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浅析手持式光谱仪的发展

点击次数:3 更新时间:2019-10-15

  手持式光谱仪的发展历史是怎样的?

  1704年牛顿首先阐明了光可以分解成为光谱。太阳光束通过暗房铠窗上的圆孔,入射到玻璃棱镜后,在墙壁上产生彩虹图形。牛顿根据他创造的光的微粒说理论解释了这种现象,但是他没有详细地研究太阳光谱。过了一百多年,渥拉斯登利用狭缝代替圆孔,意外地发现了太阳光谱中的黑线和黑带。1814年夫琅和费比较详细地研究了这些谱线:他用天文望远镜观察太阳光谱,测量了每条暗线的棱镜折射角,并给被分得最开的谱线编上号码。

  1859年可以认为是光谱仪器制造工业发展的第一阶段的开始。这个阶段的主要工作是研制了后来在实验室光谱仪器中使用的色散系统的基本形式。这个阶段的光谱分析仅是定性分析法。

  在光谱仪器制造工业发展的第二阶段的开始——创造出在实验室、工厂和野外条件下光谱定量分析用的成批生产的光谱仪器和装置。

  现在,光谱仪器制造工业发展到了第三阶段,它的特点是测量自动化,和光谱仪器按照专用要求的最优化。对仪器的每个部件的要求,从照明部分开始到接收器件为止,要使整台仪器与所提出的任务相适应,同时根据信息理论进行光谱仪器特性的计算。光谱仪器的基本组成有照明系统、色散系统(传统光谱仪)、准直系统和光源或检测显示系统、成像系统以及接收、干涉系统(干涉调制光谱仪)。由于应用需求上的不同,有的采用反射式准直和成像系统,也有的取消了成像系统,目前的光谱仪大都是无透镜系统。

  微小型手持式光谱仪:

  20世纪90年代开始,高效低廉的光学元件及线性阵列检测器件出现,光谱仪器微小型化是从这时发展起来。由于CCD(ChargeCoupledDevices,电荷藕合器件)等成像器件的广泛应用,使得这种实时光电检测器件性能在提高的同时成本也大幅降低。因此利用CCD作为光谱分析仪器的接收器件成为可能。现在光谱仪模块由于价格低廉带到野外或可以安装在生产流水线上。这种模块化使单个传感器的成本变小,并且可以更快速获得现场数据,使得在不同应用领域的传感功能和光谱采样易于集成在一起。

  由于计算机技术的迅猛发展,这在很大程度上减少了处理光谱数据的时间,使得高分辨率CCD阵列光谱仪需要处理大量复杂的光谱数据变得很容易。笔记本电脑加上CCD光谱仪完全可以放在一个小的手提箱里,并可以在线实时收集数据,使得样品的测试对研究人员变得更容易。手持式光谱仪的微小型化与计算机的飞速发展是分不开的。微小型光谱仪是采用传统的分光原理,再结合新技术、新器件,而构成微小型化设计思想出发,得益与许多其他相关技术的进步,新型阵列光电成像器件的出现和成本的降低,光纤的批量生产以及MEMS、集成光学等交叉学科新技术的发展,使得开发模块化小型光谱仪成为可能。