光谱仪的微小型化解析
光谱仪的原理、功能以及分类【详尽版】
光谱仪的原理光谱仪的主要功能以及具体的分类内容来源网络，由SIMM深圳机械展整理更多相关展示，就在深圳机械展！光谱仪器是进行光谱研究和物质结构分析，利用光学色散原理及现代先进电子技术设计的光电仪器，光谱仪的主要功能是什么，在它工作原理的基础上怎么对其进行分类的，本文将详细的为大家介绍。
光谱仪的主要功能它的基本作用是测量被研究光（所研究物质反射、吸收、散射或受激发的荧光等）的光谱特性，包括波长、强度等谱线特征。
因此，光谱仪器应具有以下功能：（1）分光：把被研究光按一定波长或波数的发布规律在一定空间内分开。
（2）感光：将光信号转换成易于测量的电信号，相应测量出各波长光的强度，得到光能量按波长的发布规律。
（3）绘谱线图：把分开的光波及其强度按波长或波数的发布规律记录保存或显示对应光谱图。
要具备上述功能，一般光谱仪器都可分成四部分组成:光源和照明系统，分光系统，探测接收系统和传输存储显示系统。
主要分类根据光谱仪器的工作原理可以分成两大类：一类是基于空间色散和干涉分光的光谱仪；另一类是基于调制原理分光的新型光谱仪。
本设计是一套利用光栅分光的光谱仪，其基本结构如图。
光源和照明系统可以是研究的对象，也可以作为研究的工具照射被研究的物质。
一般来说，在研究物质的发射光谱如气体火焰、交直流电弧以及电火花等激发试样时，光源就是研究的对象；而在研究吸收光谱、拉曼光谱或荧光光谱时，光源则作为照明工具（如汞灯、红外干燥灯、乌灯、氙灯、LED、激光器等等）。
为了尽可能多地会聚光源照射的光强度，并传递给后面的分光系统，就需要设计照明系统。
分光系统是任何光谱仪的核心部分，它一般是由准直系统、色散系统、成像系统三部分组成，作用是将照射来的光在一定空间内按照一定波长规律分开。
如图2-1所示，准直系统一般由入射狭缝和准直物镜组成，入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。
光源和照明系统发出的光通过狭缝照射到准直物镜，变成平行光束投射到色散系统上。
微型CCD光谱仪器的总体结构设计
ｃ ｕ ｅｔｅｓ ｓｅ ｒ ａ ｈ ｓ ｉｈ ｒ ｅｔ ｇ ｓｅ ｄｔ ａ ｅｃ ｎ ｉ ｏ ａ ｅ ｔｏ ｔｒ， ｏ ｓ ｌ ｎ ｎ ａ ｒａ ｅｅ ｔｒ ｓ ｅ — ａ ｓ ｙ ｔｍ ｃ ｅ ｇ ｅ ｓ ｎ ｐ ｅ ｎ ｔ ｏ ｄｔ ｎ ｌ ｐ ｃ ｍｅｅｓ ｃ ｎ ｕｔ ｇｌ ｅ ｒ ｒｙｄ ｔｃｏ ｓ ｈ ｅ ｈ ｔ ｉ ｈ ｈ ｉ ｓ ｒ ｉ ｉ ａ ｉｔ
光谱 分 辨 率 ３９ ｍ。 由 于采 用一 维 线 阵探 测 器 ， ．ｎ 与传 统 扫描 式光谱 仪 相 比 ， 光谱 仪 的检 测速 度得 到 本 极 大 的提 高。
关键词 ： 光谱 仪 Ｃ Ｄ 探 测 器 Ｃ
Ａｂ ｔ ｃ ： ｅｔ ｅｒｑ ｉ ｍ ｅ ｔ ｆ ｉｈｔｓｉｇｓ ｅ ｄ ａｍｕｔ ｃ ａ ｎ ｌ ｐ ｃｒｍｅｅ ｅ ｉｎ ｄｏ ｅｂ ｓｓ ｆ ｅ ｐｙ ｓｒ ｔ ａ Ｄｕ ｔ ｕｒ ｏｈ ｅ ｅ ｎ ｇ ｔ ｐ ｅ ， ｌ —ｈ ｎ ｅ ｅ ｔ ｏｈ ｅ ｎ ｉ ｓ ｏ ｔｒｉ ｄ ｓｇ ｅ ｎｔ ａ ｉ ｏ ｅ ｌ ｓ ｈ ｄ
现代近红外光谱技术及应用进展
现代近红外光谱技术及应用进展一、本文概述近红外光谱（Near-Infrared Spectroscopy，NIRS）是一种基于物质对近红外光的吸收和散射特性的分析技术。
近年来，随着光谱仪器设备的不断改进和计算机技术的飞速发展，现代近红外光谱技术在分析化学、生物医学、农业食品等领域的应用日益广泛。
本文旨在综述现代近红外光谱技术的最新进展，特别是在仪器设备、数据处理方法、化学计量学以及应用领域的最新发展。
文章首先介绍了近红外光谱的基本原理和技术特点，然后重点论述了现代近红外光谱技术在不同领域的应用实例和取得的成果，最后展望了未来发展方向和潜在应用前景。
通过本文的阐述，旨在为读者提供一个全面、深入的现代近红外光谱技术及应用进展的概述。
二、现代近红外光谱技术的理论基础现代近红外光谱技术，作为一种高效、无损的分析手段，其理论基础源自电磁辐射与物质相互作用的原理。
近红外光谱区域通常是指波长在780 nm至2500 nm范围内的电磁波，其能量恰好对应于分子振动和转动能级间的跃迁。
因此，当近红外光通过物质时，分子中的化学键和官能团会吸收特定波长的光，产生振动和转动跃迁，从而形成独特的光谱。
现代近红外光谱技术的理论基础主要包括量子力学、分子振动理论和光谱学原理。
量子力学为近红外光谱提供了分子内部电子状态和行为的基本描述，而分子振动理论则详细阐述了分子在不同能级间的跃迁过程。
光谱学原理则将这些理论应用于实际的光谱测量和分析中，通过测量物质对近红外光的吸收、反射或透射特性，来获取物质的结构和组成信息。
现代近红外光谱技术还涉及到光谱预处理、化学计量学方法以及光谱解析等多个方面。
光谱预处理包括平滑、去噪、归一化等步骤，旨在提高光谱的质量和稳定性。
化学计量学方法则通过多元统计分析、机器学习等手段，实现对光谱数据的深入挖掘和信息提取。
光谱解析则依赖于专业的光谱数据库和算法，对光谱进行定性和定量分析，从而确定物质中的成分和含量。
高分辨宽光谱微型拉曼光谱仪的设计
