低成本光谱仪的研制.pdf

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1、第39卷第2期2017年4月光学仪器V01．39，No．2OPTICALINSTRUMENTSApril，2017文章编号：1005—5630(2017)02—0077～04低成本光谱仪的研制高明，许黄蓉(西安工业大学光电工程学院，陕西西安710021)摘要：为了满足高校教学和人才培养的需求，便于系统的小型化、低成本，设计了低成本光谱仪的光学系统和机械结构，制作了低成本的光谱仪实物并完成了对仪器的，tiagalJ试。该光谱仪的工作波长为400～800nm，分辨率为20nm，仪器尺寸为200mmXl20mmX80mm，成本控制在2

2、000元以内。通过对仪器的测试，获得了六个光谱特征峰，验证了低成本光谱仪系统光学设计的可行性和合理性。关键词：光谱仪；光学设计；波长标定中图分类号：O435文献标志码：Adoi：10．3969／j．issrL1005—5630．2017．02．014velopmentoflow—costspectrometerGAOMing，XUHuangrong(SchoolofOptoelectronicEngineering，Xi’anTechnologicalUniversity，Xi’an710021，China)Abstract：I

3、nordertomeettherequirementofteachingandpersonneltrainingandtofacilitatetheminiaturizationofthesystemandreducecost，theopticalsystemandmechanicaIstructureofalow-costspectrometeraredesignedinthispaper．Theperformanceoftheinstrumentistested．Thelow-costspectrometerisdevelo

4、ped．Theworkingwavelengthofthespectrometeris400—800nm．Thespectralresolutionofspectrometeris20nmandthevolumeis200mm×120mmX80mm．ThecostofthespectrometerisIessthan2000yuan．Thesixcharacteristicpeaksofthespectrometeraresuccessfullymeasuredbytesting，whichverifiesthefeasibil

5、itvandtherationalityoftheopticaldesignofthe10w-costspectrometer．Keywords：spectrometer；opticaldesign；wavelengthcalibration己I吉-，IF了光谱仪在工业检测、科学研究等领域已经得到广泛的应用阻3f，但目前国内关于光谱仪的设计制造技术与国外相比仍有较大差距，国内的光谱仪主要是从国外进VI，国内人员对该仪器的操作主妻还处在使用和维护阶段阻5

6、。高等院校利用光谱仪开设相应实验课程，是解决学生学习中“理论多实践少，，的有

7、效途径之一。国内部分高校已经设立相应的实验课程，为那些对光谱仪感兴趣的学生提供一个学习牧稿日期：2016—10—26基金项目：陕西省教育厅重点实验室科学研究计划项目(14JS034)作者简介：高明(1964--)，男，教授，主要从事光学设计理论及技术、光电精密测试技术、光大气传输理论及技术的研究。E-mail：530959839@qq．corn·78光学仪器第39卷和实验研究的平台，帮助他们熟悉和掌握关于光谱仪所需的软硬件知识，同时也有助于提高光谱学的教学质量睁8『。因此为满足高校教学和人才培养的需求，研制了低成本微型化光谱仪，

8、该系统主要测量400～800nm可见光范围内光谱，与红外光源不同，在测量的过程中需要较低的移动速度和较高的采样率‘引。1低成本光谱仪组成低成本光谱仪主要由光源和照明系统、色散系统以及探测接收系统组成，不同类型的光谱仪，由于其工作原理不同，组成部分也有所不同。对于低成本光谱仪而言，除以上几个部分外，还包括了准直系统和聚焦成像系统，其中聚焦和探测系统以一个摄像头替代，结构框图如图1所示。研制的低成本光栅光谱仪外部结构如图2所示，仪器尺寸为200mmX120mmX80mm。鼓伪：头光源和准色聚照明—卜＼直-J＼散探测与系统—∥系]／系

9、—L卜＼焦—卜＼接收统,-2／系]／统系统图1低成本光谱仪的结构框图Fig．1Blockdiagramoflowcostspectrometer2光学系统设计图2低成本光谱仪实物图Fig．2Photooflowcostspectrometer2．1光栅参数设计光