[发明专利]单色仪扫描波长机械位置误差的校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单色仪扫描机械位置误差的软硬件相结合校正方法，尤其是涉及光栅正弦扫描型的单色仪或光谱仪波长误差的校正方法。

背景技术

光栅扫描型单色仪的扫描传动机构多采用精密丝杠螺母、摆杆传动的正弦机构，在步进电机驱动下，丝杠旋转、螺母移动，螺母导向推动滚子移动，带动摆杆摆动，使单色仪的光栅连续转动，单色仪输出波长线性变化的单色光。

光栅扫描型单色仪扫描机构的安装误差包括光零位置误差和摆杆滚子导向误差。光零位置是指单色仪输出零级光的位置，此时单色仪的平面衍射光栅法线与分光系统入射光线和衍射光线的夹角平分线(以下简称分光平分线)重合，与光栅连动的摆杆中心线垂直于丝杠轴线的位置。当光零位置正确时，摆杆滚子的移动方向要求垂直丝杠轴线或平行于光零时的摆杆中心线，以保证光栅扫描型单色仪输出的波长与步进电机的转角成线性关系。当单色仪存在光零位置误差或(和)摆杆滚子导向误差时，即光栅法线与分光平分线不重合(二者夹角称为光零位置误差角)，或(和)摆杆滚子的移动方向不垂直与丝杠轴线(摆杆滚子的移动方向与丝杠轴线垂直方向的夹角称为滚子导向误差角)，单色仪输出的波长无法保证与步进电机的转角成线性关系，引起单色仪输出波长与设计值(波长设计值与步进电机的转角成线性关系)之间的误差，影响单色仪波长的准确性。

对于光栅扫描型单色仪光零位置误差和滚子导向误差的校正方法目前尚未见相关的报道。上海计量技术研究所的包学成在光栅单色仪光谱扫描机构的误差分析一文中，对于正弦机构的误差进行了理论分析，但是没有提出误差的校正方法。本发明基于建立的光栅正弦扫描型单色仪的机械位置误差方程，并提出一种方程变参数求解寻优确定最佳调节量和补偿量，通过硬件调节、软件修正实施校正的方法。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于机械位置误差方程变参数求解寻优、硬调软修的波长校正方法，从而解决单色仪的光栅扫描机构由于光零位置误差和滚子导向误差引起的波长扫描误差大、无法满足仪器波长精度的问题，提高仪器波长准确性的单色仪扫描波长机械位置误差方程的校正方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种单色仪扫描波长机械位置误差方程的校正方法，包括用标准光源或标准样品提供的标准光谱，通过对变杆长的标准光谱采集、方程参数求解、最优寻值和硬调软修过程，校正单色仪或光谱仪光栅扫描机构由机械位置误差引起的波长扫描误差。

单色仪扫描波长机械位置误差方程为：

式中：λ为标准波长，Δλ为波长误差：

Δλ＝λ₀-λ (2)

式中：λ₀为标准波长对应的单色仪输出波长；

式1中：k为分光系统机械位置误差系数：

d为光栅栅距，α₀为光栅入射角和出射光线的夹角理论值，L₀为摆杆理论长度，θ为滚子导向误差角，即摆杆滚子导向面相对丝杠轴线垂直方向的夹角；α为光栅角度参数，a＝2d cosα，其中：α为光栅入射角和出射光线的夹角实际值；L为摆杆实际的长度；γ＝β-θ，其中：β为光零位置误差角，θ为滚子导向误差角；n为杆长调节比，式中：L’为改变或校正后的摆杆长度，L为系统调试初始状态下的摆杆长度；m为初始波长设定值。

单色仪扫描波长机械位置误差方程的校正方法，包括以下步骤：

a、获取标准波长：利用标准光源或标准样品获取标准波长λ_j，j≧2，波长的选择要与仪器的波长精度和范围相匹配；

b、标准光谱采集：搭建实验平台，调节光栅扫描机构的摆杆长度分别为L’和L，调节量为ΔL₀＝L’─L，摆杆长度L’对应的杆长比为n₀，L对应的杆长比1，进行标准光源或标准样品的光谱扫描，获得标准光谱采集数据；

c、数据处理：提取标准光源或标准样品的光谱扫描数据的峰值位置，获得扫描数据中标准波长对应的不少于四个的输出波长值λ_0i，计算其与对应标准波长的差值Δλ_0i＝λ_0i-λ_i，i＝1、2、3、4、…，作为扫描波长误差；

d、参数求解：