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本发明涉及光谱测量技术领域，具体涉及一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪。

背景技术：

近红外光纤光谱仪分析技术是利用不同分子或原子在近红外光吸收的不同光谱组成（包括波长、强度、剖面等），对未知物质的成分和含量进行定性和定量检测的现代方法。 -红外线区域。 分析能力。 基于近红外光纤光谱仪分析技术的近红外光纤光谱仪，具有快速、无损、多元数据分析等显着特点，是不可或缺的检测设备。

基于MEMS技术的近红外光纤光谱仪采用MEMS扫描光栅微镜作为核心分光器件。 具有体积小、功耗低、成本低、便携等特点。 近红外光纤光谱仪小型化已成为主流发展方向。 . 然而，宽光谱和高分辨率一直是这类近红外光纤光谱仪面临的技术难题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪，以解决现有技术中的至少一个缺陷。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪，包括：

准直单元用于准直合成光；

分光单元用于将准直后的复合光在空间上分光成不同波长的单色光束；

不同波长的单色光束被两个聚焦单元分成两组单色光束并聚焦；

与聚焦单元数量相同的检测单元分别对聚焦后的光束进行连续检测，得到各自独立的光谱信息。

可选地，还包括：设置在每个检测单元之前的滤光单元，每个波段的一组单色光束通过滤光单元入射到对应的检测单元。

可选地，每个滤波器单元具有不同范围的滤波频谱。

可选地，还包括：设置在检测单元和过滤单元中的出口狭缝。

可选地，还包括：设置在准直单元前的入射狭缝。

可选的，每个检测单元的响应范围不同。

可选的，所述准直单元至少包括凹面准直镜。

可选的，所述分光单元包括至少一个mems扫描光栅微镜。

可选的，所述聚焦单元为凹面聚焦镜。

可选的，每个聚焦单元相互独立。

如上所述，本发明的一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪具有以下有益效果：

本发明技术将两个凹面聚焦镜与两个探测器的双通道独立设计相结合，实现了短波段和长波段的独立消像差设计，实现了更小的像差和更高的分辨率。 此外，在两个出射狭缝前加入长通滤色片设计，可有效滤除短波段与长波段的光谱阶次重叠，提高仪器的信噪比。

图纸说明

图1是基于本发明的双探测器的微型近红外光纤光谱仪的示意图。

详细方法

下面通过具体的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可以从本说明书所公开的内容中容易地了解到本发明的其他优点和效果。

需要说明的是，本说明书所附附图中所示的结构、比例、尺寸等仅用于配合说明书中公开的内容，供熟悉本技术的人员理解阅读，不用于限制本发明的实施。 限制条件，因此不具有技术实质意义，任何结构的改变、比例关系的改变或尺寸的调整，在不影响本发明的效果和目的的情况下，仍应属于本发明的范围。 所公开的技术内容必须在所涵盖的范围内。 同时，本说明书中所引用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中”、“一”等词语仅为描述方便，并不用于限制本说明书。 . 发明的实用范围及其相对关系的改变或调整，在技术内容没有发生实质性变化的情况下，也应视为本发明的实用范围。

