[发明专利]快速探测宽谱面光谱的方法

说明书

技术领域

本发明属于光栅摄谱仪快速探测宽谱面光谱的技术，应用该项发明能够使常规光栅摄谱仪升级为三维显示方式的快速探测宽谱面的光栅摄谱仪器。

背景技术

目前，国内生产的各种型号光栅摄谱仪的共同特点是用感光胶片摄取谱面上的光谱，曝光后再经过冲洗才能获得谱面的光谱。冲洗出来的光谱图还必须进行谱图分析，实在耽误时间，冲洗过程中因时间的掌握与控制、药液的浓度、温度的控制与熟练程度等原因不可避免地对光谱强度或图像灰度的控制不可能具有很高的重复性，影响光谱强度的测量；另外由于感光胶片的感光度和感光响应的线性均存在误差，不可能准确反映实际的即时光谱，因此，直接影响光谱分析的质量和效率。尽管以线阵CCD为光电传感器的多通道光谱探测器基本能够解决上述问题，但是，线阵CCD的几何尺寸太小，不会超过50mm，而摄谱仪谱面很宽，一般为240mm,因而单个线阵CCD多通道光谱探测器不能满足宽谱面光谱探测的要求。

发明内容

为加快光谱探测与分析的速度，准确、及时采集宽范围的光谱，提升光栅摄谱仪的先进性和科学性而提出此发明。此项发明的实施必将有利于光栅摄谱仪在物质成分的分析方面提供更为科学的数字化三维数据显示的信息资料。

本发明的快速探测宽谱面光谱的方法，包括多个CCD器件拼接探测光栅摄谱仪宽阔谱面的光谱、同步并行数据采集技术和三维显示不同时段光谱的技术。

所述的快速探测宽谱面光谱的方法，是在光栅摄谱仪的谱面位置安装由多个线阵CCD器件首尾交错拼接，并使前面CCD的末尾像元与后面CCD的首像元在垂直像元排列方向上重合。拼接时使两行线阵CCD像敏阵列的中心距小于等于12mm,拼接起来的探测器在240mm宽的范围内探测谱线高度超过12mm高的光谱。

所述的多个线阵CCD在同步驱动器的作用下同步并行输出多个时序信号，采用多路同步并行A/D转换器进行同步并行转换的方法，由同步逻辑控制器产生同步A/D转换的启动脉冲，控制多路A/D转换器对多个时序信号进行并行转换并分别存于相应的静态存储器，然后再经计算机接口电路送入计算机内存。

所述的探测宽谱面光谱由三维图谱的显示，送入计算机内存的数据在软件的支持下将所采集的光谱数据按采集时间间隔、光谱波长和光谱强度等三维坐标以图像与三维坐标的方式显示所采集的光谱，在计算机显示器上以X、Y、Z直角坐标系显示快速测出的光谱线图与谱图。

多个线阵CCD在同步驱动器的作用下并行输出所探测的光谱信号，采用多路同步并行A/D转换器进行同步并行转换使探测谱面宽度为240mm的时间仅为一个线阵CCD信号的输出时间，例如发明装置采用8只线阵CCD传感器并行数据采集的时间要比用一个线阵CCD传感器探测240mm宽的谱面至少要进行8次旋转光栅和采集8次线阵CCD传感器的输出信号，所花费的时间远远大于专利方案所用时间的8倍。另外，扫描方式不可能像感光胶片那样获得同一时刻整个谱面上的光谱，而本发明的光谱探测装置不但能够像感光胶片那样获得同一时刻整个谱面上的光谱，还能够在最短时间内得到整个谱面上的各个光谱数据，这是胶片方式无法比拟的优点。

同步并行转换方法的实施方案为：由同步逻辑控制器产生控制各路A/D转换器件(51～58)均按线阵CCD驱动器的行同步与像元同步脉冲进行启动、转换与存储，由于光谱采集的特点是采集时间较转换时间长，而计算机传输数据的时间很短。因此，在线阵CCD的一行光积分时间内完全可以将同步转换的数据送到计算机内存。即整个数据采集过程能够在一个光积分时间内完成。

本发明提供的技术不仅含有线阵CCD器件按机械拼接方式实现无缝拼接的技术、多路并行数据采集的技术还包括以三维空间图像显示方式显示所采光谱的技术。不仅加快探测速度，而且能够探测不同时间段光谱的变化和同一时刻谱面各光谱的强度。这对动态分析物质成分的变化过程具有非常重要的意义。

附图说明

图1：快速三维光谱探测器结构图；

图2：光谱探测板图；

图3：多路A/D数据采集板；

图4：USB接口板。