[实用新型]一种基于AOTF的收发一体光纤光谱仪

说明书

本专利公开了一种基于AOTF的收发一体光纤光谱仪。该光谱仪基于声光可调谐滤波器的电控分光特性，利用内置主动光源经分光后汇聚进入发射光纤，接收光纤连接接收装置，收发光纤通过连接不同的附件可实现固体或者液体的吸收光谱探测，采用双探测器分束参比定标实现实时光谱定标和光源性能监测，通过加入0级光遮挡、分光片和凹面反射镜，使±1级衍射光都进入同一光纤传导照射于样品表面，增强信号光的能量，并结合锁相电路进一步提高光谱探测信噪比。该专利结构紧凑，探测速度快，信噪比高，可通过连接不同的光纤附件测量固体和液体物质，结合使用长光纤可以实现远离仪器探测，应用范围广。

技术领域

本专利涉及光谱探测技术，具体指一种基于AOTF的收发一体光纤光谱仪及实现方法，它适用于物质光谱检测与分析领域。

背景技术

光谱分析技术作为“绿色检测技术”的代表，具有高效、快速、成本低、无损伤和绿色环保等优点，AOTF(acousto-optic turnable filter)作为分光系统,在近红外光谱仪中,被誉为“90年代最突出的进展”。基于AOTF特点：外形轻小, 双光路设计；精度高、有效的剔除背景的干扰,抗干扰能力很强；重现性好,实时快速检测；由电子信号控制进行扫描、分辨率高；在全光谱扫描范围内波长切换速度快,且稳定性好；信号能量大；无移动部件。因此AOTF型光谱仪具备灵活，轻巧，便于在线分析等特点,在农业、食品检测、土壤分析、水质检测等领域得到了越来越广泛的应用。

公开文献和专利已有基于AOTF分光特性进行光谱探测的方法，如申请公布号CN109115682A公布了一种兼顾液体及固体成份探测的光谱仪及其探测方法，该专利通过主动复色光源汇聚照射于样品表面，接收样品表面的漫反射光进入AOTF分光，通过格兰棱镜滤除+1级衍射光和0级光，只探测－1级衍射光汇聚进入探测器实现光谱探测，浪费了－1级衍射光能量，且该仪器照射样品表面区域很小，容易导致探测结果不准确，以及该方法在AOTF分光前探测样品，易引入杂散光，以及液体测量只能用比色皿取样；申请公布号CN205898677U公布了一种声光调制双光路双探测器型近红外光谱仪，该专利采用双光路双探测器设计，，经声光可调谐滤光器分光后的单色光由可调分束器分为能量分束比可控的参考光和测量光进行探测，然而没有对0级光进行处理，容易产生噪声基底影响信噪比。

发明内容

本专利针对现有技术而需重点解决的技术问题是：不能充分利用经AOTF 分出的±1级信号光，降低仪器信噪比，以及仪器应用场景不灵活，只能在特定的地方探测的问题。本专利充分利用±1级信号光，并采用对外光纤接口集信号光源照射和接收与一体，在提高仪器信噪比的同时可通过接入不同的探测附件实现对固体和液体等不同样品探测，通过使用长光纤可以实现远离仪器探测，扩大仪器应用范围。

本专利的目的是提供了一种基于AOTF的收发一体光纤光谱仪，该专利基于声光可调滤光器等可电控分光器件的分光功能，利用光源分光模块产生单色光通过光纤传导照射于样品，样品的漫散射光或经待测物的透射光经过接收光纤进入到探测器，从而探测样品信号光的光谱特性，同时在照射到样品之前分出一部分进行标准定标光谱探测，两者进行比对，分析待测物的成份信息，通过加入对0级光的空间遮挡、2个分光片和凹面反射镜，使±1级衍射光充分接收，有效增大了信号光的能量，并利用锁相电路对0级光不敏感的特点，提高了光谱探测信噪比，同时通过接入不同的探测附件实现对固体和液体等不同样品探测，通过使用长光纤可以实现远离仪器探测，应用范围广，结构紧凑、探测速度快、精度高。

所述的光源分光模块1由宽谱卤素光源11、准直透镜组12、声光可调谐滤波器13、一次汇聚透镜组14和0级光挡板15组成；宽谱卤素光源11发出的光束经过准直透镜组12出射准直光，进入声光可调谐滤波器13，当声光可调谐滤波器13未工作时，衍射光无法产生，当声光可调谐滤波器13在某一射频频率下工作时，某一波长的光会分离成两束正交偏振的单波长衍射光和一束 0级复色光，该三束光经过一次汇聚透镜组14后汇聚分离，0级光挡板15遮挡0级光，±1级衍射光从两边出射。

所述的宽谱卤素光源11为前端带透镜的卤素灯泡；