一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置及其方法

技术领域

本发明涉及量子光稀疏定位技术领域，具体的说是一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置及其方法。

背景技术

光栅光谱仪结构，是指通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。光栅光谱仪结构被广泛应用于颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域中。

然而，传统光栅光谱仪结构中的狭缝组件都是固定安装的，且不存在归一光学元件；传统光谱仪多采用像素点波长域标定辅助质心定位技术进行，所以，根据多项式拟合传统的色散光谱仪波长标定存在±(0.5-1)nm左右的误差，同时使用的是平面刻线反射光栅，导致光谱仪横向波长坐标的精准度较差。

发明内容

针对现有光谱测量技术中的问题与缺点，本发明提供了一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置及其方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置，包括安置台，所述安置台上设有支撑机构，所述安置台上设有归一机构，所述安置台上设有狭缝机构，所述狭缝机构上设有调节机构，所述安置台上设有反光机构和探测机构；

所述狭缝机构包括狭缝主体，所述安置台上设有狭缝主体，所述狭缝主体上固定连接有两个滑块，所述滑块滑动连接于安置台内部，所述滑块上固定连接有卡齿，所述安置台内部固定连接有齿条，所述卡齿啮合于齿条，所述滑块上缠绕有第二弹簧，所述第二弹簧固定连接于滑块；

所述调节机构包括遮片，所述狭缝主体内部滑动连接有遮片，所述狭缝主体上设有旋钮，所述旋钮上固定连接有丝杆，所述丝杆螺纹连接于遮片内部，所述丝杆上固定连接有第一齿轮，所述狭缝主体上设有手轮，所述手轮延伸至狭缝主体内部且连接有第二齿轮，所述第二齿轮滑动连接于狭缝主体内部，所述手轮上缠绕有第三弹簧，所述第三弹簧固定连接于手轮，所述齿条设有四个，每个所述卡齿分别啮合于两个齿条，所述第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径。

具体的，所述支撑机构包括支杆，所述安置台上固定连接有多个支杆，所述支杆上固定连接有底座。

具体的，所述归一机构包括安装块，所述安置台上固定连接有安装块，所述安装块上卡合有可调光插入模块，所述可调光插入模块内部固定连接有第一弹簧，所述第一弹簧上固定连接有卡块，所述卡块卡合于安装块内部，所述第一弹簧设有两个，且所述卡块的截面呈半圆形。

具体的，所述反光机构包括调节座，所述安置台上滑动连接有调节座，所述调节座上固定连接有凹面反射镜主体，所述凹面反射镜主体上固定连接有转轮，所述调节座上固定连接有第三齿轮，所述第三齿轮滑动连接于安置台内部，所述调节座上缠绕有第四弹簧，所述第四弹簧固定连接于调节座，所述安置台上固定连接有限位座，所述限位座上设有刻度条，所述调节座上固定连接有指针，所述第四弹簧抵触于限位座内部。

具体的，所述探测机构包括二元光学反射式光栅，所述安置台上转动连接有二元光学反射式光栅，所述安置台上固定连接有滤波片，所述安置台上设有cmos/ccd/光电二极管探测器主体，所述cmos/ccd/光电二极管探测器主体上固定连接有两个安装板，所述安装板上设有螺栓，所述安置台上设有多个螺孔，所述螺栓通过螺孔螺纹连接于安置台上。

一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置的定位方法，包括以下步骤：

S1：首先通过支撑机构，将安置台固定安置于所需的合适部位；

S2：然后通过狭缝机构，实现对狭缝组件同归一机构以及反光机构之间的间距进行调节，同时驱动调节机构，完成对狭缝机构内狭缝间距的调节；

S3：接着通过反光机构，同时结合实际情况，对反射组件的反射角度进行调节；

S4：最后进行实践操作，令光线经过归一机构和反光机构后，最终进入探测机构，对光线进行分析探测。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述的一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置及其方法，使用时，将狭缝机构设于安置台上，通过狭缝机构，从而方便快速的对狭缝组件同强度调制光学元件以及反射元件之间的间距进行调节，使得使用更加方便；即：操作时，根据实际情况，使用者可手动握住狭缝主体并进行下压，令狭缝主体受压产生中心不变开闭运动，进而带动滑块一起移动，滑块移动带动卡齿移动，第二弹簧同时被压缩，直至卡齿脱离齿条的卡合束缚，接着，即可对狭缝主体进行推动，待将狭缝主体移动至合适的位置后，松开按压即可，从而方便快速的对狭缝主体同光强调制光学元件以及反射元件之间的间距进行调节，使得光谱在横纵向精准度方面均得到有效调制。

