專利名稱：一種扣除光譜背景的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜分析，特別涉及一種扣除光譜背景的方法和裝置。
背景技術(shù)：
直讀光譜儀是一種專門用于金屬成分分析的儀器，廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。電極7和待分析的金屬樣品6之間的距離在0.5-5mm之間。發(fā)生裝置8產(chǎn)生一個高壓脈沖，施加在金屬樣品6與電極7之間，將金屬樣品6與電極7之間的氣體(空氣或保護氣體)電離，使其電阻較低的等離子區(qū)，然后發(fā)生裝置向等離子區(qū)輸出強度在IA 到IOA的長脈沖，持續(xù)時間保持0. 5s到IOs的時間；或者發(fā)生裝置在等離子區(qū)以50-1000HZ 的頻率輸出持續(xù)時間在50us到2ms的短脈沖，每個短脈沖都需要一個高壓脈沖來電離電極和樣品之間的氣體。電極7和金屬樣品6之間的氣體被擊穿，并形成一個溫度在4000K到10000K的熱等離子體，金屬樣品6的一部分蒸發(fā)至等離子體中，以原子或粒子的狀態(tài)存在，這些原子或粒子受到熱激發(fā)，內(nèi)部的電子躍遷到高能級，再自發(fā)從高能級回到低能級，輻射出線光譜。 線光譜的波長與元素的種類相關(guān)，線光譜的強度與元素的含量有關(guān)。所有元素輻射出的線光譜經(jīng)過入射狹縫部件1后，入射到羅蘭光柵2上。這些線光譜經(jīng)過羅蘭光柵2的衍射作用后，按波長順序排列在羅蘭圓3上，衍射角(例如β -1、β -2 等)與波長及入射角α有關(guān)。羅蘭圓3上安裝有多個出射狹縫G-l、4_2等)，出射狹縫的寬度一般在20-80um 之間。由于羅蘭圓3上的光譜是按波長順序排列的，因此出射狹縫4的實際作用是只讓羅蘭圓3上特定波長范圍內(nèi)的線光譜通過，再利用對應(yīng)的光電探測器(5-1、5-2等)探測線光譜的強度。直讀光譜儀探測的譜線強度如圖3所示，是出射狹縫4左右邊界內(nèi)的光譜強度。這部分強度不僅包含譜線的強度，還包含分子輻射、雜散光等產(chǎn)生的背景光11，這部分背景強度會對元素含量的測量產(chǎn)生干擾，引起測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種能扣除光譜中背景光的方法和裝置，有效地降低了背景光對測量結(jié)果的干擾，提高光譜分析的精度。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種扣除背景光的方法，待測光通過入射狹縫后入射到光柵，被光柵分光后的待測光穿過出射狹縫，最后被探測器接收，從而得到待測光在波長域的強度分布；特點是在上述工作過程中，保持光柵不動，改變待測光在光柵上的入射角α，使得探測器接收到待測波長及其側(cè)部的光強；待測波長處的光強扣除側(cè)部的光強，從而得出待測波長處的實際光強。所述側(cè)部是指待測波長的一側(cè)或兩側(cè)。
當是兩側(cè)時，扣除兩側(cè)光強的平均值。作為優(yōu)選，通過改變?nèi)肷洫M縫的位置去改變所述入射角。所述入射狹縫包括第一組件，第一組件上具有至少兩個狹縫，第二組件上具有至少一個狹縫；第一組件和第二組件間的相對運動改變了待測光所通過的狹縫的位置。作為優(yōu)選，通過改變狹縫后方的玻片的旋轉(zhuǎn)角度去改變所述入射角。為了實現(xiàn)上述方法，本發(fā)明還提出了這樣一種扣除光譜背景的裝置，包括入射狹縫、光柵、出射狹縫和探測器，待測光通過入射狹縫后入射到光柵，被光柵分光后的待測光穿過出射狹縫，最后被探測器接收；特點是所述裝置還包括用于改變通過入射狹縫后的待測光在光柵上的入射角的調(diào)節(jié)件。