[发明专利]一种基于定频率光栅和单点传感器的光谱探测系统及方法

说明书

本发明提出一种定频率光栅单点传感器光谱探测系统，所述光栅传感器光谱探测系统包括光栅摆动件、摆动动力源和信号接收件；所述光栅摆动件的摆动部位处固定有光栅部件；所述光栅传感器光谱探测系统输入的光信号经光栅部件衍射后形成不同波长的线光束对外输出；所述光栅传感器光谱探测系统的工作方法为：所述光栅摆动件在摆动动力源驱动下在设定的摆动范围内以预设频率周期摆动，使光栅部件输出的线光束在信号接收件处形成可处理的定频信号；本发明不依靠旋转光栅或数字微镜技术，能利用定频率摆动光栅组合单点探测器实现光谱探测。

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，尤其是一种基于定频率光栅和单点传感器的光谱探测系统及方法。

背景技术

在光栅光谱仪器发展历程中，初期采用光栅及光电耦合传感器（CCD或CMOS）或其他探测器来识别各种光谱。为了辨别波长接近的光谱及降低光信号提取难度，有学者发明了旋转光栅技术；如清华大学与日本国家产业技术综合研究所在2002年设计的旋转光栅调制傅里叶变换频谱仪，及中国发明专利CN 101464210B（光栅检测仪）和CN 104833816B （基于旋转光栅的激光多普勒测速装置及测速方法）；为了降低光谱仪器的成本，有学者发明线阵或面阵非制冷红外探测器取代价格昂贵的光电耦合传感器。如中国发明专利CN101692456B（一种集成滤光微结构的InGaAs线列或面阵探测器）和CN 104748858B （一种InGaAs短波红外探测器信号处理系统）；近几年，随着大规模集成电路技术、微机电系统技术和微光学技术一体化协调控制的数字微镜(DMD)技术的推广及应用，光栅光谱仪器引入了数字微镜，推出了更高性价比、提取信号效果更好的光谱仪器。如中国发明专利CN106289529（基于分区式数字微镜的高光通量光谱仪）；为了降低成本，结合数字微镜优势，推出了单点探测器的光谱仪器，如中国发明CN 105527021B （一种基于数字微镜器件的像素级扫描光谱成像系统及成像方法）。

但现有对波长接近光谱的提取与识别技术存在以下主要缺陷或不便。

1.旋转光栅结构由于使用时间长，旋转结构及电机存在容易损坏及可靠性不高现象；而性能好、寿命高的电机成本昂贵。

2.采用电机（如步进电机）控制旋转光栅，由于电机的运动精度、响应时间等问题，后端的光电信号处理，存在频率波动大、信号变化不规律的缺陷；

3.采用光电耦合传感器（CCD或CMOS）或线阵、面阵非制冷红外探测器，相对于单点探测器，存在成本过高及运算数据多的缺陷；

4. 集合光、机、电一体控制的数字微镜专利及制造技术，还掌握在国外公司手中，价格贵并存在自主可控性差的问题；

本申请提案要解决的技术问题，不依靠旋转光栅或数字微镜技术，利用定频率摆动光栅组合单点探测器实现光谱探测。

发明内容

本发明提出一种基于定频率光栅和单点传感器的光谱探测系统及方法，不依靠旋转光栅或数字微镜技术，而是利用定频率摆动光栅组合单点探测器实现光谱探测。

一种基于定频率光栅和单点传感器的光谱探测系统，所述光栅传感器光谱探测系统包括光栅摆动件（1）、摆动动力源和信号接收件；所述光栅摆动件的摆动部位（11）处固定有光栅部件（12）；所述光栅传感器光谱探测系统输入的光信号（3）经光栅部件衍射后形成不同波长的线光束（4）对外输出；

所述光栅传感器光谱探测系统的工作方法为：所述光栅摆动件在摆动动力源驱动下在设定的摆动范围内以预设频率周期摆动，使光栅部件输出的线光束在信号接收件（2）处形成可处理的定频信号。

所述光栅传感器光谱探测系统通过狭缝结构或光纤部件使光栅传感器光谱探测系统输入的光信号到达光栅部件。

所述光栅摆动件的摆动频率不采用日常照明电源的50HZ或60HZ倍数。