[发明专利]一种采集光谱的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采集光谱的方法和装置，特别涉及时间采集光谱的方法和装置。

背景技术

光谱分析中，有时需要研究不同时间的光谱特征，时间解析光谱技术就是一种从时间上分解光谱的技术，它的目的是将持续一定时间的光谱按时间分解成很多小段光谱，从而可以分析光谱随时间的变化，也可以从中获取感兴趣的一段或几段光谱。时间解析光谱技术应用在金属成分分析等领域中。

由于时间解析光谱是将一段持续的光谱分解成很多段光谱，因此对探测器的时间响应速度和稳定性都要求比较高。传统的时间解析光谱技术主要是通过控制光电倍增管的开闭实现的，例如通过控制光电倍增管负高压的开闭：在需要采集光谱的开始阶段打开负高压，光电倍增管将光信号转换为电信号，采集结束后，迅速断开光电倍增管的负高压，光电倍增管停止光信号向电信号的转换。光电倍增管负高压的开闭速度可以做到很快，但由于光电倍增管本身只能探测特定位置特定波长的谱线，因此不能实现全谱测量。

随着阵列式探测器的发展，越来越多的人开始研究基于电荷耦合元件(Charge Coupled Device，简称CCD)的时间解析光谱技术的实现方法。CCD传感器主要包括：光电传感器阵列、读出转移开关、寄存器阵列和时钟控制等。首先光电传感器阵列感受到光信号后，生成电荷信号，电荷信号的多少与光信号的强度有关。生成的电荷信号在传感器阵列中。当读出开关打开后，传感器阵列中的电荷全部转移到寄存器阵列中，这个过程一般在几到十几纳秒内完成。转移结束后，读出开关关闭，传感器阵列继续电荷，此时再通过时钟脉冲控制，将寄存器中的电荷顺序逐个转移读出，读出速率一般在几兆到几十兆。

CCD实现时间解析光谱的主要难点在于最后顺序读出速率较慢，例如对于2048像素的线阵CCD而言，如果读出速率为1兆，读出的时间为2048/(1000000)秒，即2.048毫秒。对于持续时间较短的光谱，是不能完成时间解析光谱要求的。目前，利用CCD实现时间解析光谱的思路有两种，一种是采用面阵CCD，每次只让一列传感器阵列曝光，这样，在光谱持续的过程中，通过控制各列在不同时间曝光，达到时间解析光谱的目的，这种方法是将面阵CCD当做线阵CCD用，但由于光谱要分布到整个面阵CCD上，因此，到达每个像素的能量会降低，不利于提高信噪比。另一种是采用线阵CCD加多个电荷转移存储单元的模式，CCD采集到的信号，先逐步转移到各个存储单元中，这样，在各存储单元中就保留下了不同时间的光谱信息。

无论是采用面阵CCD或是线阵CCD加多个电荷转移存储单元的做法，都会对器件提出很高的要求，制作工艺复杂，器件的成本较高。普通的CCD是无法实现的这些功能的。事实上，很多时候不需要将光谱分解成很多段，只需要避开前一段或后一段光谱即可。例如利用火花光谱仪分析钢铁成分的时候，由于火花刚开始的一段光谱中包含很多的背景光谱，因此，如果避开前一段光谱，就可以减小背景光谱的影响。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种方法简便、成本低的采集光谱的方法，以及一种结构简单、成本低的采集光谱的装置。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种采集光谱的方法，包括以下步骤：

a、在T₀时刻，光谱开始出现，给出同步信号；

b、在T₁时刻，将CCD传感器阵列中的T₁时刻之前累积的光生电荷转移到寄存器中，并开始清除所述寄存器中的数据；

开始采集光谱，CCD传感器阵列中重新累积电荷；

c、在T₂时刻，光谱采集结束，所述寄存器中的数据已清除完毕；

在T₁时刻到T₂时刻内仅有一个光谱脉冲出现；

将CCD传感器阵列中T₁时刻到T₂时刻累积的光生电荷转移到所述寄存器中；

d、读取寄存器中的数据，从而得到从T₁时刻到T₂时刻的光谱强度A₁。