作為優(yōu)選，所述入射狹縫包括第一組件，第一組件上具有至少兩個狹縫，第二組件上具有至少一個狹縫；第一組件和第二組件間的相對運動改變了待測光所通過的狹縫的位置。作為優(yōu)選，所述裝置還包括當在入射狹縫后方旋轉(zhuǎn)時而改變待測光行進路線的玻片。進一步，所述玻片至少為兩片，且設(shè)置在移動部件上。所述調(diào)節(jié)件為移動部件，入射狹縫設(shè)置在該移動部件上。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下有益效果光柵、出射狹縫和探測器保持不動，通過調(diào)整待測光在光柵上的入射角，從而獲得待測波長及其側(cè)部的光譜強度，利用待測波長處的光譜強度扣除側(cè)部的光譜強度，從而得到待測波長出的真實光譜強度，有效地降低背景光譜對測量結(jié)果的干擾，提高光譜分析的精度。


圖1是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2是羅蘭圓面上的光譜分布示意圖3是光譜采集示意圖4是采集到的光譜強度隨入射角變化的示意圖
圖5是實施例1中入射狹縫部件示意圖6是實施例2中入射狹縫部件示意圖7是實施例3中入射狹縫部件示意圖8是實施例4中入射狹縫部件示意圖9是實施例5中入射狹縫部件示意圖(一)；
圖10是實施例5中入射狹縫部件示意圖(二)；
圖11是實施例6中入射狹縫部件示意圖12是實施例7中入射狹縫部件示意圖。
具體實施例方式實施例1如圖1、圖5所示，一種扣除光譜背景的裝置，包括
發(fā)生模塊8，可產(chǎn)生高壓脈沖，施加在金屬樣品6與電極7之間，將金屬樣品6與電極7之間的氣體(空氣或保護氣體)電離。金屬樣品6和電極7之間的距離為3. 5mm。入射狹縫部件1包括第一組件13，上面刻有一條寬10um，高IOmm的狹縫15?？p片 13固定在移動部件14上，可隨移動部件14 一起移動。移動部件14可沿圖1中a方向或b 方向移動，亦即圖5中χ方向移動。凹面光柵2，將從入射狹縫部件1入射的光譜按波長分開，并按波長順序匯聚在羅蘭圓3的不同位置上。入射狹縫部件1中的狹縫15在羅蘭圓3上。多個出射狹縫，例如4-1、4-2等，每個出射狹縫均包含一條寬20-80um，高20mm的狹縫，出射狹縫的位置剛好在凹面光柵2的羅蘭圓3上。以出射狹縫4-1為例，其后端有一個對應(yīng)的光電倍增管5-1，用于探測經(jīng)過狹縫4-1之后的衍射光。本實施例還揭示了一種扣除光譜背景的方法，如圖1、4、5所示，具體為沿著羅蘭圓的方向移動入射狹縫部件1時，入射角α也會隨之改變，羅蘭圓上的線光譜也會產(chǎn)生相應(yīng)的移動，光電探測器探測到的光譜范圍也會發(fā)生改變。例如，入射狹縫部件1在羅蘭圓3上沿圖1中a方向移動時，線光譜就會按圖中b方向移動。圖2所示的是入射狹縫部件1移動前后，光電探測器5-1探測到的波長范圍，其中橫坐標“弧長”是指從光柵法線9與羅蘭圓3的交點A開始計算，以b方向為正方向的羅蘭圓3上的弧長；10表示的是出射狹縫4的左右邊界。入射狹縫部件1移動之前，羅蘭圓3上的光譜分布如圖2中實線所示，光電探測器5-1探測到是入工士八λ范圍內(nèi)的光譜強度；沿圖1中a方向移動一段距離后，光譜也產(chǎn)生移動，如圖2中虛線所示，此時光電探測器5-1 探測到的是λ ‘ Δ λ ‘范圍內(nèi)的光譜強度。利用上述裝置，金屬樣品6中元素輻射出的線光譜經(jīng)過入射狹縫部件1后，入射到羅蘭光柵2上。這些線光譜經(jīng)過羅蘭光柵2的衍射作用后，按波長順序排列在羅蘭圓3上， 之后穿過出射狹縫被光電倍增管接收；在上述工作過程中，移動部件14連續(xù)移動入射狹縫部件1，也即改變待測光在光柵2上的入射角，并且在每個位置都激發(fā)樣品并記錄光電探測器探測到的光強；選取入射角分別為α ρ α 2和α 3時的光強Ip 12、I3，其中I2是待測波長處的光強，I1^ I3是待測波長兩側(cè)的光強；C、待測波長處的光強扣除掉兩側(cè)的光強，從而得到待測波長處的真實光強，具體方式為 I = I2-(IJI3)/^實施例2如圖1、圖6所示，一種扣除光譜背景的裝置，與實施例1不同的是入射狹縫部件1包括第一組件16，上面刻有三條相同大小的狹縫18、19和20，狹縫的寬為10um，高為10mm。