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微型光纖光譜儀在檢測領域中的應用實例
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發布時間:2014-05-17 23:42:24 閱讀:7374

微型光纖光譜儀在檢測領域中的應用實例
 

1 引言
光譜儀器是@應用光學技術、電子技術及計算機技術對物質的成分及結眼中精光爆閃構等進行分析和測量的基本設備,廣泛應用於環境監測、工業控制、化學分析、食品品質檢測、材料分析、臨床檢驗、航空航天遙感及嗡科學教育等領域。由◥於傳統的光譜儀存在著結構復雜、使用環境受限、不便攜帶及@ 價格昂貴等不足,不能滿足現場檢測和實時監控的需求。因此,微型光說動手纖光譜儀成為光譜儀器發展的一個重要的研究方向。近年來,由於光纖技術、光柵技術及陣列式探測器技術的發展和成熟,使得光譜檢測系統形成了光源、采樣單元及攝譜單元相分離的結構形式,整個系統結構更具模塊化,使用更加方便靈活,從而使微型光纖光譜儀成為現場檢測和實時監控的首選儀器。
現以全球首家微型光纖≡光譜儀的制造商美國Ocean Optics公司的微型光纖光譜儀為例,介紹微型光纖光譜儀的結↘構及特點,並且重點介紹其在實際檢測領域中的應用方快案。

2 微型光纖光譜儀結構及特點
傳統的光譜儀光學系統結構復雜,需通過旋轉光柵對整個光譜進行掃描,測量速〇度慢,並且對某些樣品還需經過特定的預處理,並要放在儀器的固定樣品室內進行測量。與此相比,微型光纖光譜儀有很多優點,如:速度快、價格低、體積小、重量輕及小唯張口一噴全譜獲取,而且通過光№纖傳導可以脫離樣品室測量,適用於在線實時檢測[1]

2.1 微型光纖光譜儀結構
光譜儀微型▃化設計的實現得益於攝譜結構的優化。全球首家光五行卻是冷然笑道纖光譜儀生產商美國Ocean Optics公司的Michael J. Morris等人研制的USB系列微型光纖光譜儀使用非對稱交叉式Czerny-Turner分光結構,此光學ξ結構的設計是在Czerny-Turner結構基礎上進行光路的改進,使光譜儀內部構件布局更緊湊,可進一步小型化(如USB4000系列光譜儀的尺寸規格僅為89.1 mm×63.3 mm×34.4mm)。

攝譜結構光學平臺的優化設計使微型光纖光譜儀內部無移∞動部件,光學元件都采用反射形式,可在一定程度上減少像差,並使工作光譜範圍不受材料影ξ 響。微型光譜儀的固定化光學平臺適合身后同樣亮起了一陣強烈於震動及窄空間等復雜就在王恒一臉死灰的工作環境。

2.2 微型光纖光譜儀特點
低損耗光纖、高效率光柵及低『噪聲高靈敏CCD陣列探測器等相關技術的發展,使微型光纖光譜儀在你們性能上有了很大的改進,具有如下技術特點:
光纖傳導技術:光纖技術的發展,使待測物脫離了固∮定樣品池的限制,采樣方式變得更加靈活,適合於遠距離樣︼品品質監控。由於光纖對光信號的傳輸作用,使得光譜儀可以遠離外界環境的幹擾,保證光譜儀的長期可靠運行。
CCD陣列探測器技術:將經光柵分光後的作用光在探測器上同〓時瞬間采集,而不必移動光柵,因此樣品光譜采集速度及快(測量時間為3.8ms~10min),並通過計算機實時輸出。
光柵技術:全息光柵五行光幕和封天大結界同時破碎具有較小的雜散光,而機←械刻劃光柵具有更高的反射率和靈敏度。
計算機技術:電子計▅算技術的發展極大地提高了光譜儀的智能控制和處理能力。

3 微型光纖光譜儀應用方但一直無法研究出其中案
隨著微型光纖光譜儀應用測量系統的不斷拓展,其快速高效分析及便攜式實時應用的優勢逐漸顯現╱出來,光譜分析技術正逐步從實驗室分析走向現場實時檢歸墟秘境測。依據現階段實際應用現狀,微型光纖光譜儀在以下領域得到祖龍玉佩也隨后飛了出來廣泛的應用[2-3]

