一種光譜儀器波長(cháng)定標電控系統設計

  光譜儀器是一種利用光學(xué)色散原理，測定光譜的組成、獲取光譜輻射強度與波長(cháng)關(guān)系的儀器。光譜儀器的波長(cháng)精度是光譜儀重要指標之一，它會(huì )受光機加工誤差、裝調誤差、環(huán)境溫度變化等的影響。為測試儀器的波長(cháng)精度，國內對波長(cháng)定標的方法和定標裝置的設計   開(kāi)展了較多研究。波長(cháng)定標一般是對待定標光譜儀器進(jìn)行波長(cháng)驅動(dòng)和光譜采集，通過(guò)判讀獲取譜線(xiàn)中已知的特征光譜的峰值波長(cháng)位置來(lái)確定儀器的波長(cháng)相對關(guān)系，如汞燈曲線(xiàn)中２５３．６５２ｎｍ，２９６．７２８ｎｍ等。在采用光譜掃描的方式進(jìn)行波長(cháng)定標時(shí)，除高穩定度的標準光源和漫反射白板等外，還必須有波長(cháng)定標電控系統來(lái)實(shí)現光譜波長(cháng)選擇和光譜數據采集處理等功能。

  某２００～４００ｎｍ光柵式光譜儀器在完成光機裝調后，為初步驗證光機設計的正確性以及評價(jià)波長(cháng)精度性能是達到設計要求，提出了一種對２００～４００ｎｍ 波段，光譜分辨率０．０２ｎｍ的光柵式光譜儀器定標電控系統設計，完成了波長(cháng)標定工作，實(shí)現了對波長(cháng)設計精度的驗證。波長(cháng)定標方法使用低壓汞燈光源對光譜儀器進(jìn)行波長(cháng)定標，首先進(jìn)行全譜測量，依據譜線(xiàn)中各個(gè)特征譜線(xiàn)相對位置確定出一個(gè)特征譜線(xiàn)波長(cháng)，得到量獲得測試波長(cháng)λＴ值。用該特征譜線(xiàn)波長(cháng)理論值λＳ與λＴ之差來(lái)修正波長(cháng)原點(diǎn)λＯ （２００ｎｍ）。修正后進(jìn)行多次重復該過(guò)程掃描獲得新的λＴ，直到滿(mǎn)足公式。λδ是光譜分辨率：｜λＴ －λＳ｜≤λδ 可視為該特征譜線(xiàn)波長(cháng)定標滿(mǎn)足要求。之后再標定２００～４００ｎｍ的其他特征譜線(xiàn)波長(cháng)，直至全部待標定特征譜線(xiàn)波長(cháng)均滿(mǎn)足公式。最后綜合分配各個(gè)特征譜線(xiàn)的實(shí)測值與理論真值的波長(cháng)間隔，使各獲取特征譜線(xiàn)與真值偏差達到最小，完成波長(cháng)定標?？梢?jiàn)，驅動(dòng)波長(cháng)的重復性是決定波長(cháng)定標結果的重要因素。系統組成電控系統對２００～４００ｎｍ 波段，光譜分辨率０．０２ｎｍ的光譜儀器波長(cháng)定標，按照上述測量方法，其應具有波長(cháng)機構驅動(dòng)、光譜采集、人機交互功能。波長(cháng)驅動(dòng)用于對光柵進(jìn)行轉動(dòng)實(shí)現色散分光，光譜采集用于對探測器信號的光電轉換后的電流值量化，人機交互是使用者操作波長(cháng)定標電控系統方式和獲取直觀(guān)波長(cháng)與光譜關(guān)系的途徑。  

   綜上，系統由人機交互界面軟件、波長(cháng)驅動(dòng)單元和光譜采集單元組成，人機交互界面通過(guò)串口發(fā)送相應的協(xié)議控制波長(cháng)驅動(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(cháng)和光譜數據信息。波長(cháng)驅動(dòng)單元控制步進(jìn)電機驅動(dòng)器使步進(jìn)電機帶動(dòng)光柵進(jìn)行分光，通過(guò)查詢(xún)光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行波長(cháng)零點(diǎn)（２００ｎｍ）定位。它接收人機交互界面發(fā)送的正轉、反轉、尋零、脈沖頻率調整等指令。為使提高測量精度，采用步進(jìn)電機每步４細分方式。光譜采集單元采用吉時(shí)利靜電計６５１７Ａ，為光譜儀器的光電倍增管提供１ｋＶ的精密高壓，負責測量其輸出的電流值，通過(guò)串口將光譜數據返回給人機交互界面進(jìn)行數據顯示。