光栅光谱仪的波长校准方法技术

提供了一种光栅光谱仪的波长校准方法，包括：通过旋转可旋转光栅将校准光源的多个特征峰分别移动到探测器的中心位置，确定可旋转光栅的光栅转角与中心波长之间的函数关系；以及通过分析多个中心波长下获取的多幅光谱图，确定以下用于在中心波长确定时计算在探测器的成像范围内的每个像素处的对应波长的物理模型中的参数、f、a、b、c，其中，为通过所述函数关系确定的与中心波长对应的光栅转角，为光谱仪的内置角，f为光谱仪的焦距，m为光栅衍射级次，N为光栅刻线数（单位为line/mm），且nx为相应像素与中心像素之间的距离。的距离。的距离。

【技术实现步骤摘要】
光栅光谱仪的波长校准方法


[0001]本公开总体上涉及光谱仪
，更具体而言涉及一种包括可旋转光栅的光谱仪的波长校准方法。

技术介绍

[0002]光谱仪是进行光谱研究和物质的光谱分析的仪器，它的基本作用是测量被研究光的光谱组成，包括它的波长、强度与轮廓等。光谱仪通常由光源和照明系统、准直系统、色散系统、成像系统以及信号收集系统组成。对光谱仪来说，通过色散元件（例如，可旋转光栅）将复合光分散成谱带，并且投射到CCD探测器上。因此，在利用光谱仪测量未知的光谱信息之前，需要提前对光谱仪进行波长校准。
[0003]光谱仪的波长校准需要利用校准光源，这些校准光源发射的光谱为线谱，并且它的特征峰的波长为已知，采集CCD探测器上的光谱，标记已知的特征峰，利用这些特征峰建立适当的物理模型，进而能够根据该物理模型计算出任意像素位置的波长值。对于光栅可旋转光谱仪来说，光栅每旋转一个角度，CCD探测器上探测到的光谱发生变化，因此所建立的物理模型需要适应不同的角度。光谱仪的波长校准的精确度依赖于校准光源的特征峰的数量以及光谱仪的波长校准物理模型的精确度。在校准光源的特征峰一定的情况下，需要建立更精确的波长校准物理模型。

