【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光谱探测设备领域，具体涉及一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法以及光谱仪。
技术介绍
1、光谱仪是将复杂光分解成光谱线的仪器，其由光学组件和电学组件构成，以将光信号转换为电信号输出。光谱仪广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。其中，在高精测量场合，常用高光谱仪进行测量，如矿物检测、染色检测、食品卫生等。小型化短波红外高光谱仪是高光谱仪的一种，其在生产装调时，涉及光学镜片、光栅、光机结构的光学系统装调，以及光学系统和电子学系统之间的耦合装调两部分。
2、目前，现有小型化短波红外高光谱仪的光学系统和电子学系统的装调主要是以首先装调焦平面探测器的方式来实现的，具体为：首先将探测器及其支架固定在光学系统结构上，通过调节探测器、探测器支架、光学系统之间的相对位置来保证探测器感光面与光学系统焦面重合，后续再完成探测器落焊、散热块、电路板、电子学框架的安装工作，最终完成小型化短波红外高光谱仪的装调。采用这种结构的小型化短波红外高光谱仪存在以下问题：
3、1）由于需要首先单独装调探测器，此时探测器未落焊在电路板上，无法输出图像，需要使用临时电子学工装和结构工装将探测器引脚引出至电路板，配合完成装调。而探测器为高光谱仪的关键部件，工装加工质量、插拔过程、装调中探测器位置的移动都容易造成探测器的损坏。
4、2、现有小型化短波红外高光谱仪的装配顺序为电子学系统调试、光学系统与探测器装调、电子学落焊装配。其中，光学系统和电子学系统研制过程交叉进行，需要各方研制人员相互配合，效率低下，
5、综上，现有小型化短波红外高光谱仪的结构设计，其光学系统和电子学系统杂糅，不利于光学系统和电子学系统的独立开发生产，且在光学系统和电子学系统装调时，需要用到其余测试设备进行装调。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法以及光谱仪，以解决现有技术中光学系统和电子学系统不独立而无法独立开发生产，且在装调时需要其余测试设备配合装调的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术具体提供下述技术方案：
3、一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法，包括：
4、s1、光谱仪构建：构建光学系统、电子学系统以及确定所述光学系统和所述电子学系统安装间距的垫片，所述光学系统和所述电子学系统通过拆装完成解耦和耦合；
5、s2、光学系统构建：所述光学系统构建包括框架结构以及与框架结构连接安装的光学组件，构建的所述光学系统能够使所述光学组件在所述框架结构附近形成焦平面；
6、s3、电子学系统构建：所述电子学系统构建包括探测器组件和电路组件，所述探测器组件与所述电路组件电连接，所述探测器组件在其表面形成感光平面；
7、s4、耦合装调：所述光学系统和所述电子学系统通过所述垫片连接安装，并通过调整垫片的厚度，改变所述焦平面与所述感光平面的距离，使所述焦平面与所述感光平面重合，即所述光学系统和所述电子学系统耦合。
8、作为本专利技术的一种优选方案，在步骤s2和步骤s3中，所述光学系统构建和所述电子学系统构建相互独立进行。
9、作为本专利技术的一种优选方案，在步骤s3中，所述探测器组件固定在所述电路组件上。
10、作为本专利技术的一种优选方案，在步骤s4中，所述垫片厚度的调整方法包括：
11、a、将可形变的橡胶圈安装在所述框架结构和所述探测器组件之间，调整所述框架结构和所述探测器组件之间的距离，使所述电子学系统通过所述探测器组件检测的空间分辨率和光谱分辨率达到最优；
12、b、通过塞尺测量所述框架结构和所述探测器组件之间的间距，确定所述垫片的加工厚度，并对所述垫片进行加工；
13、c、将加工完成的所述垫片替换橡胶圈，安装在所述框架结构和所述探测器组件之间，测试成像效果，根据成像效果确定所述垫片厚度的再次微调加工程度，并进行多次测试调整加工；
14、d、当所述垫片经多次调整加工后，所述电子学系统的成像效果达到最佳，此时所述光学系统的焦平面与所述电子学系统的感光平面重合，即完成所述光学系统和所述电子学系统的耦合装调。
15、为解决上述技术问题，本专利技术还进一步提供下述技术方案：
16、一种采用上述设计方法制造的光谱仪，包括光学系统，以及设置在所述光学系统上的框架结构，在所述框架结构上可拆装地安装有电子学系统，且所述电子学系统与所述光学系统耦合；
17、在所述框架结构和所述电子学系统之间设置有垫片，所述垫片根据设计调整厚度，固定所述光学系统和所述电子学系统之间的连接间距，确保所述光学系统的焦平面与所述电子学系统的感光平面重合。
18、作为本专利技术的一种优选方案，所述电子学系统包括：探测器组件和电路组件；
19、所述探测器组件与所述电路组件平面贴靠安装，且所述探测器组件与所述电路组件电连接；
20、所述探测器组件通过所述垫片安装在所述框架结构上。
21、作为本专利技术的一种优选方案，所述探测器组件包括：安装板和感光探测器；
22、所述感光探测器通过贯穿设置在所述安装板上的孔位内嵌固定在所述安装板上，且所述感光探测器的感光平面与所述光学系统的焦平面重合；
23、所述感光探测器在与所述安装板固定之后，所述感光探测器与所述电路组件焊接；
24、所述垫片安装在所述安装板上，所述安装板与所述框架结构可拆卸地连接，以解耦或耦合所述光学系统和所述电子学系统。
25、作为本专利技术的一种优选方案，所述电路组件包括：信号处理模块、多个外围辅助模块；
26、所述信号处理模块和多个所述外围辅助模块电连接，所述感光探测器与所述信号处理模块电连接；
27、所述信号处理模块接收并处理所述感光探测器检测的光信号，其中一个所述外围辅助模块将所述信号处理模块处理并形成的电信号输送至外接显示器成像。
28、作为本专利技术的一种优选方案，所述信号处理模块和多个所述外围辅助模块均包括板框，以及设置在所述板框内部的电路板；
29、所述感光探测器与所述信号处理模块的所述电路板焊接。
30、作为本专利技术的一种优选方案，多个所述外围辅助模块通过多个所述板框依次层叠安装，且靠近所述信号处理模块一侧的所述外围辅助模块的所述板框，安装在所述信号处理模块的所述板框上，以形成层叠结构。
31、本专利技术与现有技术相比较具有如下有益效果：
32、本专利技术将光谱仪的光学系统和电子学系统解耦并独立设计，以光电耦合的方式进行装配，使光学系统和电子学系统能够独立开发调试生产，并将调试生产的光学系统和电子学系统耦合装调，简化了开发步骤，提高了生产效率。
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1.一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法，其特征在于，
5.一种采用权利1-4任一项所述设计方法制造的光谱仪，其特征在于，包括光学系统（1），以及设置在所述光学系统（1）上的框架结构（2），在所述框架结构（2）上可拆装地安装有电子学系统（3），且所述电子学系统（3）与所述光学系统（1）耦合；
6.根据权利要求5所述的一种光谱仪，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的一种光谱仪，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的一种光谱仪，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的一种光谱仪，其特征在于，
10.根据权利要求9所述的一种光谱仪，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种基于光路解耦的光谱仪的设计方法，其特征在于，
5.一种采用权利1-4任一项所述设计方法制造的光谱仪，其特征在于，包括光学系统（1），以及设置在所述光学系统（...
【专利技术属性】
技术研发人员：李帅辉，陈豪，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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