領(lǐng)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(jià)格高、安裝調(diào)試?yán)щy、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(diǎn)。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(jìn)行分光這兩類儀器。

  自20世紀(jì)90年代以來,由于光纖具有很高的傳輸信息容量,可同時(shí)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(shù)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(shù)相結(jié)合的微型結(jié)構(gòu)的光纖光譜儀引起了許多人的關(guān)注,并在各種光譜測量及相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)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(gòu)及特點(diǎn)

  傳統(tǒng)的光譜儀光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需通過旋轉(zhuǎn)光柵對整個(gè)光譜進(jìn)行掃描,測量速度慢,并且對某些樣品還需經(jīng)過特定的預(yù)處理手段后,放在儀器的固定樣品室內(nèi)進(jìn)行測量。與之相比,微小型光纖光譜儀有很多優(yōu)點(diǎn),如:重量輕,體積小,(體積只有之前系統(tǒng)的1/1000,造價(jià)為原來的1/10),測量速度非???,不必使用機(jī)械掃描就能獲取全譜數(shù)據(jù),而且通過光纖的傳導(dǎo)作用,可脫離樣品室測量,適用于在線實(shí)時(shí)檢測。

  光學(xué)平臺(tái)

  光譜儀微型化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)得益于攝譜結(jié)構(gòu),初的光學(xué)平臺(tái)采用對稱式Czerny-Turner分光結(jié)構(gòu),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(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)。光信號(hào)由光纖傳導(dǎo)經(jīng)過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SMA905接口進(jìn)入光譜儀內(nèi)部,經(jīng)球面鏡準(zhǔn)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(jìn)行檢測。

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