(2)本发明所述的一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置及其方法，使用时，将调节机构设于狭缝机构上，通过调节机构，从而能够根据实际情况提高对狭缝间距的调节精度，使得操作更加方便；即：操作时，根据实际情况，使用者可对旋钮进行转动，则旋钮转动带动丝杆转动，随着丝杆的转动，就会驱动遮片不断的在狭缝主体内部移动，对狭缝间距进行调节，进一步的，当狭缝间距的调节精度较高时，使用者可握住手轮并进行按压，则手轮移动带动第二齿轮移动，第三弹簧同时被压缩，直至第二齿轮啮合于第一齿轮，此时，即可对手轮进行转动，则手轮转动带动第二齿轮转动，第二齿轮转动带动第一齿轮，进而带动丝杆转动，对遮片进行调节，由于第二齿轮的直径小于第一齿轮的直径，则第一齿轮转动时的角速度小于第二齿轮，从而能够根据实际情况提高对狭缝间距的调节精度，使得操作更加方便。

(3)本发明所述的一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置及其方法，使用时，将反光机构设于安置台上，通过反光机构，从而根据实际情况能够随时对反射组件的反射角度进行调节，使得使用更加方便；即：操作时，根据实际需要，使用者可握住转轮并进行按压，则转轮移动带动凹面反射镜主体移动，进而带动调节座和第三齿轮一起移动，第四弹簧同时被压缩，直至第三齿轮完全脱离安置台内部相应齿槽的束缚，此时，即可对转轮进行转动，则转轮转动带动凹面反射镜主体转动，而根据调节座上的指针，配合限位座上的刻度条，从而方便对凹面反射镜主体的转动角度进行调控，从而根据实际情况能够随时对凹面反射镜主体的反射角度进行调节，使得使用更加方便。

(4)本发明所述的一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置及其方法，使用时，事先对二元光学反射式光栅进行转动调节，同时将cmos/ccd/光电二极管等探测器主体和其上安装板，通过螺栓和相应螺孔的配合安装于安置台上所需的合适部位；在凹面反射镜主体进行光照反射后，光线就会进入二元光学反射式光栅，接着再通过滤波片，进而即可进入cmos/ccd/光电二极管探测器主体，通过cmos/ccd/光电二极管探测器主体，对光线进行分析探测，从而使用了全反射式光栅进行光谱色散，利用光栅特性与色散元件特性进行深入分析，抽象出两点加以保护与利用；同时使用了非球面光学元件调节几何光线对进入探测器光波长进行补偿，以消除空间分布分非线性部分引起的误差，使不同的波长所处的空间分布呈线性分布。

(5)本发明所述的一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置及其方法，首次将特征峰技术引入到光谱位置校准中，进而与上述硬件布局技术配合，将光稀疏技术与非线性光学技术相结合，将波长准确提升至皮米量级，实现关于色散光谱仪精密定量质的飞跃，双插入强度校正结构将强度定量推入极致，在保证仪器精密准确度的基础上，使色散型光谱仪既可以工作在辐照度等特殊模式也可以工作在普通常规模式，轻易实现模式切换。此结构与我们的自有技术相结合，可以实现色散型光谱仪皮米级光谱精准度，同时，此技术的对探测器的像素个数要求不高，对现有的线阵面阵探测器均适用，且波长精准度不受影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明提供的一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置的一种较佳实施例的整体结构示意图；