本发明提供了一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪，包括：

准直单元用于准直合成光；

分光单元用于将准直后的复合光在空间上分光成不同波长的单色光束；

不同波长的单色光束被两个聚焦单元分成两组单色光束并聚焦；

与聚焦单元数量相同的检测单元分别对聚焦后的光束进行连续检测，得到各自独立的光谱信息。

在一个实施例中，每个聚焦单元彼此独立。

本发明以mems扫描光栅微镜为核心的分光扫描器件，通过两个聚焦镜完成短波段和长波段两个独立光通道的设计，可实现两者像差的分别优化。单管探测器，提高整体分辨率。

在一个实施例中，还包括：设置在每个检测单元之前的滤光单元，每个波段的一组单色光束通过滤光单元入射到对应的检测单元。

在一个实施例中，每个滤波器单元过滤出不同的频谱范围。

在一个实施例中，还包括：设置在检测单元和滤光单元中的出射狭缝。

在一个实施例中，还包括：入射狭缝，设置在准直单元之前。

在一个实施例中，每个检测单元的响应范围不同。

在一个实施例中，准直单元包括至少一个凹面准直镜。

在一个实施例中，分光单元包括至少一个微电子扫描光栅微镜。

在一实施例中，聚焦单元为凹面聚焦镜。

下面以分光单元将准直后的合成光在空间上色散为不同波长的多路单色光束为例，进一步说明本发明。 相应地，本发明包括两个聚焦单元、两个检测单元和两个滤波单元。

其中，滤波单元包括第一长波通滤波器7和第二长波通滤波器8； 聚焦单元包括第一凹面聚焦镜5和第二凹面聚焦镜6； 检测单元包括第一检测器11和第二检测器12。

MEMS扫描光栅微镜4采用MEMS工艺加工而成，正面集成光栅，背面集成驱动结构，整体驱动MEMS扫描光栅微镜作周期性往复运动。 光栅常数4μm，闪耀角8.9°，衍射级数+1，可实现800-2500nm近红外波段的衍射光谱。 设计入射角45.02°，短波衍射角11.25°，长波衍射角24.32°。 MEMS扫描光栅微镜旋转时，不同波长的单色光分别通过第一凹面聚焦镜5和第二凹面聚焦镜6，MEMS扫描光栅微镜的扫描角度为±6°，第一面凹面聚焦镜5的反射角为9.12°，第二凹面聚焦镜6的反射角设计为16.85°，使得短波段的光谱扫描范围为800nm-1600nm，光谱扫描范围长波段为1600nm-2500nm。

第一检测器11为直径为0.5mm的ingaas单管检测器，检测波长范围为500-1700nm； 第二检测器12也是ingaas单管检测器，直径为0.5mm，检测波长范围为900-2600nm，覆盖了mems扫描光栅的短波段和长波段的扫描光谱范围微镜，分别。 另外，在第一检测器11和第二检测器12之前分别设计有第一长波通滤色片7和第二长波通滤色片8，其中第一长波通滤色片7的透过波长为> 800nm，第二长波通滤色片8的透射波长 > 1600nm，通过加入第一长波通滤色片7和第二长波通滤色片8，短波段的两个通道并且可以有效滤除长波段的光谱阶次重叠。 第一出射狭缝11和第二出射狭缝12的宽度均为50μm，有效地限制了出射光斑的尺寸，有助于提高仪器的整体分辨率。

其中，第一凹面聚焦镜5、第一长波通滤色片7、第一出射狭缝9、第一检测器11为短波光通道； 其中近红外光纤光谱仪，第二凹面聚焦镜6、第二长波通滤色片8、第二出射狭缝10、第二检测器12为长波长光通道。 第一凹面聚焦镜5和第二凹面聚焦镜6、第一出射狭缝9和第二出射狭缝10、第一检测器11和第二检测器12可以分别独立设计和调整，便于图像优化。 差，提高整体分辨率。 第一长波通彩色滤光片8和第二长波通彩色滤光片10的通过范围不同，有利于滤除不同波段的杂散光，提高信噪比。

图1是基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪的结构示意图。 光源1发出的复合光通过入射狭缝2进入凹面准直器3，准直后以平行光的形式进入mems扫描光栅千分尺。 反射镜4前面的光栅面经光栅面分光后成为不同波长的单色光，包括短波段和长波段。 第一出口狭缝9进入第一检测器11。 同理，长波段进入第二凹面聚焦镜6，聚焦后通过第二长波通滤光片8，再经第二出射狭缝10进入第二检测器12。

