【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于icp光谱分析，尤其涉及一种可调角度的单色仪型凹面全息光栅、光谱仪及方法。
技术介绍
1、成像光谱仪是一种将成像技术与光谱技术相结合的光学仪器,可以同时采集目标的空间信息和光谱信息,形成谱像合一的数据立方体,在细胞膜流动性测定、三维图像重建、病理学及临床应用、生化成分精确定位观察和荧光的定量定位分析等领域具有重要的应用价值。上个世纪70年代末80年代初，美国加州理工学院喷气推进实验室在美国航空航天局的支持下，率先开始了成像光谱技术的研究。随着近年来国内外相关技术人员在该领域内大量的研究和投入，使成像光谱技术及其性能得到了长足的发展和显著的提高。目前，其已在目标探测和识别、遥感成像、食品检测、生物医学等诸多领域得到了广泛应用。
2、数字微反射镜(dmd)作为一种灵活、可编程、可独立寻址的空间光调制器件，在光谱成像领域，dmd能够对成像视场进行精细可控的调制，从而代替传统的机械掩膜版和机械扫描结构。1982年，dmd被作为一种空间光调制器件诞生于德州仪器实验室，早期主要应用在投影显示领域。经过科研人员不断的挖掘和探索，dmd的应用领域也从传统的投影显示领域扩展到无掩膜光刻、光束整形、全息成像和共焦测量等领域。
3、凹面全息光栅采用单色仪型全息光栅，是一种重要的分光元件。单色器型凹面光栅将来自入口狭缝的光色散、并将其重新聚焦到出口狭缝上。通过光栅的简单旋转获得波长扫描。作为光谱分光元件，与传统的刻划光栅相比，具有以下优点：光谱中无鬼线、杂散光少、分辨率高、有效孔径大、生产效率高、价格便宜等，已广泛
4、icp光谱仪技术从上世纪七十年代开始，经过近30年的快速发展，仪器和技术已近成熟，已在农业、化工、石油、地质、环境和材料等领域被广泛应用，并取得许多重要技术成果，是目前在元素分析领域应用最广泛的分析工具之一，但icp光谱仪的光谱干扰限制了检出限和准确度的改善。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供一种可调角度的单色仪型凹面全息光栅、光谱仪及方法，应用于环境污染分析、医药卫生、食品安全等领域，能够有效的减少光谱干扰的影响，提高信噪比与分辨率。
2、一种可转动角度的单色仪型凹面全息光栅，包括单色仪型凹面全息光栅本体1、光杆轴承2、光杆3、移动底座5、伺服电机6和丝杆机构，其中伺服电机6与丝杆机构连接，能够驱动丝杆机构的丝杆转动，光杆轴承2活动连接在连接块11上，连接块11固定在丝杆机构的活动端，单色仪型凹面全息光栅本体1连接在移动底座5上，光杆3一端与单色仪型凹面全息光栅本体1后端接触，另一端配合连接在光杆轴承2内。
3、所述丝杆机构包括丝杆4、右丝杆轴承7、左丝杆轴承8、丝杆移动块10，其中伺服电机6的传动轴通过梅花轴9和左丝杆轴承8与丝杆4的左侧连接，能够驱动丝杆4转动，丝杆4右侧连接在右丝杆轴承7内，丝杆移动块10套置在丝杆4外，连接块11固定在丝杆移动块10上。
4、所述伺服电机6的传动轴与梅花轴9一端连接，丝杆4左侧配合连接在左丝杆轴承8内，并穿过左丝杆轴承8与梅花轴9另一端连接。
5、所述左丝杆轴承8为梅花联轴器。
6、一种基于双dmd和全息光栅的成像光谱仪，包括凹面反射镜、聚焦透镜、dmd、单色仪型凹面全息光栅、光电倍增管，其中待测icp等离子炬经凹面反射镜聚焦成像后，入射到第一片dmd，其中第一片dmd进行空间光调制，形成狭缝，作为单色仪型凹面全息光栅的入射狭缝，将光线反射至单色仪型凹面全息光栅，其余光线经第一片dmd反射至设置好的光陷阱中，由单色仪型凹面全息光栅实现分光，经单色仪型凹面全息光栅本体1分光后的谱线入射到第二片dmd，第二片dmd对分光后的谱线进行精细选择，选通后的谱线入射进入聚焦镜，经聚焦镜汇聚后的光线入射至光电倍增管中，由光电倍增管接收。
7、一种通过基于双dmd和全息光栅的成像光谱仪实现空间成像光谱分析的方法，包括以下步骤：
8、步骤一、待测icp等离子炬聚焦成像：待测icp等离子炬作为入射光源经凹面反射镜进行汇聚反射；在第一片dmd处成缩小的像，使得ipc等离子炬的像完整地包含在第一片dmd整个反射面之内；
9、步骤二、空间调制：根据已知待测icp等离子炬的空间分布，利用第一片dmd作为单色仪型凹面全息光栅的入射狭缝，其中选择待测的等离子炬的不同区域，根据入射谱线的位置和面积选择第一片dmd上一个或几个微镜构成的局部区域，翻转第一片dmd上对应局部区域的微镜，形成狭缝，作为单色仪型凹面全息光栅的入射狭缝，将光线反射至单色仪型凹面全息光栅，其余光线经第一片dmd反射至设置好的光陷阱中；
10、步骤三、光栅分光：由单色仪型凹面全息光栅实现分光，其中单色仪型凹面全息光栅的伺服电机6控制丝杆4带动光杆3控制单色仪型凹面全息光栅本体1转动至相应角度，使得通过第一片dmd衍射后的光线能够入射至单色仪型凹面全息光栅本体1，经单色仪型凹面全息光栅本体1分光后的谱线入射到第二片dmd；
