專利名稱：一種快速測量材料透射率或反射率的小型光譜儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光譜測試裝置技術領域，提出了一種簡易、便宜、便攜的小型光譜儀實驗裝置。
背景技術：
一般的光譜儀是由光路系統(tǒng)、分光設備、光強采集設備以及信號處理設備組成，這些系統(tǒng)不僅設計復雜、價格昂貴，而且設備沉重不便于攜帶。發(fā)光二極管(LED)是近幾年來迅速崛起的半導體光電器件，它具有單色性好、亮度高、發(fā)光響應速度快、驅動電路簡單等優(yōu)點，被廣泛用于汽車、手機、顯示屏、電子儀器等系統(tǒng)的照明。而硅光電池作為光伏器件具有較寬的光譜響應范圍可以作為光電探測器使用。兩者的結合使一種簡單、便攜的小型光譜儀的設計成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種采用單色發(fā)光二極管(LED)作為光源、采用硅光電二極管(或硅光電池、光敏電阻等)作為光強的采集單元小型光譜儀。本裝置用單色LED作為光譜儀的光源，無需大型光譜儀中復雜的分光部件，簡化了光譜儀的結構，降低了成本，提高了穩(wěn)定性；用硅光電二極管作為光強的采集部件(或硅光電池、光敏電阻等)，具有較高的儀器靈敏度，同時也具有電路簡單、成本低廉等特點。一種快速測量材料透射率或反射率的小型光譜儀，光譜儀包括多組單色LED發(fā)光單元、光強采集單元以及結果顯示單元；
所述發(fā)光單元的結構為單色發(fā)光二極管(LED)焊接在LED鋁基板及其散熱器上，并在單色發(fā)光二極管上裝有LED透鏡，將裝有鋁基板的LED固定在發(fā)光單元底座底座上并用導線與發(fā)光單元接線柱相連。使用時將發(fā)光單元接線柱外接恒流源，為LED提供穩(wěn)定電力；LED鋁基板及其散熱器可以將LED工作中發(fā)出的熱量有效消除，保證了 LED工作的穩(wěn)定性；LED透鏡可將LED發(fā)出的單色光匯聚形成近平行光。本裝置選取不同發(fā)光波長的單色LED組成發(fā)光單元，波長選取范圍可以從200nm到IlOOnm甚至更寬。所述光強采集單元的結構為硅光電二極管及其外圍電路(硅光電池或光敏電阻)固定在光強采集單元底座上并使用導線與光強采集單元接線柱相連。硅光電二極管(硅光電池或光敏電阻)可以將光信號轉換為電信號經(jīng)過外圍電路的處理可以對電信號進行調(diào)制、放大。所述結果顯示單元的結構為數(shù)字電壓表或數(shù)字表、調(diào)節(jié)旋鈕及其外圍電路安裝在結果顯示單元底座上并與結果顯示單元接線柱用導線相連。工作時，單色光源發(fā)出單色光照射在被測材料上，部分光線被材料反射或者吸收，剩下的部分光透過材料照射在光強采集單元上，光強采集單元將光強轉換成電信號顯示在相對光強的結果顯示單元上。本裝置與現(xiàn)有普通光譜儀相比具有以下特點1)本裝置采用單色LED作為發(fā)光單元，無需普通光譜儀中復雜的分光部件，在市場上有很多不同中心波長的LED可供選擇，為本裝置的適用性提供了有力的保障，同時縮減了儀器的成本，提高了儀器的可靠性；
2)本裝置采用硅光電二極管作為光強的采集部件，具有儀器靈敏度高、電路簡單、成本低廉等特點；
3)本裝置的三部分模塊既可以制作成一整臺光譜儀，也可以作為三個分離的模塊組合使用。使用者可以根據(jù)實際情況選擇不同模塊完成測量，具有很高的靈活性；
4)本裝置具有結構簡單，穩(wěn)定性高，操作簡便，造價低 廉，能耗低，使用壽命長，攜帶方便等特點。


圖I發(fā)光單元結構示意圖。圖2光強采集單元結構示意圖。圖3結果顯示單元結構示意圖。圖中1、發(fā)光單元接線柱，2、LED鋁基板及其散熱器，3、單色發(fā)光二極管(LED)，4、LED透鏡，5、光強采集單元接線柱，6、硅光電二極管及其外圍電路，7、數(shù)字電壓表或數(shù)字電流表，8、調(diào)節(jié)旋鈕及外圍電路，9、結果顯示單元接線柱、10、發(fā)光單元底座，11、光強采集單元底座，12、結果顯示單元底座。
