【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于近红外光谱仪自动校准，具体涉及一种近红外光谱仪自动校准装置及方法，主要用于近红外波段的波长和频率校准。
技术介绍
1、光谱仪是一种将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，其核心原理是通过色散元件将辐射源的电磁辐射分离出需要的波长或波长区域，并在选定的波长上进行强度测定。
2、近红外光谱仪是光谱仪的一种，主要用于测定物质在近红外光区范围内的吸收度。近红外光谱区与有机分子中含氢基团振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机物分子含氢基团的特征信息。利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确、成本低等诸多优点，应用十分广泛。
3、近红外光谱仪传统的校准方法是通过准备一定量的标准样品，使用近红外光谱仪测量每一个样品的光谱图，将测量的数据通过数学手段建立出光谱数据与标准样品属性之间的校准模型，再通过测量其他的标准样品验证该模型的准确性来对近红外光谱仪进行校准。光谱仪的校准对于确保测量结果的准确性和可靠性至关重要，通过定期的校准，可以及时发现并纠正仪器的误差，提高测量精度，从而满足各种分析测试的需求。
4、中国专利申请公布号为cn 115541518 a公开了一种基于光梳锁定的长波红外标准波长产生装置及方法，将两路高峰值功率的基频脉冲输入gase差频晶体，使用多维精密调整台来调整gase差频晶体的位置和相位匹配角度，实现了长波红外光梳信号的产生，但是基于近红外光差频机理产生光梳信号并通过光学锁相环锁定激光器波长的装置需要多路波分复用器和激光放大单元
5、中国专利授权公告号cn 102889929 b公开了一种紫外光谱仪波长校准方法，通过将一束未调制激光和另一束频率调制的激光入射碘分子气室，通过双平衡混频器解调出碘分子饱和吸收外差光谱后使用伺服控制系统控制住激光器的波长，但是标准波长产生方法适用于紫外光谱仪的校准，而红外光谱仪校准需要一种能够产生标准红外波长的装置。
6、因此，近红外光谱仪的校准急需一种装置简单、频率精度高、能够自动产生固定波长的近红外标准波长产生装置及方法。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供一种近红外光谱仪自动校准装置及方法，主要用于近红外波段的波长和频率校准。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、一种近红外光谱仪自动校准装置，其特征在于，包括1560nm基频激光器、掺铒光纤放大器、ppln倍频波导、电光调制器、铷原子气室、分束镜、反射镜、光电二极管和激光器控制系统；其中：
4、1560nm基频激光器，被配置用于发出波长为1560nm的激光；
5、掺铒光纤放大器，被配置用于将波长为1560nm的激光的光功率放大；
6、ppln倍频波导，被配置用于将波长为1560nm的激光倍频后变为波长780nm的激光；
7、电光调制器，被配置为用于对激光的频率进行调制；
8、铷原子气室，被配置用于对频率调制后的激光通过铷原子气室后激发铷原子的光谱信号；
9、分束镜，被配置用于将铷原子气室出来的光束进行分束；
10、反射镜，被配置用于反射激光，使激光再次通过铷原子气室；
11、光电二极管，被配置用于接收分束镜的一部分光分束的光信号并将其转化为电信号；
12、激光器控制系统，被配置用于输出射频信号调制光纤式电光调制器，并输出控制电压对基频激光器进行自动稳频控制。
13、进一步的，所述激光器控制系统包括射频信号发生器、鉴相器、模数转换器adc、微控器以及数模转换器dac；射频信号发生器产生两路12.5mhz的射频信号，其中一路作为光纤式电光调制器的射频驱动信号，另一路进入鉴相器；微控器驱动数模转换器dac输出三角波的电压信号，对基频激光器进行扫频，通过鉴相器对频率调制后的光谱信号做解调，解调出铷原子的频率调制光谱，光谱信号通过模数转换器adc采集转换为数字信号后进入微控器，微控器得到光谱信号后记录该光谱中特征峰的峰峰值电压和电压极值；当判断出存在峰峰值电压大于2.5v的特征峰，且电压最大值大于1.2v、最小值小于-1.2v时，判定为找到了铷原子的跃迁谱线；微控器自动计算出光谱电压最大最小值的平均电压值和对应数模转换器dac扫频电压的中点电压值，将光谱电压作为pid控制的被控量，数模转换器dac扫频电压作为控制量，对找到的光谱锁定点进行pid锁定，从而锁定激光器波长在跃迁能级能量780.24nm；当微控器未识别出符合条件的光谱特征峰时，改变数模转换器dac的扫频电压范围，当输出电压范围为-1.5v～-0.5v不能找到所需要锁定的特征峰，数模转换器dac改变输出范围至-1.0v～0v，此时能够扫描到谱线的特征峰，再进行pid锁定。
14、进一步的，所述基频激光器选用光通信波段的外腔式半导体激光器。
15、一种近红外光谱仪自动校准方法，其特征在于，采用上述所述的一种近红外光谱仪自动校准装置，具体包括如下步骤：
