一種光譜儀器波長(zhǎng)定標(biāo)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  光譜儀器是一種利用光學(xué)色散原理，測(cè)定光譜的組成、獲取光譜輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的儀器。光譜儀器的波長(zhǎng)精度是光譜儀重要指標(biāo)之一，它會(huì)受光機(jī)加工誤差、裝調(diào)誤差、環(huán)境溫度變化等的影響。為測(cè)試儀器的波長(zhǎng)精度，國(guó)內(nèi)對(duì)波長(zhǎng)定標(biāo)的方法和定標(biāo)裝置的設(shè)計(jì)   開(kāi)展了較多研究。波長(zhǎng)定標(biāo)一般是對(duì)待定標(biāo)光譜儀器進(jìn)行波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)和光譜采集，通過(guò)判讀獲取譜線中已知的特征光譜的峰值波長(zhǎng)位置來(lái)確定儀器的波長(zhǎng)相對(duì)關(guān)系，如汞燈曲線中２５３．６５２ｎｍ，２９６．７２８ｎｍ等。在采用光譜掃描的方式進(jìn)行波長(zhǎng)定標(biāo)時(shí)，除高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)光源和漫反射白板等外，還必須有波長(zhǎng)定標(biāo)電控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)光譜波長(zhǎng)選擇和光譜數(shù)據(jù)采集處理等功能。

  某２００～４００ｎｍ光柵式光譜儀器在完成光機(jī)裝調(diào)后，為初步驗(yàn)證光機(jī)設(shè)計(jì)的正確性以及評(píng)價(jià)波長(zhǎng)精度性能是達(dá)到設(shè)計(jì)要求，提出了一種對(duì)２００～４００ｎｍ 波段，光譜分辨率０．０２ｎｍ的光柵式光譜儀器定標(biāo)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成了波長(zhǎng)標(biāo)定工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)波長(zhǎng)設(shè)計(jì)精度的驗(yàn)證。波長(zhǎng)定標(biāo)方法使用低壓汞燈光源對(duì)光譜儀器進(jìn)行波長(zhǎng)定標(biāo)，首先進(jìn)行全譜測(cè)量，依據(jù)譜線中各個(gè)特征譜線相對(duì)位置確定出一個(gè)特征譜線波長(zhǎng)，得到量獲得測(cè)試波長(zhǎng)λＴ值。用該特征譜線波長(zhǎng)理論值λＳ與λＴ之差來(lái)修正波長(zhǎng)原點(diǎn)λＯ （２００ｎｍ）。修正后進(jìn)行多次重復(fù)該過(guò)程掃描獲得新的λＴ，直到滿足公式。λδ是光譜分辨率：｜λＴ －λＳ｜≤λδ 可視為該特征譜線波長(zhǎng)定標(biāo)滿足要求。之后再標(biāo)定２００～４００ｎｍ的其他特征譜線波長(zhǎng)，直至全部待標(biāo)定特征譜線波長(zhǎng)均滿足公式。最后綜合分配各個(gè)特征譜線的實(shí)測(cè)值與理論真值的波長(zhǎng)間隔，使各獲取特征譜線與真值偏差達(dá)到最小，完成波長(zhǎng)定標(biāo)。可見(jiàn)，驅(qū)動(dòng)波長(zhǎng)的重復(fù)性是決定波長(zhǎng)定標(biāo)結(jié)果的重要因素。系統(tǒng)組成電控系統(tǒng)對(duì)２００～４００ｎｍ 波段，光譜分辨率０．０２ｎｍ的光譜儀器波長(zhǎng)定標(biāo)，按照上述測(cè)量方法，其應(yīng)具有波長(zhǎng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)、光譜采集、人機(jī)交互功能。波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)用于對(duì)光柵進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)色散分光，光譜采集用于對(duì)探測(cè)器信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換后的電流值量化，人機(jī)交互是使用者操作波長(zhǎng)定標(biāo)電控系統(tǒng)方式和獲取直觀波長(zhǎng)與光譜關(guān)系的途徑。  

   綜上，系統(tǒng)由人機(jī)交互界面軟件、波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)單元和光譜采集單元組成，人機(jī)交互界面通過(guò)串口發(fā)送相應(yīng)的協(xié)議控制波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)單元和光譜采集單元的工作，接收操作者輸入的工作指令、顯示波長(zhǎng)和光譜數(shù)據(jù)信息。波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)單元控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光柵進(jìn)行分光，通過(guò)查詢光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行波長(zhǎng)零點(diǎn)（２００ｎｍ）定位。它接收人機(jī)交互界面發(fā)送的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、尋零、脈沖頻率調(diào)整等指令。為使提高測(cè)量精度，采用步進(jìn)電機(jī)每步４細(xì)分方式。光譜采集單元采用吉時(shí)利靜電計(jì)６５１７Ａ，為光譜儀器的光電倍增管提供１ｋＶ的精密高壓，負(fù)責(zé)測(cè)量其輸出的電流值，通過(guò)串口將光譜數(shù)據(jù)返回給人機(jī)交互界面進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。