[发明专利]高分辨率中阶梯光栅光谱仪二维偏差谱图分析与校正方法

说明书

技术领域

本发明属于光谱技术领域，特别涉及的一种高分辨率中阶梯光栅光谱仪二维偏差谱图的分析与校正方法。

背景技术

近年来，原子发射光谱仪正不断向全谱直读、智能化、小型化、低分析成本的方向发展。分光系统作为原子发射光谱仪的核心部分，直接决定整体仪器的性能水平。高分辨率中阶梯光栅光谱仪具有波段范围宽、分辨率高、灵敏度高、全谱瞬态测量等优点，已成为原子发射光谱分析技术研究的重点。

中阶梯光栅光谱仪是一类以低色散棱镜与高色散中阶梯光栅交叉色散的全谱光谱仪，它采用棱镜纵向色散，配合中阶梯光栅高衍射级次的横向色散，在像面上形成二维谱图，并以面阵探测器采集二维谱图。分光模块中的关键分光器件--中阶梯光栅的刻线密度一般为10g/mm～100g/mm，衍射级次为几十级至上百级，闪耀角为60°-80°，制作工艺相当复杂。目前，中阶梯光栅尚依赖于进口，购买成本相对较高。

中阶梯光栅光谱仪的二维谱图信息主要取决于色散系统，若交叉色散系统中光学元件的技术参数出现偏差，将对光谱仪后端二维谱图信息产生严重影响，造成二维谱图在探测器像面上的位置出现偏差，导致测试元素对应波长的探测信号信背比降低，无法充分发挥出中阶梯光栅光谱仪的特点与优势。该现象的存在，严重限制了中阶梯光栅光谱仪高光谱分辨率、高灵敏度、低检出限等优势的体现。进一步影响以中阶梯光栅光谱仪为分光模块的发射光谱仪的检出限和灵敏度，影响元素光谱分析的测试精度，目前尚没有针对二维偏差谱图的分析与校正方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种高分辨率中阶梯光栅光谱仪二维偏差谱图的分析与校正方法，解决高分辨率中阶梯光栅光谱仪二维谱图存在偏差时，无法满足实际使用需求的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种高分辨率中阶梯光栅光谱仪二维偏差谱图的分析与校正方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，获得中阶梯光栅光谱仪的二维谱图；

利用中阶梯光栅光谱仪分别采集线性光源和连续光源的谱图，得到中阶梯光栅光谱仪分立光谱和连续光谱的二维谱图；

步骤二，对获得的二维谱图进行判读；

分别判读分立光谱和连续光谱的二维谱图，确定二维谱图在棱镜色散方向和中阶梯光栅色散方向是否存在偏差；

步骤三，反演棱镜参数的偏差量和/或中阶梯光栅参数的偏差量；

步骤四，对中阶梯光栅光谱仪的二维偏差谱图进行校正；

根据反演计算得到的棱镜参数的偏差量和/或中阶梯光栅参数的偏差量，确定棱镜和/或中阶梯光栅的实际工作状态，仿真并设计棱镜和/或中阶梯光栅的装调工装；根据工装对中阶梯光栅光谱仪重新装调，从而实现二维偏差谱图的校正。

所述步骤一中，采用汞灯作为线性光源，采用氘灯作为连续光源。

所述步骤二中，判读分立光谱的二维谱图，对分立光谱参考波长的相对位置进行计算分析，即可确定二维谱图在棱镜色散方向是否存在偏差；具体过程如下：

选择汞灯的3个波长作为参考波长，计算参考波长在纵向色散的相对间隔；如果与参考波长在纵向色散的理论相对间隔相比，差值超出±3pixel，则可认为在棱镜色散方向存在偏差，需要对偏差进行校正；否则，认为在棱镜色散方向不存在偏差。

所述步骤二中，判读连续光谱的二维谱图，如果整个二维连续谱图在探测器像面上的横向中心基本成像在探测器的中心设定范围内，中心设定范围设置为±50pixel，则可认为在中阶梯光栅色散方向二维谱图无偏差；超出中心设定范围，则认为二维谱图在中阶梯光栅色散方向存在偏差，需要对偏差进行校正。

所述步骤三中，利用由分立谱图分析出的棱镜色散方向的谱图偏差量，根据棱镜折射原理，结合中阶梯光栅光谱仪的结构参数，反演棱镜参数的偏差量。

所述步骤三中，利用由连续谱图分析出的中阶梯光栅色散方向的谱图偏差量，根据中阶梯光栅衍射原理，结合中阶梯光栅光谱仪的结构参数，反演中阶梯光栅参数的偏差量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的方法能够实现二维偏差谱图的定性分析及定量计算，同时能够实现二维偏差谱图的校正工作，对二维偏差谱图进行分析并校正后，能够充分发挥中阶梯光栅光谱仪高光谱分辨率、高灵敏度、低检出限等优势，同时该校正方法仅需对装调工装做微小改变，具有操作简单、易于实现等优点。

附图说明

图1a为中阶梯光栅光谱仪的结构框图；

图1b为中阶梯光栅光谱仪的原理示意图；