[实用新型]基于固定光栅和CCD技术的近红外检测器

说明书

技术领域

本实用新型涉及检测装置，具体地说是一种基于固定光栅和CCD技术的近红外检测器。

背景技术

众所周知，自20世纪50年代起，近红外光谱技术因其具有分析速度快、效率高、无损伤、样品制备简单（甚至不需要预处理）、可在线分析等独有的特点，使其在农业、化工、医学、军事等领域具有重要地位。20世纪末，各种相关技术，如电子技术、多通道检测技术、光栅制造技术和光纤技术的不断发展，使近红外光谱仪不断向专用化、小型化、固态化、模块化和快速实时方向发展。近红外光谱仪根据分光方式的不同，分为滤光片型、光栅色散型、傅立叶变换型和声光可调滤光器型。从分光器和检测器看，近红外光谱仪有两种：一类是光栅扫描型，用PbS或InGaAs光敏元件做检测器，技术比较成熟，价格也比较低，但其特点是有移动部件，仪器的稳定性和抗干扰能力差，另一类是基于CCD型仪器演化而来，采用InGaAs光敏二极管阵列做检测器，光路固定，这类仪器的缺点是价格昂贵。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述不足，提供一种稳定性好的基于固定光栅和CCD技术的近红外检测器。

本实用新型可以通过如下措施达到。

一种基于固定光栅和CCD技术的近红外检测器，其特征是包括光源系统、样品室、固定光栅分光系统、CCD信号采集系统、信号转换系统、控制和数据处理系统及记录显示系统组成，光源系统由光源和基于反馈电流的稳压电路组成经光纤与样品室相连接，样品室由载物台和积分球组成经光纤与固定光栅分光系统相连接，固定光栅分光系统由高通滤波片、固定光栅和反射镜组成经光纤与CCD信号采集系统相连接，CCD信号采集系统由CCD检测器和温度控制单元组成，经传输线与信号转换系统相连接，信号转换系统由跟随器、放大电路和A/D转换器组成，控制和数据处理系统基于ARM微处理器经传输线分别与光源系统、CCD信号采集系统、信号转换系统及记录显示系统相连接。

本实用新型由光源和基于反馈电流的稳压电路组成，可由钨灯或LED充当光源，基于反馈电流的稳压电路为光源提供稳定的电压，光源发出的稳定近红外光经聚光后由传导光纤引入到样品室，经准直后的光直接照射在载物台上的样品。

本实用新型的样品室包括载物台和积分球，光信号照射到样品发生漫反射，漫反射的信号非常微弱，需要由积分球将多次漫反射光信号累加起来，经传导光纤引入到固定光栅分光系统。

本实用新型的固定光栅分光系统由高通滤波片、固定光栅及反射镜组成，由于短波段光谱对应用光谱波段存在光谱级次重叠的影响，在固定光栅分光系统的入射狭缝处放置截止短波段的高通滤波片，可以有效控制光谱级次重叠对系统精度的影响。光信号经光纤引导进入固定光栅分光系统后，由平面反射镜反射到准直球面镜，准直球面镜对光信号准直后反射到固定光栅上，复色光分散成单色光，色散后的光束经成像反射镜反射到CCD信号采集系统中的CCD检测器上成像，通过光电转换得到相应的模拟电信号，经信号转换系统中的跟随器隔离和放大电路放大后，经16位的A/D转换器将对应的模拟电信号进行转换处理，CCD采用InGaAs光敏二极管阵列做检测器将光信号转变为模拟电信号。

本实用新型的CCD信号采集系统由CCD检测器和温度控制单元组成，CCD检测器在把光信号转变为模拟电信号的过程中，由于累计光照的原因，CCD检测器温度将会升高，而温度升高对CCD检测器的暗电流和光电流都有影响，从而影响测量精确度，为了让CCD检测器工作在稳定的低温状态，采用温度控制单元为检测器提供稳定的工作温度。温度控制单元由温度传感器电路、单片机电路、D/A控制电路和半导体制冷片组成，温度传感器电路对CCD检测器进行实时监测，采集到的温度数值，经传输线传给单片机电路，单片机电路对信号进行处理后，经D/A控制电路控制半导体制冷片工作电流，半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，半导体制冷片与CCD检测器通过一块铝金属片粘在一起，因此制冷片的工作效果可直接作用于CCD检测器和温度传感器。

本实用新型的控制和数据处理系统基于ARM7数据采集电路，ARM7芯片对整个电路进行控制，以及对经过A/D转换处理后的InGaAs线阵图像传感器信号进行采集，再将采集到的数据暂存在缓冲区，最后发送到PC机上。