图2为本发明的归一机构的结构示意图；

图3为本发明的安置台、狭缝机构与调节机构的连接结构示意图；

图4为本发明的安置台与反光机构的连接结构示意图；

图5为图1所示的A部结构放大示意图；

图6为图1所示的B部结构放大示意图；

图7为图3所示的C部结构放大示意图；

图8为图4所示的D部结构放大示意图。

图中：1、安置台；2、支撑机构；201、支杆；202、底座；3、归一机构；301、可调光插入模块；302、安装块；303、第一弹簧；304、卡块；4、狭缝机构；401、狭缝主体；402、滑块；403、卡齿；404、第二弹簧；405、齿条；5、调节机构；501、遮片；502、旋钮；503、丝杆；504、第一齿轮；505、手轮；506、第二齿轮；507、第三弹簧；6、反光机构；601、凹面反射镜主体；602、转轮；603、调节座；604、第四弹簧；605、第三齿轮；606、限位座；607、刻度条；608、指针；7、探测机构；701、二元光学反射式光栅；702、滤波片；703、cmos/ccd/光电二极管探测器主体；704、安装板；705、螺孔；706、螺栓。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-图8所示，本发明所述的一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置，包括安置台1，所述安置台1上设有支撑机构2，所述安置台1上设有归一机构3，所述安置台1上设有狭缝机构4，所述狭缝机构4上设有调节机构5，所述安置台1上设有反光机构6和探测机构7；

所述狭缝机构4包括狭缝主体401，所述安置台1上设有狭缝主体401，所述狭缝主体401上固定连接有两个滑块402，所述滑块402滑动连接于安置台1内部，所述滑块402上固定连接有卡齿403，所述安置台1内部固定连接有齿条405，所述卡齿403啮合于齿条405，所述滑块402上缠绕有第二弹簧404，所述第二弹簧404固定连接于滑块402；

所述调节机构5包括遮片501，所述狭缝主体401内部滑动连接有遮片501，所述狭缝主体401上设有旋钮502，所述旋钮502上固定连接有丝杆503，所述丝杆503螺纹连接于遮片501内部，所述丝杆503上固定连接有第一齿轮504，所述狭缝主体401上设有手轮505，所述手轮505延伸至狭缝主体401内部且连接有第二齿轮506，所述第二齿轮506滑动连接于狭缝主体401内部，所述手轮505上缠绕有第三弹簧507，所述第三弹簧507固定连接于手轮505，所述齿条405设有四个，每个所述卡齿403分别啮合于两个齿条405，所述第一齿轮504的直径大于第二齿轮506的直径；使用时，将所述狭缝机构4设于安置台1上，将所述调节机构5设于狭缝机构4上，通过所述狭缝机构4和调节机构5，从而方便快速的对狭缝组件同归一光学元件以及反射元件之间的间距进行调节，同时，也能够根据实际情况提高对狭缝间距的调节精度，使得操作更加方便；即：操作时，根据实际情况，使用者可手动握住所述狭缝主体401并进行下压，令所述狭缝主体401受压产生移动，进而带动所述滑块402一起移动，所述滑块402移动带动卡齿403移动，所述第二弹簧404同时被压缩，直至所述卡齿403脱离齿条405的卡合束缚，接着，即可对所述狭缝主体401进行推动，待将所述狭缝主体401移动至合适的位置后，松开按压即可，从而方便快速的对所述狭缝主体401同光强调制光学元件以及反射元件之间的间距进行调节；此外，使用者可对所述旋钮502进行转动，则所述旋钮502转动带动丝杆503转动，随着所述丝杆503的转动，就会驱动所述遮片501不断的在狭缝主体401内部移动，对狭缝间距进行调节，进一步的，当狭缝间距的调节精度较高时，使用者可握住所述手轮505并进行按压，则所述手轮505移动带动第二齿轮506移动，所述第三弹簧507同时被压缩，直至所述第二齿轮506啮合于第一齿轮504，此时，即可对所述手轮505进行转动，则所述手轮505转动带动第二齿轮506转动，第二齿轮506转动带动第一齿轮504，进而带动所述丝杆503转动，对所述遮片501进行调节，由于所述第二齿轮506的直径小于第一齿轮504的直径，则所述第一齿轮504转动时的角速度小于第二齿轮506，从而能够根据实际情况提高对狭缝间距的调节精度，使得操作更加方便。