本领域的技术人员可以理解，本发明涉及的相关模块及其实现的功能是在改进的硬件及其构成的装置、装置或系统上，使用现有技术中常规的计算机软件程序或者有关协议得以实现，不属于现有技术中计算机软件程序或相关协议的改进。 例如，改进后的计算机硬件系统仍然可以通过加载现有的软件操作系统来实现硬件系统的特定功能。 因此，可以理解，本发明的创新在于对现有技术中的硬件模块及其连接组合关系的改进，而不仅仅是对硬件模块所承载的软件或协议的改进，以实现相关的功能。功能。

以上所述实施例仅为说明本发明的原理及功效，并不用于限制本发明。 在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例进行修改或改变。 因此，凡是本领域的技术人员在不脱离本发明所公开的精神和技术思想的前提下所作的等同修改或变化，仍应为本发明的权利要求所保护。

本发明涉及光谱测量技术领域，具体涉及一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪。

背景技术：

近红外光纤光谱仪分析技术是利用不同分子或原子在近红外光吸收的不同光谱组成（包括波长、强度、剖面等），对未知物质的成分和含量进行定性和定量检测的现代方法。 -红外线区域。 分析能力。 基于近红外光纤光谱仪分析技术的近红外光纤光谱仪，具有快速、无损、多元数据分析等显着特点，是不可或缺的检测设备。

基于MEMS技术的近红外光纤光谱仪采用MEMS扫描光栅微镜作为核心分光器件。 具有体积小、功耗低、成本低、便携等特点。 近红外光纤光谱仪小型化已成为主流发展方向。 . 然而，宽光谱和高分辨率一直是这类近红外光纤光谱仪面临的技术难题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪，以解决现有技术中的至少一个缺陷。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪，包括：

准直单元用于准直合成光；

分光单元用于将准直后的复合光在空间上分光成不同波长的单色光束；

不同波长的单色光束被两个聚焦单元分成两组单色光束并聚焦；

与聚焦单元数量相同的检测单元分别对聚焦后的光束进行连续检测，得到各自独立的光谱信息。

可选地，还包括：设置在每个检测单元之前的滤光单元，每个波段的一组单色光束通过滤光单元入射到对应的检测单元。

可选地，每个滤波器单元具有不同范围的滤波频谱。

可选地，还包括：设置在检测单元和过滤单元中的出口狭缝。

可选地，还包括：设置在准直单元前的入射狭缝。

可选的，每个检测单元的响应范围不同。

可选的，所述准直单元至少包括凹面准直镜。

可选的，所述分光单元包括至少一个mems扫描光栅微镜。

可选的，所述聚焦单元为凹面聚焦镜。

可选的，每个聚焦单元相互独立。

如上所述，本发明的一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪具有以下有益效果：

本发明技术将两个凹面聚焦镜与两个探测器的双通道独立设计相结合，实现了短波段和长波段的独立消像差设计，实现了更小的像差和更高的分辨率。 此外，在两个出射狭缝前加入长通滤色片设计，可有效滤除短波段与长波段的光谱阶次重叠，提高仪器的信噪比。

图纸说明

图1是基于本发明的双探测器的微型近红外光纤光谱仪的示意图。

详细方法

下面通过具体的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可以从本说明书所公开的内容中容易地了解到本发明的其他优点和效果。

需要说明的是，本说明书所附附图中所示的结构、比例、尺寸等仅用于配合说明书中公开的内容，供熟悉本技术的人员理解阅读，不用于限制本发明的实施。 限制条件，因此不具有技术实质意义，任何结构的改变、比例关系的改变或尺寸的调整，在不影响本发明的效果和目的的情况下，仍应属于本发明的范围。 所公开的技术内容必须在所涵盖的范围内。 同时，本说明书中所引用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中”、“一”等词语仅为描述方便，并不用于限制本说明书。 . 发明的实用范围及其相对关系的改变或调整，在技术内容没有发生实质性变化的情况下，也应视为本发明的实用范围。