具體實施例方式圖I 3分別為本裝置的發(fā)光單元、光強采集單元和結果顯示單元。如圖I所示，發(fā)光單元的結構為單色發(fā)光二極管(LED) 3焊接在LED鋁基板及其散熱器2上，并在發(fā)光二極管3上裝有LED透鏡4，將裝有鋁基板的LED固定在發(fā)光單元底座10上并用導線與發(fā)光單元接線柱相連I。使用時將發(fā)光單元接線柱I外接恒流源為LED提供穩(wěn)定電力；LED鋁基板及其散熱器2可以將LED工作中發(fā)出的熱量有效消除，保證了LED工作的穩(wěn)定性；LED透鏡4可將LED發(fā)出的單色光匯聚形成近平行光。本裝置選取不同發(fā)光波長的單色LED組成發(fā)光單元，波長選取范圍可以從200nm到IlOOnm甚至更寬。如圖2所示，光強采集單元的結構為硅光電二極管(硅光電池或光敏電阻)及其外圍電路6固定在光強采集單元底座11上并使用導線與光強采集單元接線柱5相連。硅光電二極管(硅光電池或光敏電阻)6可以將光信號轉換為電信號經(jīng)過外圍電路的處理可以對電信號進行調(diào)制、放大。如圖3所示，結果顯示單元的結構為數(shù)字電壓表(或數(shù)字表)7、調(diào)節(jié)旋鈕及其外圍電路8安裝在結果顯示單元底座12上并與結果顯示單元接線柱9用導線相連，與光強采集單元配合使用時可以將光強采集單元接收轉換出的電信號顯示出來。本裝置的發(fā)光單元、光強采集單元以及結果顯示單元既可以制作成一個整體儀器使用，也可以作為三個分離的模塊組合使用。在作為三個分離的模塊搭配使用時，使用者可以根據(jù)實際需要搭配具有不同發(fā)光波長的發(fā)光單元進行實驗，具有很高的靈活性；發(fā)光單元發(fā)出的單色光照射在被測樣品上，可以通過光強采集單元對其透射光信號或反射光信號進行測量，這些光信號經(jīng)過光強采集單元的處理轉換為電信號，轉換后的電信號可以通過結果顯示單元直接給出測量結果，也可以使用計算機采集模塊采集，通過虛擬儀器軟件將該信號進行處理獲得測量 結果。
權利要求
1.一種快速測量材料透射率或反射率的小型光譜儀，其特征在于光譜儀包括多組單色LED發(fā)光單元、光強采集單元以及結果顯示單元；發(fā)光單元的結構為單色發(fā)光二極(3)即LED焊接在LED鋁基板及其散熱器(2 )上，并在單色發(fā)光二極管(3 )上裝有LED透鏡(4 )，將裝有鋁基板的LED固定在發(fā)光單元底座(10)上并用導線與發(fā)光單元接線柱(I)相連； 光強采集單元的結構為硅光電二極管及其外圍電路(6)固定在光強采集單元底座(11)上并使用導線與光強采集單元接線柱(5)相連； 結果顯示單元的結構為數(shù)字電壓表或數(shù)字表(7)、調(diào)節(jié)旋鈕及其外圍電路(8)安裝在結果顯示單元底座(12)上并與結果顯示單元接線柱(9)用導線相連。
2.按照權利要求I所述的快速測量材料透射率或反射率的小型光譜儀，其特征在于使用時將發(fā)光單元接線柱(I)外接恒流源，為LED提供穩(wěn)定電力；LED鋁基板及其散熱器(2)能將LED工作中發(fā)出的熱量有效消除，保證了 LED工作的穩(wěn)定性；LED透鏡(4)能將LED發(fā)出的單色光匯聚形成近平行光；本光譜儀選取不同發(fā)光波長的單色LED組成發(fā)光單元，波長選取范圍從200nm到llOOnm。
3.按照權利要求I所述的快速測量材料透射率或反射率的小型光譜儀，其特征在于硅光電二極管及其外圍電路(6 )能將光信號轉換為電信號經(jīng)過外圍電路的處理對電信號進行調(diào)制、放大；硅光電二極管及其外圍電路(6)能用硅光電池、光敏電阻取代；光譜儀能作為三個分離的模塊組合使用，使用者能根據(jù)實際情況選擇不同模塊完成測量。
4.按照權利要求I所述的快速測量材料透射率或反射率的小型光譜儀，其特征在于工作時，單色光源發(fā)出單色光照射在被測材料上，部分光線被材料反射或者吸收，剩下的部分光透過材料照射在光強采集單元上，光強采集單元將光強轉換成電信號顯示在相對光強的結果顯示單元上。
全文摘要
一種快速測量材料透射率或反射率的小型光譜儀。包括以多組單色LED為主要部件的發(fā)光單元、以硅光電二極管(或硅光電池、光敏電阻等)為主要部件的光強采集單元以及結果顯示單元。其特征在于，(1)由單色LED作為發(fā)光單元，無需普通光譜儀中復雜的發(fā)光部件，極大的縮減了光譜儀的成本，并提高了儀器的穩(wěn)定性；(2)由硅光電二極管作為光強的采集部件具有較高的儀器靈敏度，同時具有電路簡單、成本低廉等特點；(3)實驗裝置既可以制作成一整臺光譜儀，也可以作為三個分離的模塊組合使用，使用者可以根據(jù)實際情況選擇不同模塊完成測量，具有很高的靈活性。本發(fā)明結構簡單，穩(wěn)定性高，操作簡便，造價低廉，能耗低，使用壽命長，攜帶方便。
文檔編號G01N21/55GK102768199SQ201210250239
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權日2012年7月18日
發(fā)明者吳平, 張師平, 陳森 申請人:北京科技大學