具体的，所述支撑机构2包括支杆201，所述安置台1上固定连接有多个支杆201，所述支杆201上固定连接有底座202；使用时，通过所述支杆201和底座202，方便对整个所述安置台1起到固定安置的作用。

具体的，所述归一机构3包括安装块302，所述安置台1上固定连接有安装块302，所述安装块302上卡合有可调光插入模块301，所述可调光插入模块301内部固定连接有第一弹簧303，所述第一弹簧303上固定连接有卡块304，所述卡块304卡合于安装块302内部，所述第一弹簧303设有两个，且所述卡块304的截面呈半圆形；使用时，使用者可握住所述可调光插入模块301并插入安置台1上的安装块302，在所述可调光插入模块301进入安装块302内部时，所述卡块304在第一弹簧303的作用下回缩进可调光插入模块301内部，直至移动到所述安装块302内部相应的部位后，在所述第一弹簧303的作用下，所述卡块304就会自动卡合进相应的卡槽中，完成对所述可调光插入模块301的安装，从而使用可调光插入模块进行纵向差分模块，辅助光谱仪实现不同波长强度纵向标定。

具体的，所述反光机构6包括调节座603，所述安置台1上滑动连接有调节座603，所述调节座603上固定连接有凹面反射镜主体601，所述凹面反射镜主体601上固定连接有转轮602，所述调节座603上固定连接有第三齿轮605，所述第三齿轮605滑动连接于安置台1内部，所述调节座603上缠绕有第四弹簧604，所述第四弹簧604固定连接于调节座603，所述安置台1上固定连接有限位座606，所述限位座606上设有刻度条607，所述调节座603上固定连接有指针608，所述第四弹簧604抵触于限位座606内部；使用时，将所述反光机构6设于安置台1上，通过所述反光机构6，从而根据实际情况能够随时对反射组件的反射角度进行调节，使得使用更加方便；即：操作时，根据实际需要，使用者可握住所述转轮602并进行按压，则所述转轮602移动带动凹面反射镜主体601移动，进而带动所述调节座603和第三齿轮605一起移动，所述第四弹簧604同时被压缩，直至所述第三齿轮605完全脱离安置台1内部相应齿槽的束缚，此时，即可对所述转轮602进行转动，则所述转轮602转动带动凹面反射镜主体601转动，而根据所述调节座603上的指针608，配合所述限位座606上的刻度条607，从而方便对所述凹面反射镜主体601的转动角度进行调控，从而根据实际情况能够随时对所述凹面反射镜主体601的反射角度进行调节，使得使用更加方便。

具体的，所述探测机构7包括二元光学反射式光栅701，所述安置台1上转动连接有二元光学反射式光栅701，所述安置台1上固定连接有滤波片702，所述安置台1上设有cmos/ccd/光电二极管探测器主体703，所述cmos/ccd/光电二极管探测器主体703上固定连接有两个安装板704，所述安装板704上设有螺栓706，所述安置台1上设有多个螺孔705，所述螺栓706通过螺孔705螺纹连接于安置台1上；使用时，事先对所述二元光学反射式光栅701进行转动调节，同时将所述cmos/ccd/光电二极管探测器主体703和其上安装板704，通过所述螺栓706和相应螺孔705的配合安装于安置台1上所需的合适部位；在所述凹面反射镜主体601进行光照反射后，光线就会进入所述二元光学反射式光栅701，接着再通过所述滤波片702，进而即可进入所述cmos/ccd/光电二极管探测器主体703，通过所述cmos/ccd/光电二极管等探测器主体703，对光线进行分析探测，从而使用了全反射式光栅进行光谱色散，利用光栅特性与色散元件特性进行深入分析，抽象出两点加以保护与利用；同时使用了非球面光学元件调节几何光线对进入探测器光波长进行补偿，以消除空间分布分非线性部分引起的误差，使不同的波长所处的空间分布呈线性分布。