本发明提供了一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪，包括：

准直单元用于准直合成光；

分光单元用于将准直后的复合光在空间上分光成不同波长的单色光束；

不同波长的单色光束被两个聚焦单元分成两组单色光束并聚焦；

与聚焦单元数量相同的检测单元分别对聚焦后的光束进行连续检测，得到各自独立的光谱信息。

在一个实施例中，每个聚焦单元彼此独立。

本发明以mems扫描光栅微镜为核心的分光扫描器件，通过两个聚焦镜完成短波段和长波段两个独立光通道的设计，可实现两者像差的分别优化。单管探测器，提高整体分辨率。

在一个实施例中，还包括：设置在每个检测单元之前的滤光单元，每个波段的一组单色光束通过滤光单元入射到对应的检测单元。

在一个实施例中，每个滤波器单元过滤出不同的频谱范围。

在一个实施例中，还包括：设置在检测单元和滤光单元中的出射狭缝。

在一个实施例中，还包括：入射狭缝，设置在准直单元之前。

在一个实施例中，每个检测单元的响应范围不同。

在一个实施例中，准直单元包括至少一个凹面准直镜。

在一个实施例中，分光单元包括至少一个微电子扫描光栅微镜。

在一实施例中，聚焦单元为凹面聚焦镜。

下面以分光单元将准直后的合成光在空间上色散为不同波长的多路单色光束为例，进一步说明本发明。 相应地，本发明包括两个聚焦单元、两个检测单元和两个滤波单元。

其中，滤波单元包括第一长波通滤波器7和第二长波通滤波器8； 聚焦单元包括第一凹面聚焦镜5和第二凹面聚焦镜6； 检测单元包括第一检测器11和第二检测器12。

MEMS扫描光栅微镜4采用MEMS工艺加工而成，正面集成光栅，背面集成驱动结构，整体驱动MEMS扫描光栅微镜作周期性往复运动。 光栅常数4μm，闪耀角8.9°，衍射级数+1，可实现800-2500nm近红外波段的衍射光谱。 设计入射角45.02°，短波衍射角11.25°，长波衍射角24.32°。 MEMS扫描光栅微镜旋转时，不同波长的单色光分别通过第一凹面聚焦镜5和第二凹面聚焦镜6，MEMS扫描光栅微镜的扫描角度为±6°近红外光纤光谱仪，第一面凹面聚焦镜5的反射角为9.12°，第二凹面聚焦镜6的反射角设计为16.85°，使得短波段的光谱扫描范围为800nm-1600nm，光谱扫描范围长波段为1600nm-2500nm。

第一检测器11为直径为0.5mm的ingaas单管检测器，检测波长范围为500-1700nm； 第二检测器12也是ingaas单管检测器，直径为0.5mm，检测波长范围为900-2600nm，覆盖了mems扫描光栅的短波段和长波段的扫描光谱范围微镜，分别。 另外，在第一检测器11和第二检测器12之前分别设计有第一长波通滤色片7和第二长波通滤色片8，其中第一长波通滤色片7的透过波长为> 800nm，第二长波通滤色片8的透射波长 > 1600nm，通过加入第一长波通滤色片7和第二长波通滤色片8，短波段的两个通道并且可以有效滤除长波段的光谱阶次重叠。 第一出射狭缝11和第二出射狭缝12的宽度均为50μm，有效地限制了出射光斑的尺寸，有助于提高仪器的整体分辨率。

其中，第一凹面聚焦镜5、第一长波通滤色片7、第一出射狭缝9、第一检测器11为短波光通道； 其中，第二凹面聚焦镜6、第二长波通滤色片8、第二出射狭缝10、第二检测器12为长波长光通道。 第一凹面聚焦镜5和第二凹面聚焦镜6、第一出射狭缝9和第二出射狭缝10、第一检测器11和第二检测器12可以分别独立设计和调整，便于图像优化。 差，提高整体分辨率。 第一长波通彩色滤光片8和第二长波通彩色滤光片10的通过范围不同，有利于滤除不同波段的杂散光，提高信噪比。

