便携式光谱仪制造技术

本发明专利技术涉及便携式光谱仪，属于光谱仪领域。便携式光谱仪，包括主体，主体包括第二主体及与第二主体连接的第三主体，第二主体内设有第二空腔，第三主体内设有第三空腔，第二空腔与第三空腔相连通，第二空腔在第一基准面的投影面积沿第一方向逐渐增大；还包括光谱传感器及透镜组；第二主体上还设置有光源容纳孔，光源容纳孔与第二空腔连通，光源容纳孔中还固定设置有光源。光源发出照射光后，本发明专利技术的第二主体可使一次、甚至多次反射光束不能进入第三空腔，第二主体内壁的反射特性较好，一次反射光束经第二主体内壁的二次反射光束仍然能够透过窗口片而照明样品池内的样品；而未照明样品的光束约束在第二空腔而不进入第三空腔腔成为干扰光、杂散光。杂散光。杂散光。

【技术实现步骤摘要】
便携式光谱仪


[0001]本专利技术涉及便携式光谱仪，属于光谱仪领域。

技术介绍

[0002]MEMS
‑
FPI光谱探测器是以MEMS光谱传感器为核心制备稳定、可靠的便携式近红外光谱仪，MEMS光谱传感器具有高度集成、结构紧凑以及光谱扫描方便等显著优点，非常适合便携式仪器的设计。MEMS
‑
FPI光谱探测器也面临自身的挑战，它对入射光束的入射角度和光束孔径角都有较高的要求，而近红外光谱分析应用中多数是样品的漫反射光谱，因此便携式近红外光谱仪的光路设计面临严苛的挑战，即：覆盖近红外波段的高性价比卤钨灯光源方向性很差，大量未被样品吸收的光可能通过反射直接进入传感器，而被样品吸收的漫反射信号光反而较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种减小未被样品吸收的光通过反射进入光谱传感器的风险的便携式光谱仪。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：便携式光谱仪，包括主体，主体包括第二主体及与第二主体连接的第三主体，第二主体内设有第二空腔，第三主体内设有第三空腔，第二空腔与第三空腔相连通，第二空腔远离第三空腔的一侧设有开口，第二空腔在第一基准面的投影面积沿第一方向逐渐增大；其中，第一基准面为与主体的轴线方向垂直的面，第一方向为第三空腔靠近第二空腔的方向，且第一方向与主体的轴线方向平行；
[0005]还包括第一电路板及设置在第一电路板上的光谱传感器，光谱传感器设置于第三空腔内，且光谱传感器朝向第二空腔，第一电路板固定设置在第三主体上，第三空腔内还设置有透镜组，透镜组位于光谱传感器与第二空腔之间，透镜组通过透镜支架固定设置在第三主体上，透镜组的设置位置与光谱传感器的设置位置相适配；
[0006]第二主体上还设置有光源容纳孔，光源容纳孔与第二空腔相连通，光源容纳孔中还固定设置有光源，光源容纳孔在第二基准面的投影面积沿第二方向逐渐增大，光源容纳孔相对于第一基准面倾斜设置；其中，第二基准面为与光源容纳孔轴线垂直的面，第二方向为光源容纳孔靠近第二空腔的方向，且第二方向与光源容纳孔的轴线方向平行；光源容纳孔用于使光源发出的光照射于样品池上。
[0007]进一步的，第二空腔为圆台形空腔，第二主体内周壁的母线与第一基准面间的夹角为45
°
。
[0008]进一步的，光源容纳孔为圆台形孔，光源容纳孔的轴线与第一基准面的夹角为45
°
。
[0009]进一步的，第三空腔为圆柱形空腔，光谱传感器的数量为若干个，且光谱传感器沿第三主体的内周壁的周向均匀间隔设置；光源的数量为若干个，每相邻的两个光谱传感器间设有一个光源，且光源沿第二主体的内周壁的周向均匀间隔设置。
[0010]进一步的，光谱传感器为圆柱形；在第一基准面上的投影：光源的轴线与两个相邻的光谱传感器的圆心的连线的中垂线位于同一条直线上。
