一種面陣ccd棱鏡光譜儀及其時空累加數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面陣CCD棱鏡光譜儀及其時空累加數(shù)據(jù)處理方法，其包括直視棱鏡分光系統(tǒng)、會聚透鏡、面陣CCD電荷耦合器和計算機(jī)，所述直視棱鏡分光系統(tǒng)將待測光信號色散為不同波長的單色光，經(jīng)會聚透鏡聚焦后在面陣CCD電荷耦合器上形成按波長遞增依次排列的連續(xù)線狀光譜，所述面陣CCD電荷耦合器向計算機(jī)輸送相應(yīng)的電荷量信號，并由所述計算機(jī)通過時空累加進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成光譜圖，實現(xiàn)待測光譜的顯示和存儲。所述時空累加數(shù)據(jù)處理方法有效增強(qiáng)了光譜儀的靈敏度和信噪比，使其特別適用于微弱光譜信號的快速測量。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于加工裝調(diào)，生產(chǎn)成本低，體積小，操作便利，應(yīng)用面廣。
【專利說明】—種面陣CCD棱鏡光譜儀及其時空累加數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光譜檢測儀器，尤其涉及一種基于面陣CCD的棱鏡光譜檢測儀器及其時空累加數(shù)據(jù)處理方法，特別適用于微弱光譜信號的快速檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜儀是進(jìn)行光譜研究和物質(zhì)的光譜分析的裝置，可用于在物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)及食品等眾多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。典型色散光譜儀構(gòu)造包括一個入射狹縫，一個色散系統(tǒng)，一個成像系統(tǒng)、一個或多個出射狹縫以及光譜檢測系統(tǒng)組成。色散系統(tǒng)是光譜儀的根本，可以是光柵、棱鏡或其組合。專利CN011144106公布了一種C⑶光柵集成全波長光譜儀；中國專利201110316117.7公布了基于棱鏡光柵棱鏡分光的折反式成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)。它們采用光柵衍射分光，可以充分利用光柵分辨率高，形成勻排光譜便于定標(biāo)和校正，但存在光譜級重迭，易出現(xiàn)假譜線、造價高等缺點，更重要的是光能損失大，不適用于微弱光譜探測。相比之下，棱鏡分光具有光譜明亮、光譜級不重迭，光強(qiáng)分布均勻等優(yōu)點，特別適用于微弱光譜信號的檢測。除此之外，棱鏡系統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、維護(hù)方便、成本低等優(yōu)點。傳統(tǒng)光譜儀采用膠片成像，在膠片上得到光譜后人工進(jìn)行分析運算，操作復(fù)雜，效率低，精度差。且體積較大，非常不易于攜帶。由于光電倍增管具有靈敏度高，線性響應(yīng)范圍寬，響應(yīng)時間短的特點，可以用于光譜強(qiáng)度的檢測。但在檢測過程中需要對光譜范圍進(jìn)行波長掃描，要獲得一個完整的光譜圖需一定時間。采用線陣CCD電荷耦合器做為檢測器避免了波長掃描過程方式，可以一次性獲得全波長光譜圖，如專利CN01114410.6CXD光柵集成全波長光譜儀和專利02125852.X在線近紅外光譜儀。但CCD的靈敏度較之光電倍增管要低很多，難以滿足拉曼光譜、熒光光譜等微弱光譜信號檢測所需的高靈敏度和信噪比要求。現(xiàn)有技術(shù)多采取增加曝光時間的方法來增強(qiáng)接收信號的強(qiáng)度，如美國海洋公司高性能光譜儀HR4000，因此需要長時間的累加才能實現(xiàn)微弱光譜信號的采集，無法實現(xiàn)微弱光譜信號的快速測量。專利申請201310525282.2公開了一種光譜分析系統(tǒng)，其采用光纖陣列和低溫控制光電倍增管陣列的高靈敏度光譜儀，但是涉及多通道時間門計數(shù)、高壓電源、溫控模塊等，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、能耗高、造價高等缺點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種構(gòu)造合理，體積小、操作便利，系統(tǒng)成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)微弱光譜信號快速檢測，檢測靈敏度和信噪比高的面陣CCD棱鏡光譜儀及其時空累加數(shù)據(jù)處理方法。