一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统，所述光栅传感器光谱探测系统包括光栅摆动件、摆动动力源和信号接收件；所述光栅摆动件的摆动部位处固定有光栅部件；所述光栅传感器光谱探测系统输入的光信号经光栅部件衍射后形成不同波长的线光束对外输出；所述光栅传感器光谱探测系统的工作方法为：所述光栅摆动件在摆动动力源驱动下在设定的摆动范围内以预设频率周期摆动，使光栅部件输出的线光束在信号接收件处形成可处理的定频信号；本发明专利技术不依靠旋转光栅或数字微镜技术，能利用定频率摆动光栅组合单点探测器实现光谱探测。

A spectrum detection system and method of single point sensor based on constant frequency grating

【技术实现步骤摘要】
一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统及方法
本专利技术涉及光学仪器
，尤其是一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统及方法。
技术介绍
在光栅光谱仪器发展历程中，初期采用光栅及光电耦合传感器（CCD或CMOS）或其他探测器来识别各种光谱。为了辨别波长接近的光谱及降低光信号提取难度，有学者专利技术了旋转光栅技术；如清华大学与日本国家产业技术综合研究所在2002年设计的旋转光栅调制傅里叶变换频谱仪，及中国专利技术专利CN101464210B（光栅检测仪）和CN104833816B（基于旋转光栅的激光多普勒测速装置及测速方法）；为了降低光谱仪器的成本，有学者专利技术线阵或面阵非制冷红外探测器取代价格昂贵的光电耦合传感器。如中国专利技术专利CN101692456B（一种集成滤光微结构的InGaAs线列或面阵探测器）和CN104748858B（一种InGaAs短波红外探测器信号处理系统）；近几年，随着大规模集成电路技术、微机电系统技术和微光学技术一体化协调控制的数字微镜(DMD)技术的推广及应用，光栅光谱仪器引入了数字微镜，推出了更高性价比、提取信号效果更好的光谱仪器。如中国专利技术专利CN106289529（基于分区式数字微镜的高光通量光谱仪）；为了降低成本，结合数字微镜优势，推出了单点探测器的光谱仪器，如中国专利技术CN105527021B（一种基于数字微镜器件的像素级扫描光谱成像系统及成像方法）。但现有对波长接近光谱的提取与识别技术存在以下主要缺陷或不便。1.旋转光栅结构由于使用时间长，旋转结构及电机存在容易损坏及可靠性不高现象；而性能好、寿命高的电机成本昂贵。2.采用电机（如步进电机）控制旋转光栅，由于电机的运动精度、响应时间等问题，后端的光电信号处理，存在频率波动大、信号变化不规律的缺陷；3.采用光电耦合传感器（CCD或CMOS）或线阵、面阵非制冷红外探测器，相对于单点探测器，存在成本过高及运算数据多的缺陷；4.集合光、机、电一体控制的数字微镜专利及制造技术，还掌握在国外公司手中，价格贵并存在自主可控性差的问题；本申请提案要解决的技术问题，不依靠旋转光栅或数字微镜技术，利用定频率摆动光栅组合单点探测器实现光谱探测。
技术实现思路
本专利技术提出一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统及方法，不依靠旋转光栅或数字微镜技术，而是利用定频率摆动光栅组合单点探测器实现光谱探测。一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统，所述光栅传感器光谱探测系统包括光栅摆动件（1）、摆动动力源和信号接收件；所述光栅摆动件的摆动部位（11）处固定有光栅部件（12）；所述光栅传感器光谱探测系统输入的光信号（3）经光栅部件衍射后形成不同波长的线光束（4）对外输出；所述光栅传感器光谱探测系统的工作方法为：所述光栅摆动件在摆动动力源驱动下在设定的摆动范围内以预设频率周期摆动，使光栅部件输出的线光束在信号接收件（2）处形成可处理的定频信号。所述光栅传感器光谱探测系统通过狭缝结构或光纤部件使光栅传感器光谱探测系统输入的光信号到达光栅部件。所述光栅摆动件的摆动频率不采用日常照明电源的50HZ或60HZ倍数。所述摆动动力源包括磁性件（13）和电感组件（14）；所述磁性件设于光栅摆动件的摆动部位处且位于电感组件的磁力作用范围内；所述电感组件设于光栅传感器光谱探测系统的电路板（15）处并与传感器的电路系统相连；当光栅传感器光谱探测系统工作时，所述电感组件以对光栅摆动件的磁性件施以电磁力，所述电路系统按预设频率改变电感组件的磁力极性，使光栅摆动件按预设频率摆动。所述电路系统内的电磁驱动电路类似于电磁阀的电磁驱动电路。所述光栅摆动件的固定端以铰链铰接于安装面处，当光栅摆动件仅有一端固定时，所述光栅摆动件以弹性材料成型。所述信号接收件以单点探测器对光栅部件输出的线光束进行处理。所述光栅传感器光谱探测系统输入的光信号为外部透视系统或外部反射系统的光束。所述光栅传感器光谱探测系统用于光谱探测。