[0011]进一步的，光谱传感器为圆柱形；在第一基准面上的投影：相邻两个光谱传感器的圆心距为d
sa
，光谱传感器的圆心与第三空腔的圆心的距离为d
ss
，相邻两个光谱传感器间的最小圆心距为d
00
，光谱传感器的半径为r
c
，光谱传感器距第三主体内周壁的最小间距为d
a
，第三主体的最小内径为d0，d
ss
及d
sa
同光谱传感器的数量No的关系如下所示，
[0012][0013]当光谱传感器的数量为3个时，d0表达为(a)式；当光谱传感器的数量为4个时，d0表达为(b)式；当光谱传感器的数量为5个时，d0表达为(c)式；当光谱传感器的数量为6个时，d0表达为(d)式；
[0014][0015]其中，d
a
＝d
00
/2
‑
r
c
。
[0016]进一步的，光源容纳孔的轴线与光源容纳孔内周壁的母线之间的夹角为θ，第二空腔靠近第三空腔的一侧距主体的底部的最小距离为h0，光源容纳孔大直径端的圆心距所述第二空腔小直径端的圆心的垂直距离为h1；
[0017]h0＝d
0 tanα,
[0018]其中，α＝45
°
+θ。
[0019]进一步的，光源容纳孔的大直径端的半径为r1，主体还包括与第二主体连接的第一主体，第一主体内设有与第二空腔连通的第一空腔，第一空腔为圆柱形空腔，第一空腔远离第二空腔的一侧设置有开口，第一空腔靠近第二空腔的一侧距主体的底部的最大距离为h2，第一主体内周壁的直径为d1；
[0020][0021]其中，β＝45
°‑
θ。
[0022]进一步的，透镜组包括在第一方向上隔开设置的凹透镜及第一凸透镜，凹透镜位于靠近光谱传感器的一侧，凹透镜与所述光谱传感器之间还设置有光阑，凹透镜靠近所述光谱传感器一侧的焦平面为A面，所述第一凸透镜靠近所述凹透镜一侧的焦平面为B面，所述A面与所述B面重合、且焦点重合，所述光阑设于所述重合焦平面的焦点处。
[0023]进一步的，透镜支架包括支架本体，支架本体的形状与第三空腔的形状相适配，支架本体与第三主体连接，支架本体的顶面上开设有用于安装透镜组的螺纹孔，支架本体的底面开设有容纳光谱传感器的容纳孔，螺纹孔与容纳孔同轴，且螺纹孔与容纳孔相连通，螺纹孔的内周壁上沿其周向设置有环形凸起，或容纳孔的内周壁上沿其周向设置有环形凸
起。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]1、光源发出照射光后，本专利技术的第二主体可使一次(甚至多次)反射光束不能进入第三空腔，第二主体内壁的反射特性较好，一次反射光束经第二主体内壁的二次反射光束仍然能够透过窗口片而照明样品池内的样品；而未照明样品的光束约束在第二空腔而不进入第三空腔成为干扰光、杂散光；如图18所示，只有很少的照明光线(一共追迹20万条光线)能够通过多次反射进入透镜组的入射光曈。通过透镜组内部的光阑阻挡以及传感器本身受限的入射孔径隔离，这些未达到样品的多次反射光线虽然能够进入透镜组，但几乎不能进入传感器内部。简而言之，本专利技术所设计的照明光路和采样光路分离得以实现。
[0026]2、本专利技术通过设置多个光谱传感器实现了多模态、大光斑采样，通过透镜组平行光束压缩设计实现了高准直采样。多模态采样是指多个传感器同时分区域采样，通过时序旋转光谱仪得到多模态、均衡采样光谱信号，多模态采样不仅包含空间位置多模态，也包含不同波段组合的波段多模态。多模态采样显著提高了光谱采样效率、光谱数据重复性、稳定性和信息量，尤其对不均匀混合物样品效果显著。高准直采样能够显著提升光谱传感器探测精度。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术主体的设计示意图；
[0029]图3为本专利技术光谱传感器的第一种排布示意图；