技术实现思路

[0004]根据本公开的实施例，提供了一种用于光谱仪的波长校准方法，所述光谱仪包括可旋转光栅，所述方法包括：通过旋转所述可旋转光栅将校准光源的多个特征峰分别移动到所述光谱仪的探测器的中心位置，确定所述可旋转光栅的光栅转角与中心波长之间的函数关系；以及通过分析多个中心波长下获取的多幅光谱图，确定以下物理模型中的参数、f、a、b、c，所述物理模型用于在所述中心波长确定时计算在所述探测器的成像范围内的每个像素处的对应波长，其中，为通过所述函数关系确定的与所述中心波长对应的所述光栅转角，为所述光谱仪的内置角，f为所述光谱仪的焦距，m为光栅衍射级次，N为光栅刻线数（单位为line/mm），nx为相应像素与中心像素之间的距离，并且a、b、c为距离优化参数。
[0005]在一些实施例中，确定所述可旋转光栅的光栅转角与中心波长之间的函数关系包括：将所述可旋转光栅旋转不同角度，以将所述校准光源的相应特征峰移动到所述探测器的中心位置；获取相应中心波长以及用于将所述相应特征峰移动到所述探测器的中心位置的相应光栅转角；以及通过所获取的多组中心波长和光栅转角，基于以下线性函数进行拟
合以获得参数k、s的值，其中，为相应中心波长并且为用于将所述相应特征峰移动到所述探测器的中心位置的相应光栅转角。
[0006]在一些实施例中，通过最小二乘法进行所述拟合。
[0007]在一些实施例中，确定所述物理模型中的参数、f、a、b、c包括：通过所述可旋转光栅将所述校准光源的多个特征峰分别移动到所述探测器的中心位置并且分别采集其光谱图；通过相应中心波长利用所述函数关系来确定相应光栅转角；获取每幅光谱图中的多个特征峰的波长值及其像素位置nx；以及通过所获取的相应光栅转角，多个特征峰的波长值及其像素位置nx，基于所述物理模型进行拟合以获得所述参数、f、a、b、c。
[0008]在一些实施例中，通过最小二乘法进行所述拟合。
[0009]在一些实施例中，通过步进电机来旋转所述可旋转光栅。
[0010]在一些实施例中，所述校准光源包括发射线谱的光源。
[0011]在一些实施例中，所述光源包括汞灯，氖灯，氪灯中的任一种。
[0012]根据本公开的实施例，提供了一种用于光谱仪的波长校准的装置，包括：存储器，所述存储器存储有计算机程序；以及处理器，所述处理器耦合至所述存储器，当所述计算机程序由所述处理器执行时，所述处理器被配置为执行根据本专利技术所述的方法。
[0013]根据本公开的实施例，提供了一种计算机可读存储介质，在其上存储有程序代码，当所述程序代码由处理器执行时，使得所述处理器执行根据本专利技术所述的方法。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将对本公开一些实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例的附图，对于本领域技术人员来说，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本公开实施例所涉及的产品的实际尺寸、方法的实际流程、信号的实际时序等的限制。
[0015]图1示出了根据本公开实施例的具有可旋转光栅的光谱仪的光路原理图。
[0016]图2示出了根据本公开实施例的用于光谱仪的波长校准方法的流程图。
[0017]图3示出了根据本公开实施例的光栅转角与中心波长的关系示意图。
[0018]图4示出了根据本公开实施例的用作校准光源的氖灯的主要特征谱线及波长值。
[0019]图5示出了根据本公开实施例的探测器平面倾斜的影响示意图。
[0020]图6示出了根据本公开另一实施例的用于光谱仪的波长校准方法的流程图。
[0021]图7示出了根据本公开实施例的色散校准过程中的光谱寻峰示意图。
[0022]将参考附图描述本公开。
具体实施方式
[0023]现在将参考示例实施例讨论本公开描述的主题。应该理解，讨论这些实施例只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本公开描述的主题，并非是对权利要求
书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本公开的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。例如，所描述的方法可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行，以及各个步骤可以被添加、省略或者组合。另外，相对一些示例所描述的特征在其它示例中也可以进行组合。
[0024]要指出的是，在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定的特征、结构或特性。此外，这样的措辞用语未必是指相同的实施例。另外，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其它实施例实现此类特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围之内。
[0025]通常，可以至少部分地由使用的语境来理解术语。例如，至少部分地根据语境，文中采用的词语“一个或多个”可以用于从单数的意义上描述任何特征、结构或特性，或者可以用于从复数的意义上描述特征、结构或特性的组合。类似地，还可以将诸如“一”、“一个”或“该”的词语理解为传达单数用法或者传达复数用法，其至少部分地取决于语境。此外，可以将词语“基于”理解为未必意在传达排他的一组因素，相反可以允许存在其他的未必明确表述的因素，其还是至少部分地取决于语境。
[0026]现在将结合附图来描述根据本公开的用于光谱仪的波长校准方法的实施例。
[0027]图1示出了根据本公开实施例的具有可旋转光栅G的光谱仪100的光路原理图。如图1中所示，光从入射狭缝ES进入光谱仪100，被反射镜M1准直后成为平行光，再入射到反射光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光谱仪的波长校准方法，所述光谱仪包括可旋转光栅，所述方法包括：通过旋转所述可旋转光栅将校准光源的多个特征峰分别移动到所述光谱仪的探测器的中心位置，确定所述可旋转光栅的光栅转角与中心波长之间的函数关系；以及通过分析多个中心波长下获取的多幅光谱图，确定以下物理模型中的参数、f、a、b、c，所述物理模型用于在所述中心波长确定时计算在所述探测器的成像范围内的每个像素处的对应波长，其中，为通过所述函数关系确定的与所述中心波长对应的所述光栅转角，为所述光谱仪的内置角，f为所述光谱仪的焦距，m为光栅衍射级次，N为光栅刻线数（单位为line/mm），nx为相应像素与中心像素之间的距离，并且a、b、c为距离优化参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述可旋转光栅的光栅转角与中心波长之间的函数关系包括：将所述可旋转光栅旋转不同角度，以将所述校准光源的相应特征峰移动到所述探测器的中心位置；获取相应中心波长以及用于将所述相应特征峰移动到所述探测器的中心位置的相应光栅转角；以及通过所获取的多组中心波长和光栅转角，基于以下线性函数进行拟合以确定参数k、s，其中，为相应中心波长并且为用于将所述相应特征峰移动到所述探测器的中心位置的相应光栅转角。3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过最小二乘法进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷泽民，佟飞，张素侠，陈海霞，
申请(专利权)人：北京卓立汉光分析仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：