16、基频激光器输出波长为1560nm的激光经过掺铒光纤放大器将光功率放大之后再通过ppln倍频波导，激光倍频后波长变为780nm，对780nm激光进行频率锁定后输入光纤式电光调制器，再利用激光器控制系统输出的射频信号调制光纤式电光调制器达到对激光的频率调制；频率调制后的激光通过铷原子气室激发铷原子的光谱信号，反射镜用于反射激光，使激光再次通过铷原子气室；通过分束镜将一部分光信号输入光电二极管，转化为电信号后输入激光控制系统，自动地对近红外光谱仪进行校准。
17、进一步的，利用模数转换器adc采集频率调制光谱的信号，转换为数字信号输入微控器，微控器通过判断光谱特征峰是否存在和改变数模转换器dac的扫频电压寻找到铷原子的跃迁光谱和激光频率锁定点，能够自动输出标准波长的激光，自动地对近红外光谱仪进行校准。
18、本专利技术选择1560nm通信波段的窄线宽激光器作为基频激光器，利用ppln倍频晶体倍频至780nm，使得装置能够输出两种波长的近红外光作为近红外光谱仪的校准波长。
19、本专利技术利用铷原子的频率调制光谱，能够确定当原子从基态52s1/2跃迁至激发态52p3/2时激光的波长为780.24nm。
20、本专利技术通过数字pid的反馈手段将激光器的频率锁定在铷原子的频率调制跃迁谱线上。本专利技术利用mcu(微控器)判断谱线锁定的特征峰，并计算出谱线的锁定点，进行自动pid锁定。本专利技术通过对1560nm激光倍频后的780nm激光进行频率锁定，并将控制电压于调制基频激光器，使得1560nm和780nm波段的激光都处于锁定状态。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
22、1、本专利技术对激光进行频率调制后进入铷原子气室，得本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种近红外光谱仪自动校准装置，其特征在于，包括1560nm基频激光器、掺铒光纤放大器、PPLN倍频波导、电光调制器、铷原子气室、分束镜、反射镜、光电二极管和激光器控制系统；其中：
2.如权利要求1所述的一种近红外光谱仪自动校准装置，其特征在于，所述激光器控制系统包括射频信号发生器、鉴相器、模数转换器ADC、微控器以及数模转换器DAC；射频信号发生器产生两路12.5MHz的射频信号，其中一路作为光纤式电光调制器的射频驱动信号，另一路进入鉴相器；微控器驱动数模转换器DAC输出三角波的电压信号，对基频激光器进行扫频，通过鉴相器对频率调制后的光谱信号做解调，解调出铷原子的频率调制光谱，光谱信号通过模数转换器ADC采集转换为数字信号后进入微控器，微控器得到光谱信号后记录该光谱中特征峰的峰峰值电压和电压极值；当判断出存在峰峰值电压大于2.5V的特征峰，且电压最大值大于1.2V、最小值小于-1.2V时，判定为找到了铷原子的跃迁谱线；微控器自动计算出光谱电压最大最小值的平均电压值和对应数模转换器DAC扫频电压的中点电压值，将光谱电压作为PID控制的被控量，数模转换器DAC扫频电压
3.如权利要求1所述的一种近红外光谱仪自动校准装置，其特征在于，所述基频激光器选用光通信波段的外腔式半导体激光器。
4.一种近红外光谱仪自动校准方法，其特征在于，采用如权利要求2所述的一种近红外光谱仪自动校准装置，具体包括如下步骤：
5.如权利要求4所述的一种近红外光谱仪自动校准方法，其特征在于，利用模数转换器ADC采集频率调制光谱的信号，转换为数字信号输入微控器，微控器通过判断光谱特征峰是否存在和改变数模转换器DAC的扫频电压寻找到铷原子的跃迁光谱和激光频率锁定点，能够自动输出标准波长的激光，自动地对近红外光谱仪进行校准。
...【技术特征摘要】
1.一种近红外光谱仪自动校准装置，其特征在于，包括1560nm基频激光器、掺铒光纤放大器、ppln倍频波导、电光调制器、铷原子气室、分束镜、反射镜、光电二极管和激光器控制系统；其中：
2.如权利要求1所述的一种近红外光谱仪自动校准装置，其特征在于，所述激光器控制系统包括射频信号发生器、鉴相器、模数转换器adc、微控器以及数模转换器dac；射频信号发生器产生两路12.5mhz的射频信号，其中一路作为光纤式电光调制器的射频驱动信号，另一路进入鉴相器；微控器驱动数模转换器dac输出三角波的电压信号，对基频激光器进行扫频，通过鉴相器对频率调制后的光谱信号做解调，解调出铷原子的频率调制光谱，光谱信号通过模数转换器adc采集转换为数字信号后进入微控器，微控器得到光谱信号后记录该光谱中特征峰的峰峰值电压和电压极值；当判断出存在峰峰值电压大于2.5v的特征峰，且电压最大值大于1.2v、最小值小于-1.2v时，判定为找到了铷原子的跃迁谱线；微控器自动计算出光谱电压最大最小值的平均电压值和对应数模转换器dac扫频电压的中点电压值，将光谱电压作...
【专利技术属性】
技术研发人员：周俊杰，程冰，高浚超，周航，陈俊杰，吴彬，林强，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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