[0030]图4为本专利技术光谱传感器的第二种排布示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.便携式光谱仪，其特征在于：包括主体，所述主体包括第二主体(1
‑
2)及与所述第二主体(1
‑
2)连接的第三主体(1
‑
3)，所述第二主体(1
‑
2)内设有第二空腔，所述第三主体(1
‑
3)内设有第三空腔，所述第二空腔与所述第三空腔相连通，所述第二空腔远离所述第三空腔的一侧设有开口，所述第二空腔在第一基准面的投影面积沿第一方向逐渐增大；其中，第一基准面为与所述主体的轴线方向垂直的面，第一方向为所述第三空腔靠近所述第二空腔的方向，且所述第一方向与所述主体的轴线方向平行；还包括第一电路板(3
‑
1)及设置在第一电路板(3
‑
1)上的光谱传感器(3
‑
2)，所述光谱传感器(3
‑
2)设置于所述第三空腔内，且所述光谱传感器(3
‑
2)朝向所述第二空腔，第一电路板(3
‑
1)固定设置在所述第三主体(1
‑
3)上，所述第三空腔内还设置有透镜组(3
‑
3)，所述透镜组(3
‑
3)位于所述光谱传感器(3
‑
2)与所述第二空腔之间，所述透镜组(3
‑
3)通过透镜支架固定设置在第三主体(1
‑
3)上，所述透镜组(3
‑
3)的设置位置与所述光谱传感器(3
‑
2)的设置位置相适配；所述第二主体(1
‑
2)上还设置有光源容纳孔(2
‑
3)，所述光源容纳孔(2
‑
3)与所述第二空腔相连通，所述光源容纳孔(2
‑
3)中还固定设置有光源(2
‑
2)，所述光源容纳孔(2
‑
3)在第二基准面的投影面积沿第二方向逐渐增大，所述光源容纳孔(2
‑
3)相对于第一基准面倾斜设置；其中，第二基准面为与所述光源容纳孔(2
‑
3)轴线垂直的面，所述第二方向为所述光源容纳孔(2
‑
3)靠近所述第二空腔的方向，且所述第二方向与所述光源容纳孔(2
‑
3)的轴线方向平行；所述光源容纳孔(2
‑
3)用于使所述光源(2
‑
2)发出的光照射于样品池(7
‑
1)上。2.根据权利要求1所述的便携式光谱仪，其特征在于：所述第二空腔为圆台形空腔，所述第二主体(1
‑
2)内周壁的母线与所述第一基准面间的夹角为45
°
。3.根据权利要求2所述的便携式光谱仪，其特征在于：所述光源容纳孔(2
‑
3)为圆台形孔，所述光源容纳孔(2
‑
3)的轴线与所述第一基准面的夹角为45
°
。4.根据权利要求3所述的便携式光谱仪，其特征在于：所述第三空腔为圆柱形空腔，所述光谱传感器(3
‑
2)的数量为若干个，且所述光谱传感器(3
‑
2)沿所述第三主体(1
‑
3)的内周壁的周向均匀间隔设置；所述光源(2
‑
2)的数量为若干个，每相邻的两个所述光谱传感器(3
‑
2)间设有一个所述光源(2
‑
2)，且所述光源(2
‑
2)沿所述第二主体(1
‑
2)的内周壁的周向均匀间隔设置。5.根据权利要求4所述的便携式光谱仪，其特征在于：所述光谱传感器(3
‑
2)为圆柱形；在所述第一基准面上的投影：所述光源(2
‑
2)的轴线与两个相邻的所述光谱传感器(3
‑
2)的圆心的连线的中垂线位于同一条直线上。6.根据权利要求4或5所述的便携式光谱仪，其特征在于：所述光谱传感器(3
‑
2)为圆柱形；在所述第一基准面上的投影：相邻两个所述光谱传感器(3
‑
2)的圆心距为d
sa
，所述光谱传感器(3
‑
2)的圆心与所述第三空腔的圆心的距离为d
ss...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宫傣，闫晓剑，夏维高，赵浩宇，
申请(专利权)人：四川启睿克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：