本专利技术用定频率摆动光栅取代旋转光栅，光栅摆动取代用电机驱动光栅转动，即保留了旋转光栅对波长接近光谱高分辨率的提取特性，又摒弃了原旋转结构存在的易损坏及可靠性不高的问题；同时也解决了由于低成本电机运动精度、响应时间不够精良等问题，也避免了引发的后端光电信号处理存在频率波动大、信号变化不规律的缺陷。本专利技术接收经光栅衍射形成的光束的探测器也无需高成本、运算数据多的光电耦合传感器（CCD或CMOS）或线阵、面阵非制冷红外探测器，仅用单点探测器，即可接收到所需信号，因此能实现低成本、高分辨率对波长接近光谱的提取与识别。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：附图1是本专利技术的光学示意图；附图2是本专利技术的摆动结构示意图；图中：1-光栅摆动件；2-信号接收件；3-光信号；4-不同波长的线光束；11-光栅摆动件的摆动部位；12-光栅部件；13-磁性件；14-电感组件；15-电路板。具体实施方式如图1-2所示，一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统，所述光栅传感器光谱探测系统包括光栅摆动件1、摆动动力源和信号接收件；所述光栅摆动件的摆动部位11处固定有光栅部件12；所述光栅传感器光谱探测系统输入的光信号3经光栅部件衍射后形成不同波长的线光束4对外输出；所述光栅传感器光谱探测系统的工作方法为：所述光栅摆动件在摆动动力源驱动下在设定的摆动范围内以预设频率周期摆动，使光栅部件输出的线光束在信号接收件2处形成可处理的定频信号。所述光栅传感器光谱探测系统通过狭缝结构或光纤部件使光栅传感器光谱探测系统输入的光信号到达光栅部件。所述光栅摆动件的摆动频率不采用日常照明电源的50HZ或60HZ倍数。所述摆动动力源包括磁性件13和电感组件14；所述磁性件设于光栅摆动件的摆动部位处且位于电感组件的磁力作用范围内；所述电感组件设于光栅传感器光谱探测系统的电路板15处并与传感器的电路系统相连；当光栅传感器光谱探测系统工作时，所述电感组件以对光栅摆动件的磁性件施以电磁力，所述电路系统按预设频率改变电感组件的磁力极性，使光栅摆动件按预设频率摆动。所述电路系统内的电磁驱动电路类似于电磁阀的电磁驱动电路。所述光栅摆动件的固定端以铰链铰接于安装面处，当光栅摆动件仅有一端固定时，所述光栅摆动件以弹性材料成型。所述信号接收件以单点探测器对光栅部件输出的线光束进行处理。所述光栅传感器光谱探测系统输入的光信号为外部透视系统或外部反射系统的光束。所述光栅传感器光谱探测系统用于光谱探测。实施例：当光栅传感器光谱探测系统用于光谱探测时，待探测的物体置于外部的透视系统内，透视系统产生探测光，并把透过待探测的物体的探测光输出至光栅传感器光谱探测系统，光栅传感器光谱探测系统光栅摆动件在摆动动力源驱动下在设定的摆动范围内以预设频率周期摆动，使光栅部件输出的线光束在信号接收件2处形成可处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统，其特征在于：所述光栅传感器光谱探测系统包括光栅摆动件（1）、摆动动力源和信号接收件；所述光栅摆动件的摆动部位（11）处固定有光栅部件（12）；所述光栅传感器光谱探测系统输入的光信号（3）经光栅部件衍射后形成不同波长的线光束（4）对外输出；/n所述光栅传感器光谱探测系统的工作方法为：所述光栅摆动件在摆动动力源驱动下在设定的摆动范围内以预设频率周期摆动，使光栅部件输出的线光束在信号接收件（2）处形成可处理的定频信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统，其特征在于：所述光栅传感器光谱探测系统包括光栅摆动件（1）、摆动动力源和信号接收件；所述光栅摆动件的摆动部位（11）处固定有光栅部件（12）；所述光栅传感器光谱探测系统输入的光信号（3）经光栅部件衍射后形成不同波长的线光束（4）对外输出；
所述光栅传感器光谱探测系统的工作方法为：所述光栅摆动件在摆动动力源驱动下在设定的摆动范围内以预设频率周期摆动，使光栅部件输出的线光束在信号接收件（2）处形成可处理的定频信号。


2.根据权利要求1所述的一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统，其特征在于：所述光栅传感器光谱探测系统通过狭缝结构或光纤部件使光栅传感器光谱探测系统输入的光信号到达光栅部件。


3.根据权利要求1所述的一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统，其特征在于：所述光栅摆动件的摆动频率不采用日常照明电源的50HZ或60HZ倍数。


4.根据权利要求1所述的一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统，其特征在于：所述摆动动力源包括磁性件（13）和电感组件（14）；所述磁性件设于光栅摆动件的摆动部位处且位于电感组件的磁力作用范围内；所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂德华，张鑫，
申请(专利权)人：厦门大学嘉庚学院，
类型：发明
国别省市：福建;35