11、步骤四、选通调制：第二片dmd作为宽度可调的出射狭缝，第二片dmd作为宽度可调的出射狭缝，根据分光后的谱线位置以及在第二片dmd处光栅分光的目标谱线波长选择第二片dmd上一个或几个微镜构成的局部区域，翻转第二片dmd上对应局部区域的微镜，形成出射狭缝，从而对分光后的谱线进行精细选择，选通后的谱线入射进入聚焦镜，经聚焦镜汇聚后的光线入射至光电倍增管中，由光电倍增管接收；
12、步骤五、接收与检测：光电倍增管将光信号转化为电信号，电信号通过a/d转换电路后变成了数字信号，数字信号进入fpga单片机后形成光谱数据，根据光谱数据绘制以波长为横坐标、光谱响应为纵坐标的待测光源的高分辨率空间成像光谱。
13、本专利技术的有益效果：
14、本专利技术采用2片dmd与单色仪型凹面全息光栅实现空间成像光谱分析的方式，第一片dmd实现icp等离子炬的空间位置选择，单色仪型全息光栅实现高效率、结构简单的旋转光栅式分光，选用第二片dmd作为可调宽度的出射狭缝对所选波段进行精细分光，从而实现系统对icp等离子炬的空间成像光谱分析。
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1.一种可转动角度的单色仪型凹面全息光栅，其特征在于，包括单色仪型凹面全息光栅本体(1)、光杆轴承(2)、光杆(3)、移动底座(5)、伺服电机(6)和丝杆机构，其中伺服电机(6)与丝杆机构连接，能够驱动丝杆机构的丝杆转动，光杆轴承(2)活动连接在连接块(11)上，连接块(11)固定在丝杆机构的活动端，单色仪型凹面全息光栅本体(1)连接在移动底座(5)上，光杆(3)一端与单色仪型凹面全息光栅本体(1)后端接触，另一端配合连接在光杆轴承(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种可转动角度的单色仪型凹面全息光栅，其特征在于，所述丝杆机构包括丝杆(4)、右丝杆轴承(7)、左丝杆轴承(8)、丝杆移动块(10)，其中伺服电机(6)的传动轴通过梅花轴(9)和左丝杆轴承(8)与丝杆(4)的左侧连接，能够驱动丝杆(4)转动，丝杆(4)右侧连接在右丝杆轴承(7)内，丝杆移动块(10)套置在丝杆(4)外，连接块(11)固定在丝杆移动块(10)上。
3.根据权利要求2所述的一种可转动角度的单色仪型凹面全息光栅，其特征在于，所述伺服电机(6)的传动轴与梅花轴(9)一端连接，丝杆(4)
4.根据权利要求3所述的一种可转动角度的单色仪型凹面全息光栅，其特征在于，所述左丝杆轴承(8)为梅花联轴器。
5.一种基于双DMD和权利要求1-4任意一项所述的全息光栅的成像光谱仪，其特征在于，包括凹面反射镜、聚焦透镜、DMD、单色仪型凹面全息光栅、光电倍增管，其中待测ICP等离子炬经凹面反射镜聚焦成像后，入射到第一片DMD，其中第一片DMD进行空间光调制，形成狭缝，作为单色仪型凹面全息光栅的入射狭缝，将光线反射至单色仪型凹面全息光栅，其余光线经第一片DMD反射至设置好的光陷阱中，由单色仪型凹面全息光栅实现分光，经单色仪型凹面全息光栅本体(1)分光后的谱线入射到第二片DMD，第二片DMD对分光后的谱线进行精细选择，选通后的谱线入射进入聚焦镜，经聚焦镜汇聚后的光线入射至光电倍增管中，由光电倍增管接收。
6.一种通过权利要求5所述的基于双DMD和全息光栅的成像光谱仪实现空间成像光谱分析的方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种可转动角度的单色仪型凹面全息光栅，其特征在于，包括单色仪型凹面全息光栅本体(1)、光杆轴承(2)、光杆(3)、移动底座(5)、伺服电机(6)和丝杆机构，其中伺服电机(6)与丝杆机构连接，能够驱动丝杆机构的丝杆转动，光杆轴承(2)活动连接在连接块(11)上，连接块(11)固定在丝杆机构的活动端，单色仪型凹面全息光栅本体(1)连接在移动底座(5)上，光杆(3)一端与单色仪型凹面全息光栅本体(1)后端接触，另一端配合连接在光杆轴承(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种可转动角度的单色仪型凹面全息光栅，其特征在于，所述丝杆机构包括丝杆(4)、右丝杆轴承(7)、左丝杆轴承(8)、丝杆移动块(10)，其中伺服电机(6)的传动轴通过梅花轴(9)和左丝杆轴承(8)与丝杆(4)的左侧连接，能够驱动丝杆(4)转动，丝杆(4)右侧连接在右丝杆轴承(7)内，丝杆移动块(10)套置在丝杆(4)外，连接块(11)固定在丝杆移动块(10)上。
3.根据权利要求2所述的一种可转动角度的单色仪型凹面全息光栅，其特征在于，所述伺服电机(6)的传动轴与梅花轴(...
【专利技术属性】
技术研发人员：李春生，王子韩，顾婷雯，张陶，蔡子璇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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