一種基於窄帶led光源組的準連續分光系統的製作方法
2023-06-23 20:39:26
專利名稱：一種基於窄帶led光源組的準連續分光系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種準連續分光系統，尤其是一種基於窄帶LED光源組 的準連續分光系統。
背景技術：
在紫夕卜可見光-近紅外分光光語儀中，主要採用寬帶連續複合光源(氘 燈和卣鴒燈)，並採用稜鏡掃描分光-光電倍增管檢測、光柵掃描分光-光電 倍增管檢測、光柵分光-光電二極體陣列(PDA)或線陣CCD檢測以及傅 立葉變換等分光系統獲得連續單色光。這些方法具有各自的優缺點。氘燈 和卣鴒燈作為寬帶光源，具有光輻射較強，波長範圍廣(190nm 2500nm) 等優點，但也具有發熱量大、光強不穩定、壽命短等缺點。稜鏡掃描分光 -光電倍增管檢測分光系統結構簡單，但分光精度較差。光柵掃描分光-光 電倍增管檢測分光系統具有較高的分光精度，但光柵結構複雜，二次衍射 幹擾嚴重、單塊光^l波長範圍有限。傅立葉變換分光系統結構和工藝複雜， 對工作環境要求高，穩定性較差，成本高。以上三種分光系統都有移動部 件，光路結構複雜，儀器穩定性較差，不適合做成可攜式光語儀。光柵分 光-PDA檢測或線陣CCD檢測系統中沒有移動部件，可以做成可攜式光譜 儀，但PDA檢測器和線陣CCD檢測器價格較高，光柵分光系統比較複雜。
發明內容
本發明提供一種無分光器件、體積小、重量輕、穩定性好的LED準 連續分光系統。
—種基於窄帶LED光源組的準連續分光系統，其特徵在於包括窄 帶LED光源組、LED光源驅動電路、LED安裝板、步進電機、控制系統， 窄帶LED光源組由若干個窄帶LED光源組成，窄帶LED光源按中心波
步進電機驅動LED安裝板移動，控制系統使移動到位的LED光源驅動電 路導通；步進電機的轉速和停止時間由控制系統控制。
3LED安裝板可以是圓盤形的，沿圓周設有若干個安裝孔用於安裝窄帶 LED光源。圓盤形安裝板的旋轉移動比較方便迅速。
LED安裝板還可以是方形的，設有若干安裝孔按列陣式排列用於安裝 窄帶LED光源。列陣式排列可以安裝更多的LED光源。
LED光源種類多、波長範圍廣、波長間隔小，帶寬窄、響應特別快 (10-6~l(T7s， ps級)。窄帶LED光源光鐠帶寬小於20nm，波長精度高； 發散角小。
LED光源組的中心波長範圍為200 nm~2500 nm,包括了紫外-可見光 和近紅夕卜光。
優選地，LED光源組由5 — 500個窄帶LED光源組成，這樣能同時 滿足精度高、準連續、波長範圍廣的要求。
LED光源組的窄帶LED光源可按中心波長的任意間隔遞增或遞減的順 序安裝在LED安裝板上，間隔優選為5 50nm,可實現波長的準連續。
LED光源驅動電路採用恆流源電路，由控制系統控制其開關，產生的 光單色性好、光強穩定、 一致，系統穩定性好。
LED光源發光後，經過準直透鏡組進行準直，得到平行的光束，並 由出射狹縫控制出射光強度。
由於系統中無單獨的分光部件，光路結構簡單緊湊，光源穩定可靠， 耗電極低，掃描速度快，特別適合於作為可攜式光語儀的光源和分光系統， 可以廣泛用於紫外-可見光光錯儀和近紅外光鐠儀中。
圖1為本發明第一種實施方式的結構示意圖。 圖2為圖1所示LED安裝板的結構示意圖。 圖3為本發明第二種實施方式的結構示意圖。 圖4為圖3所示LED安裝板的結構示意圖。 圖5為LED恆流源電路圖。
圖6為本發明第一種實施方式所獲得的單色光譜圖。 圖7為本發明第二種實施方式所獲得的單色光譜圖。
具體實施例方式
本發明的一種實施方式的結構示意圖如附圖1所示，LED準連續分光 系統包括由50個窄帶LED光源1組成的窄帶LED光源組，LED光源恆 流驅動電路4、圓盤形LED安裝輪2、步進電機3、出射狹縫5、準直透 鏡組7和控制系統6。窄帶LED光源組中心波長大小間隔20nrn的遞增順 序等距離安裝在圓形LED安裝輪2上，LED光源的光譜帶寬為15 nm， 發散角為IO。 ， LED光源組的中心波長範圍為800nm 1780nm，步進電 機3驅動LED安裝輪2旋轉，LED光源1採用恆流源4驅動，恆流源4 驅動由控制系統6控制，並與每個LED光源1相連。當某個LED光源1 轉動到出射狹縫5的中心位置時，步進電機3停止轉動，控制系統6使該 LED恆流源4驅動電路導通，LED光源1點亮，產生單色光。步進電機3 的轉速和停頓時間由控制系統6控制。LED光源1點亮後，產生的單色光 還通過準直透鏡組7準直後形成平行光。控制系統採用ARM7嵌入式系 統。圓盤形LED安裝輪2的結構示意圖如圖2所示，外周上的等距離安 裝孔用於安裝LED光源1,內軸位置安裝步進電機3。