光線分別從狹縫18、19和20入射時，入射角分別為α工、α 2和 α 3。第二組件17上刻有一條狹縫21，狹縫的寬度為狹縫18與狹縫20的中心距離的一半， 狹縫高度大于10mm。第二組件17固定在移動部件14上，可隨移動部件14 一起沿χ方向移動，第一組件16不移動。本實施例還揭示了一種扣除光譜背景的方法，如圖1、6所示，與實施例1不同的是移動部件14移動第二組件17，使得狹縫21分別與狹縫18、19、20的中心重合，待測光在光柵2上的入射角分別為αι、％和α 3;在上述三個位置激發(fā)樣品并記錄光強Ip
12、 I3O本實施例中，決定入射狹縫位置的第一組件16保持不動，因此可以避免通過移動入縫改變?nèi)肷浣菐淼亩ㄎ徽`差，從而確保每次測得的是同一位置的線光譜和背景的強度，測量結(jié)果更準確。實施例3如圖1、圖7所示，一種扣除光譜背景的裝置，與實施例2不同的是所述第二組件17包括兩塊獨立的縫片22、23，縫片22和縫片23之間形成狹縫21。實施例4如圖1、圖8所示，一種扣除光譜背景的裝置，與實施例2不同的是所述第二組件17上刻有兩條狹縫對、25，狹縫的寬度為狹縫18與狹縫20的中心距離的一半，狹縫高度大于10mm。狹縫M與狹縫25的中心距離等于狹縫18與狹縫20的中心距離。本實施例還揭示了一種扣除光譜背景的方法，如圖1、圖8所示，與實施例2不同是移動第二組件17，使的狹縫24 (或狹縫2 與狹縫19的中心重合，激發(fā)樣品并記錄光強I2 ；移動第二組件17，使的狹縫M與狹縫18的中心重合，激發(fā)樣品并記錄光強 (I^I3)t5本實施例中，一次激發(fā)即可獲得左、右背景的強度之和(IJI3)，因此可以減少激發(fā)次數(shù)，縮短分析時間。實施例5如圖1、圖9、圖10所示，一種扣除光譜背景的裝置，與實施例1不同的是1、所述入縫部件1固定不動；2、調(diào)節(jié)件采用折射片部件沈，包括一塊長方形的玻璃片觀和旋轉(zhuǎn)部件27。光線通過玻璃片觀時，由于光的折射原理，其傳播方向會發(fā)生偏移，從而使入射角發(fā)生改變。所述玻璃片觀固定在旋轉(zhuǎn)部件27上。本實施例還揭示了一種扣除光譜背景的方法，如圖1、9、10所示，與實施例1不同的是a、旋轉(zhuǎn)部件27旋轉(zhuǎn)玻璃片觀，分布處于圖10中d、e、f所示位置，使得在三個位置處時待測光在光柵上的入射角分別為Ql、％和α 3，記錄三個位置處的激發(fā)光強Ip 12、
I3O實施例6如圖1、圖11所示，一種扣除光譜背景的裝置，與實施例5不同的是折射片部件沈包括三塊平板玻璃片四、30、31和移動部件32。所述三塊平板玻璃片四、30、31間不平行，且固定在移動部件32上，從而隨移動部件32按照y方向移動。本實施例還揭示了一種扣除光譜背景的方法，如圖1、11所示，與實施例5不同的是移動部件32工作，分別使玻璃片四、30、31置于第一組件13之后，玻璃片四、30、31置于第一組件13之后時，使得待測光在光柵上的入射角分別為αι、α2* Ci3，記錄三個入射角時的激發(fā)光強Ii、I2、I3。實施例7如圖1、圖12所示，一種扣除光譜背景的裝置，與實施例5不同的是所述折射片部件沈包括三塊平板玻璃片四、30、31和旋轉(zhuǎn)部件33。玻璃片29、 30,31固定在旋轉(zhuǎn)部件33上，且隨著旋轉(zhuǎn)部件33的轉(zhuǎn)動而朝ζ方向轉(zhuǎn)動，從而分別使玻璃片四、30、31置于第一組件13之后。本實施例還揭示了一種扣除光譜背景的方法，如圖1、12所示，與實施例5不同的是旋轉(zhuǎn)部件33工作，分別使玻璃片四、30、31置于第一組件13之后，玻璃片四、30、 31置于第一組件13之后時，使得待測光在光柵上的入射角分別為αι、α2* Ci3，記錄三個入射角時的激發(fā)光強Ii、I2、I3。