一种精密色散光栅光谱仪结构及量子光稀疏定位装置的定位方法，包括以下步骤：

S1：首先通过支撑机构2，将安置台1固定安置于所需的合适部位；

S2：然后通过狭缝机构4，实现对狭缝组件同归一机构3以及反光机构6之间的间距进行调节，同时驱动调节机构5，完成对狭缝机构4内狭缝间距的调节；

S3：接着通过反光机构6，同时结合实际情况，对反射组件的反射角度进行调节；

S4：最后进行实践操作，令光线经过归一机构3和反光机构4后，最终进入探测机构7，对光线进行分析探测。

本发明在使用时，首先，本装置在光栅衍射原理的基础上引入色散的模块辅助实现波长色散与动态逻辑差分元件实现光谱仪横向波长坐标的精准度，比传统的精度提高两个数量级以上；通过支杆201和底座202，方便对整个安置台1起到固定安置的作用；操作时，使用者可握住可调光插入模块301并插入安置台1上的安装块302，在可调光插入模块301进入安装块302内部时，卡块304在第一弹簧303的作用下回缩进可调光插入模块301内部，直至移动到安装块302内部相应的部位后，在第一弹簧303的作用下，卡块304就会自动卡合进相应的卡槽中，完成对可调光插入模块301的安装，即使用可调光插入模块进行纵向差分模块辅助光谱仪实现不同波长强度纵向标定；根据实际情况，使用者可手动握住狭缝主体401并进行下压，令狭缝主体401受压产生移动，进而带动滑块402一起移动，滑块402移动带动卡齿403移动，第二弹簧404同时被压缩，直至卡齿403脱离齿条405的卡合束缚，接着，即可对狭缝主体401进行推动，待将狭缝主体401移动至合适的位置后，松开按压即可，从而方便快速的对狭缝主体401同归一光学元件以及反射元件之间的间距进行调节；此外，使用者可对旋钮502进行转动，则旋钮502转动带动丝杆503转动，随着丝杆503的转动，就会驱动遮片501不断的在狭缝主体401内部移动，对狭缝间距进行调节，进一步的，当狭缝间距的调节精度较高时，使用者可握住手轮505并进行按压，则手轮505移动带动第二齿轮506移动，第三弹簧507同时被压缩，直至第二齿轮506啮合于第一齿轮504，此时，即可对手轮505进行转动，则手轮505转动带动第二齿轮506转动，第二齿轮506转动带动第一齿轮504，进而带动丝杆503转动，对遮片501进行调节，由于第二齿轮506的直径小于第一齿轮504的直径，则第一齿轮504转动时的角速度小于第二齿轮506，从而能够根据实际情况提高对狭缝间距的调节精度，使得操作更加方便；进一步的，可事先对二元光学反射式光栅701进行转动调节，同时将cmos/ccd/光电二极管探测器主体703和其上安装板704，通过螺栓706和相应螺孔705的配合安装于安置台1上所需的合适部位；在凹面反射镜主体601进行光照反射后，光线就会进入二元光学反射式光栅701，接着再通过滤波片702，进而即可进入cmos/ccd/光电二极管探测器主体703，通过cmos/ccd/光电二极管探测器主体703，对光线进行分析探测，从而使用了全反射式光栅进行光谱色散，利用光栅特性与色散元件特性进行深入分析，抽象出两点加以保护与利用；同时使用了非球面光学元件调节几何光线对进入探测器光波长进行补偿，以消除空间分布分非线性部分引起的误差，使不同的波长所处的空间分布呈线性分布；此外，根据实际需要，使用者可握住转轮602并进行按压，则转轮602移动带动凹面反射镜主体601移动，进而带动调节座603和第三齿轮605一起移动，第四弹簧604同时被压缩，直至第三齿轮605完全脱离安置台1内部相应齿槽的束缚，此时，即可对转轮602进行转动，则转轮602转动带动凹面反射镜主体601转动，而根据调节座603上的指针608，配合限位座606上的刻度条607，从而方便对凹面反射镜主体601的转动角度进行调控，从而根据实际情况能够随时对凹面反射镜主体601的反射角度进行调节，使得使用更加方便；综上所述，本装置使用二元光学设计结构辅以非线性光学元件结合非线性光量子稀疏定位算法实现将波长精度提升至皮米级的波长定位精度甚至更高；将入射波长与物理空间位置进行精密变换，使得误差范围至少提升两个数量级。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。