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種面陣CCD棱鏡光譜儀，其特征是:包括直視棱鏡分光系統(tǒng)、會聚透鏡、面陣CCD電荷耦合器和計算機(jī)，所述直視棱鏡分光系統(tǒng)將待測光信號色散為不同波長的單色光，經(jīng)會聚透鏡聚焦后在面陣CCD電荷耦合器上形成按波長遞增依次排列的連續(xù)線狀光譜，所述面陣CCD電荷耦合器向計算機(jī)輸送相應(yīng)的電荷量信號，并由所述計算機(jī)通過時空累加進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成光譜圖，實現(xiàn)待測光譜的顯示和存儲。
[0005]本發(fā)明上述一種面陣CCD棱鏡光譜儀的時空累加數(shù)據(jù)處理方法，其特征是:其首先設(shè)置時間累加次數(shù)K，計算機(jī)控制面陣CCD電荷耦合器連續(xù)采集K幅二維光譜圖像，依次進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換輸入計算機(jī)，根據(jù)面陣CCD電荷耦合器像素排列形式，所采二維光譜圖像包含MXN個像素，其中M是面陣CXD像素行數(shù)，N是面陣CXD像素列數(shù)；而后，進(jìn)行時間累加處理，計算機(jī)將所獲K幅二維光譜圖像進(jìn)行相加運算，并在計算機(jī)上顯示相加后的二維光譜圖像，實現(xiàn)時間累加數(shù)據(jù)處理；最后，將時間累加后獲得的二維光譜圖像進(jìn)行空間累加處理，設(shè)置有效光譜范圍參數(shù)L和H，選取中心LXH的二維有效光譜進(jìn)行處理，矩陣形式表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種面陣CCD棱鏡光譜儀，其特征是:包括直視棱鏡分光系統(tǒng)、會聚透鏡、面陣CCD電荷耦合器和計算機(jī)，所述直視棱鏡分光系統(tǒng)將待測光信號色散為不同波長的單色光，經(jīng)會聚透鏡聚焦后在面陣CCD電荷耦合器上形成按波長遞增依次排列的連續(xù)線狀光譜，所述面陣CCD電荷耦合器向計算機(jī)輸送相應(yīng)的電荷量信號，并由所述計算機(jī)通過時空累加進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成光譜圖，實現(xiàn)待測光譜的顯示和存儲。
2.—種權(quán)利要求1所述面陣CCD棱鏡光譜儀的時空累加數(shù)據(jù)處理方法，其特征是:其首先設(shè)置時間累加次數(shù)K，計算機(jī)控制面陣CCD電荷耦合器連續(xù)采集K幅二維光譜圖像，依次進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換輸入計算機(jī)，根據(jù)面陣CCD電荷耦合器像素排列形式，所采二維光譜圖像包含MXN個像素，其中M是面陣CXD像素行數(shù)，N是面陣CXD像素列數(shù)；而后，進(jìn)行時間累加處理，計算機(jī)將所獲K幅二維光譜圖像進(jìn)行相加運算，并在計算機(jī)上顯示相加后的二維光譜圖像，實現(xiàn)時間累加數(shù)據(jù)處理；最后，將時間累加后獲得的二維光譜圖像進(jìn)行空間累加處理，設(shè)置有效光譜范圍參數(shù)L和H，選取中心LXH的二維有效光譜進(jìn)行處理，矩陣形式表示為:
【文檔編號】G01J3/28GK103776534SQ201410077816
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】田兆碩, 任秀云, 孫蘭君, 張延超, 付石友, 王玲, 王翥 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
山東科威數(shù)控機(jī)床有限公司銑床官方網(wǎng)站今天是：2024-10-23切換城市[全國]-網(wǎng)站地圖
專業(yè)數(shù)控銑床產(chǎn)品供應(yīng)商
20年生產(chǎn)經(jīng)驗，實力工廠，精工品質(zhì)，質(zhì)量有保障