本發明的另 一種實施方式的結構示意圖如附圖3所示，LED準連續分 光系統包括由100個窄帶LED光源1組成的LED光源組，LED列陣安 裝板2， LED光源恆流源4、數控步進電機3、控制系統6、準直透鏡組7 、 出射狹縫5。窄帶LED光源組按中心波長大小間隔10nm的遞減順序，10 行10列安裝在LED列陣安裝板2上，通過印刷電路與恆流源4相連，實 現恆流驅動和開關控制。LED光源1的光譜帶寬為8nm，發散角為8° , 採用20 mA恆流源4驅動，LED光源組的中心波長範圍為1390 nm~400 nm。數控步進電機3驅動LED列陣安裝板2移動，當某個LED光源1 轉動到出射狹縫5的中心位置時，控制系統6使該LED恆流源4驅動電 路導通，LED光源l點亮，產生單色光。控制系統6控制數控步進電機來 精確控制LED列陣安裝板2的移動和定位。LED光源1點亮後，產生的 單色光還通過準直透鏡組7準直後形成平行光，由出射狹縫5調節出射光 強度。控制系統採用ARM7嵌入式系統。
列陣LED安裝^反2的結構示意圖如圖4所示。LED光源1等距離10 行10列安裝在LED列陣安裝板2上，恆流源4通過印刷電路與每個LED光源1相連，實現單獨供電和開關控制。
圖5是本發明實施例所採用的恆流源電路圖。恆流源晶片採用AMC7110DB,輸出恆流電流20mA。管腳1, 2為電流輸入，LEDEN為高頻開關，接控制系統；4、 5、 6分別接三個LED電源1,提供20mA恆流驅動。根據LED數量的多少，可以採用多個恆流源模塊並聯供電。
圖6是本發明實施例1所得到的準連續光i普圖，LED光源組的波長間隔為20nm，中心波長範圍為800nm 1780nm。
圖7是本發明實施例2所得到的準連續光譜圖，LED光源組的波長間隔為10nm，中心波長範圍為13卯nm 400nm。
權利要求
1、一種基於窄帶LED光源組的準連續分光系統，其特徵在於包括窄帶LED光源組、LED光源驅動電路、LED安裝板、步進電機、控制系統，窄帶LED光源組由若干個窄帶LED光源組成；窄帶LED光源按中心波長遞增或遞減的順序安裝在LED安裝板上並與LED光源驅動電路相連；步進電機驅動LED安裝板移動，控制系統使移動到位的LED光源驅動電路導通；步進電機的轉速和停止時間由控制系統控制。
2、 如權利要求1所述的準連續分光系統，其特徵在於所述的LED安裝 板為圓盤形，沿圓周設有若干個安裝孔用於安裝窄帶LED光源。
3、 如權利要求l所述的準連續分光系統，其特徵在於所述的LED安裝 板為方形，設有若千安裝孔按列陣式排列用於安裝窄帶LED光源。
4、 如權利要求1所述的準連續分光系統，其特徵在於所述的窄帶LED 光源的光i普帶寬小於20nm,發散角小於15°。
5、 如權利要求1所述的準連續分光系統，其特徵在於所述的LED光源 組的中心波長範圍為200 nm~2500 nm。
6、 如權利要求1所述的準連續分光系統，其特徵在於所述的窄帶LED 光源組由5 — 500個窄帶LED光源組成。
7、 如權利要求1所述的準連續分光系統，其特徵在於所述的LED光源 組中窄帶LED光源按中心波長間隔為5 50 nm遞增或遞減。
8、 如權利要求1所述的準連續分光系統，其特徵在於所述的LED光源 驅動電路採用恆流源電路。
9、 如權利要求1所述的準連續分光系統，其特徵在於所述的LED光源 發光後，通過準直透鏡組進行準直，出射光強度由出射狹縫調節。
全文摘要
本發明公開了一種基於窄帶LED光源組的準連續分光系統，包括窄帶LED光源組、LED光源驅動電路、LED安裝板、步進電機、控制系統，窄帶LED光源組由若干個窄帶LED光源組成，窄帶LED光源按中心波長遞增或遞減的順序安裝在LED安裝板上並與LED光源驅動電路相連，步進電機驅動LED安裝板移動，控制系統使移動到位的LED光源驅動電路導通；步進電機的轉速和停止時間由控制系統控制。本發明無單獨的分光部件，光路結構簡單緊湊，光源穩定可靠，耗電極低，掃描速度快，特別適合於作為可攜式光譜儀的光源和分光系統，可以廣泛用於紫外-可見光光譜儀和近紅外光譜儀中。
文檔編號G01J3/00GK101666679SQ200910152609
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月10日 優先權日2009年9月10日
發明者蔣家新, 金尚忠, 陳華才 申請人:中國計量學院