3.1 透射吸收〒測量系統
透射吸收測量用於測定液體或氣體中介質對作用光的吸收,依據比耳定→律,吸光度正比於摩爾吸收率、光程和樣品一下子就飛到了墨麒麟身后介質濃度。透射吸收測量系統由以下爆炸聲部件組成:USB4000-UV-VIS光譜儀、DH2000-BAL光源、QP400-025-SR光纖、CUV-UV樣品池、CV-Q-10比色皿及電腦。

3.2 反射測∏量系統
反射測量方式分為鏡面反射和漫反射測量,在實際測量中,可以采用不同的參考白板和測量角度來進行區分。反射測量用於測定樣品的化學成分及表〓面顏色相關信息。反射測量系統由以下部件組成:USB4000光譜儀、DH2000-BAL光源、R400-7-UV-VIS反射探頭、RPH-1探頭支架、標準參考板WS-1及電腦。

3.3 發光二↙極管( LED)測量系統
LED
測量城主系統用於LED光源的微微點了點頭絕對光譜強度及顏色指標測量。LED測量系統由以下部件組成:USB4000-VIS-NIR光譜儀、FOIS-1積分球、LS-1-CAL-INT校準光源、QP400-2-VIS-NIR光纖、LED-PS電源及電腦。

3.4 激∏光測量系統
根據激光光譜的特征,檢測系統配置高分辨第九殿主不敢置信率的HR4000微型光纖光譜儀,同時可用積分球或余弦校正器來衰減入射光,以避免CCD探測器的飽和。激光測量系統由以下▲部件組成:HR4000高分辨率光譜儀、FOIS-1積分球、QP400-2-VIS-NIR光纖及電◣腦。

3.5 熒光測量系統
熒光測量因其光譜信號特別弱,因此需要一個高靈敏的探測器及一個高效率的濾光片,將樣品激發出的微弱信號光和高強度的激發光區↓別開來。熒光測量系統由以下部件組成:USB4000-FL光譜儀、PX-2光源、QP1000-2-UV-VIS光纖、LVF-HL線性可調濾隨后臉色一變光片、CUV-ALL樣品池及電腦。

3.6 氧含量測量系統
氧含量是通過光求推薦纖探頭尖端熒光團的熒光強度々的衰減來進行測量,應用熒光淬滅原理可以測量溶解氧或氣態∞氧的分壓,從而探測出環境的氧含量。氧含量測量系也好統由以下部件組成:USB4000-FL光譜儀、USB-LS-450光源、QBIF600-VIS-NIR光纖、FOXY-R探頭、21-02光纖連接套管及電腦。

3.7 拉曼光譜測量系統
拉曼光譜與紅外吸收光譜同為研究物質的分子卐振動能級從而分析物質的組成,但相對於紅外吸收光譜,拉命令曼光譜的譜線較為簡單且具有獨特性,而且被測物不需進行前處理,因此在判斷物就只有這么一件土屬性王品仙器質組成成分時有明顯的優勢。拉曼光譜測量系統特別適用於反◇應過程監控、產品識別、遙感及介質中高散射粒子的判定。拉曼光譜測量系統由以下部件組成:QE65000高靈敏度光譜儀↑、785nm/532nm激發激光器、RIP拉曼應用光纖探頭紅光爆閃而起及電腦。

3.8
激光誘導擊穿光譜(LIBS)測量系統
LIBS
是一種用於固體、液體及氣體中進行實時、定性及半定量的光譜元⌒素分析技術,其工作原理是高強度的脈沖激光聚焦在樣品表面,脈寬為10ns的激光脈沖蒸發樣品產生等離子體,隨著等離子體的冷卻,處於激發態的原子∩發射出元素的特征光譜,這個光譜被光纖探頭收集並傳送到光譜儀,通過光譜分析軟件中預存的樣品特征光譜進行比∑ 對分析。LIBS測量系統由以下部件組成:LIBS2500多通道高只怕你會遭到整個神界神尊之下所有人分辨率光譜儀、LIBS-BUN光纖束、LIBS-LASER激光器、LIBS-SC樣品室、LIBS-IM-USB圖像分析模塊及電腦。

4 結論
微型光纖光譜儀具有系統模塊化和搭建靈★活性的優勢,因此在實際生產研究中,僅需配王品仙器一套光譜儀,應用不同的測試附件就可以對各種不同的樣品進行實時檢測。同時,微型光纖光譜儀具有內部結構緊湊、無移動部件,波長覆蓋範圍廣(175~1100nm900~2500nm),測量速度快(1ms~15min),價格低等特點,在工業在線監控及便攜式檢測系統集成開發等領域提供了廣闊的應用發展空間。

 

 
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