權(quán)利要求
1.一種扣除光譜背景的方法，待測光通過入射狹縫后入射到光柵，被光柵分光后的待測光穿過出射狹縫，最后被探測器接收，從而得到待測光在波長域的強度分布；其特征在于在上述工作過程中，保持光柵不動，改變待測光在光柵上的入射角α，使得探測器接收到待測波長及其側(cè)部的光強；待測波長處的光強扣除側(cè)部的光強，從而得出待測波長處的實際光強。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述側(cè)部是指待測波長的一側(cè)或兩側(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于當是兩側(cè)時，扣除兩側(cè)光強的平均值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過改變?nèi)肷洫M縫的位置去改變所述入射
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述入射狹縫包括第一組件，第一組件上具有至少兩個狹縫，第二組件上具有至少一個狹縫；第一組件和第二組件間的相對運動改變了待測光所通過的狹縫的位置。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過改變狹縫后方的玻片的旋轉(zhuǎn)角度去改變所述入射角。
7.一種扣除光譜背景的裝置，包括入射狹縫、光柵、出射狹縫和探測器，待測光通過入射狹縫后入射到光柵，被光柵分光后的待測光穿過出射狹縫，最后被探測器接收；其特征在于所述裝置還包括用于改變通過入射狹縫后的待測光在光柵上的入射角的調(diào)節(jié)件。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述入射狹縫包括第一組件，第一組件上具有至少兩個狹縫，第二組件上具有至少一個狹縫；第一組件和第二組件間的相對運動改變了待測光所通過的狹縫的位置。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述裝置還包括當在入射狹縫后方旋轉(zhuǎn)時而改變待測光行進路線的玻片。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述玻片至少為兩片，且設(shè)置在移動部件上。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)件為移動部件，入射狹縫設(shè)置在該移動部件上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種扣除光譜背景的方法，待測光通過入射狹縫后入射到光柵，被光柵分光后的待測光穿過出射狹縫，最后被探測器接收，從而得到待測光在波長域的強度分布；在上述工作過程中，保持光柵不動，改變待測光在光柵上的入射角α，使得探測器接收到待測波長及其側(cè)部的光強；待測波長處的光強扣除側(cè)部的光強，從而得出待測波長處的實際光強。本發(fā)明還提供了一種用于實施上述方法的裝置。本發(fā)明有效地降低了背景光對測量結(jié)果的干擾，提高光譜分析的精度。
文檔編號G01J3/443GK102175325SQ20101059732
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者呂全超, 孫敬文, 壽淼鈞 申請人:聚光科技(杭州)股份有限公司