微小型光纖光譜儀的發(fā)展及結構特點(diǎn)

　　隨各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，對生產(chǎn)商品的質(zhì)量指標要求亦越來(lái)越高，尤其在化工、造紙、食品、制藥等過(guò)程行業(yè)的生產(chǎn)運行中，需要隨時(shí)關(guān)注體系物料的變化。對于變化的運行過(guò)程，離線(xiàn)的實(shí)驗室分析結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(xiàn)計量為基礎的傳統質(zhì)量體系正在向以在線(xiàn)或現場(chǎng)傳感器為基礎的過(guò)程控制新質(zhì)量體系轉移。

　　目前，一般在線(xiàn)測量與控制系統于溫度、壓力和流量等，而對過(guò)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，因此，在線(xiàn)光譜技術(shù)應運而生，它是以現場(chǎng)狀況下基于分子水平基礎上的微觀(guān)物理量和微觀(guān)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(mén)的過(guò)程監測中發(fā)揮著(zhù)重要的作用。

　　1.微小型光纖光譜儀的出現

　　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、結構有確定的關(guān)系，基于光譜測量而衍生出的應用也非常廣泛，因此，科研工作者們根據應用的需要不斷地改進(jìn)光譜儀器。

　　電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，使光譜儀器向著(zhù)高精度、自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。許多應用領(lǐng)域對光譜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。而傳統的光譜儀，雖然精度高，但存在體積大、價(jià)格高、安裝調試困難、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(diǎn)。在其發(fā)展過(guò)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(lèi)儀器。

　　自20世紀90年代以來(lái)，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(cháng)，開(kāi)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)相結合的微型結構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構及特點(diǎn)

　　傳統的光譜儀光學(xué)系統結構復雜，需通過(guò)旋轉光柵對整個(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(guò)特定的預處理手段后，放在儀器的固定樣品室內進(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，(體積只有之前系統的1/1000，造價(jià)為原來(lái)的1/10)，測量速度非?？?，不必使用機械掃描就能獲取全譜數據，而且通過(guò)光纖的傳導作用，可脫離樣品室測量，適用于在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測。

　　光學(xué)平臺

　　光譜儀微型化設計的實(shí)現得益于攝譜結構，初的光學(xué)平臺采用對稱(chēng)式Czerny-Turner分光結構，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(xué)平臺設計。光信號由光纖傳導經(jīng)過(guò)一個(gè)標準的SMA905接口進(jìn)入光譜儀內部，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(cháng)順序排列的單色光，再由聚焦鏡聚焦到一維線(xiàn)性CCD線(xiàn)性陣列探測器上進(jìn)行檢測。

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