图1是基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪的结构示意图。 光源1发出的复合光通过入射狭缝2进入凹面准直器3，准直后以平行光的形式进入mems扫描光栅千分尺。 反射镜4前面的光栅面经光栅面分光后成为不同波长的单色光，包括短波段和长波段。 第一出口狭缝9进入第一检测器11。 同理，长波段进入第二凹面聚焦镜6，聚焦后通过第二长波通滤光片8，再经第二出射狭缝10进入第二检测器12。

本领域的技术人员可以理解，本发明涉及的相关模块及其实现的功能是在改进的硬件及其构成的装置、装置或系统上，使用现有技术中常规的计算机软件程序或者有关协议得以实现，不属于现有技术中计算机软件程序或相关协议的改进。 例如，改进后的计算机硬件系统仍然可以通过加载现有的软件操作系统来实现硬件系统的特定功能。 因此，可以理解，本发明的创新在于对现有技术中的硬件模块及其连接组合关系的改进，而不仅仅是对硬件模块所承载的软件或协议的改进，以实现相关的功能。功能。

以上所述实施例仅为说明本发明的原理及功效，并不用于限制本发明。 在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例进行修改或改变。 因此，凡是本领域的技术人员在不脱离本发明所公开的精神和技术思想的前提下所作的等同修改或变化，仍应为本发明的权利要求所保护。

技术特点：

1. 一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪，其特征在于，包括：

准直单元用于准直合成光；

分光单元用于将准直后的复合光在空间上分光成不同波长的单色光束；

不同波长的单色光束被两个聚焦单元分成两组单色光束并聚焦；

与聚焦单元数量相同的检测单元分别对聚焦后的光束进行连续检测，得到各自独立的光谱信息。

2. 根据权利要求1所述的近红外光纤光谱仪，其特征在于，还包括：

每个检测单元之前设置有滤光单元，每个波段的一组单色光束通过滤光单元进入对应的检测单元。

3.根据权利要求1所述的近红外光纤光谱仪，其特征在于，每个所述滤光单元具有不同的滤光光谱范围。

4. 根据权利要求2所述的近红外光纤光谱仪，其特征在于，还包括：

出口狭缝布置在检测单元和过滤器单元中。

5. 根据权利要求1或4所述的近红外光纤光谱仪，还包括：

入射狭缝布置在准直单元的前面。

6.根据权利要求1所述的近红外光纤光谱仪，其特征在于，每个检测单元的响应范围不同。

7.根据权利要求1所述的近红外光纤光谱仪，其特征在于，所述准直单元至少包括凹面准直镜。

8.根据权利要求1所述的近红外光纤光谱仪，其特征在于，所述分光单元至少包括一个微电子扫描光栅微镜。

9.根据权利要求1所述的近红外光纤光谱仪，其特征在于，所述聚焦单元为凹面聚焦镜。

10.根据权利要求1所述的近红外光纤光谱仪，其特征在于，每个所述聚焦单元相互独立。

技术概要

本发明提供了一种基于双探测器的微型近红外光纤光谱仪，包括：准直单元，用于准直近红外光源发出的复合光； 分光单元，用于将准直复合光色散成不同波长的单色光束； 依次排列的不同波长的单色光束被两个凹面聚焦镜分成两波段的单色光束； 具有相同波段数的聚焦单元用于分离聚焦两个波段的单色光束； 利用与聚焦单元数量相同的检测单元，分别连续检测聚焦后的两个不同波段的单色光束，得到两个独立的光谱信息，并通过后期软件实现两个波段光谱信息的拼接。 . 本发明技术将两个凹面聚焦镜与两个探测器的双通道独立设计相结合，可以实现短波段和长波段的独立像差消除，像差更小，分辨率更高。

技术研发人员：周颖； 黄云标

受保护技术使用者：重庆川仪自动化有限公司

技术研发日：2020.03.06

技术公告日期：2020.06.19