高分辨宽光谱微型拉曼光谱仪的设计谈梦科;郑海燕;田胜楠;郭汉明【摘要】为了同时满足光谱分辨率、光谱范围、探测器(CCD)上光谱信号覆盖区域要求,提出一种基于Czerny-Turner(CT)结构拉曼光谱仪的综合设计方法,通过Zemax软件采用逐步手动调节光栅倾斜,自动优化聚焦镜、柱面镜以及CCD间倾角和距离的方式,设计出全波段光谱分辨率优于4 cm-1,光谱波数范围为80~3 967 cm-1,光学结构尺寸为90 mm×130 mm×40 mm的微型拉曼光谱仪.%In this paper,to simultaneously meet the requirements of the spectral resolution,spectral range and the spectrum signal coverage area on detector(CCD),we used Zemax to adjust the grating angle gradually and manually,optimize the focusing mirror,the cylindrical lens,the CCD angles and distances between all of them automatically.We proposed a comprehensive design method of Raman spectrometer,which is based on the Czerny-Turner(CT) structure,and successfully designed this micro-Raman spectrometer that owned the full-band spectral resolution better than 4 cm-1,wave number spectral range of 80~3 967 cm-1and the optical structure size of 90 mm×130 mm×40 mm.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2017(039)003【总页数】7页(P75-81)【关键词】拉曼光谱仪;光学设计;Czerny-Turner结构;Zemax【作者】谈梦科;郑海燕;田胜楠;郭汉明【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程院, 上海 200093;上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093;上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093;上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093【正文语种】中文【中图分类】O436光谱仪是进行光谱研究和物质成分分析的仪器,有着广泛的应用[1]。
光谱仪发展现状
光谱仪发展现状光谱仪是一种用于分析物质光谱特性的仪器。
自20世纪初到如今，光谱仪发展取得了巨大的进步。
现代光谱仪的发展主要体现在以下几个方面。
首先，光谱仪的测量精度大大提高。
传统的光谱仪使用光栅或光学棱镜把光分散成不同波长的光谱，然后通过光电二极管或光电倍增管进行检测。
而现在，随着技术的发展，高精度的光谱仪开始采用光纤光栅、CCD、CMOS等先进的光谱检测元件，使得光谱仪的测量精确度大大提高。
其次，光谱仪的测量速度明显加快。
过去，光谱仪测量一条光谱需要较长的时间，甚至需要数小时或更长时间。
而现在，随着光电元件和信号处理技术的发展，光谱仪的测量速度大大加快。
例如，高速光栅扫描仪能够以每秒超过10万次的速度扫描光谱，大幅提高了测量效率。
此外，光谱仪的小型化、便携化程度提高。
过去光谱仪体积较大、重量较重，一般需要固定在实验室的桌面或地面上使用。
而现在，随着微型化技术的应用，光谱仪已经变得越来越小巧轻便。
例如，便携式光谱仪不仅能够随身携带，还可以通过无线或蓝牙技术与手机或平板等设备进行连接，实现远程控制和数据分析，极大地方便了用户的使用。
最后，光谱仪在应用领域上不断拓展。
过去，光谱仪主要应用于化学、物理、天文等学科中的研究和实验。
而现在，随着光纤光谱仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪等新型光谱仪的发展，光谱仪在环境监测、食品安全、医疗诊断、材料分析、气象预报等领域的应用越来越广泛。
光谱仪的发展不仅提高了仪器的准确性和灵敏度，也为各个领域的研究和实验提供了更多的可能性。
综上所述，光谱仪的发展从精度、速度、便携性以及应用领域等多个方面取得了显著的进步。
可以预见，随着技术的不断发展，光谱仪将继续拥有更加广泛和深入的应用前景。
近红外光谱法定量分析及其应用研究
近红外光谱法定量分析及其应用研究一、本文概述随着科学技术的发展，光谱分析技术以其独特的优势在多个领域得到了广泛的应用。
其中，近红外光谱法作为一种重要的光谱分析技术，因其无损、快速、环保等特点，在定量分析领域具有独特的优势。
本文旨在深入探讨近红外光谱法定量分析的基本原理、方法、技术及其在各个领域的应用研究，以期为该领域的研究者提供有益的参考和启示。
本文将简要介绍近红外光谱法的基本原理和定量分析的基本方法，包括光谱数据的获取、预处理、特征提取以及模型的建立与优化等。
本文将重点分析近红外光谱法在农业、食品、医药、石油化工等领域的应用案例，探讨其在实际应用中的优势和局限性。
本文还将对近红外光谱法定量分析的发展趋势和前景进行展望，以期为该领域的发展提供新的思路和方向。
通过本文的研究，我们期望能够为近红外光谱法定量分析的理论研究和实际应用提供有益的参考，同时也希望能够推动该领域的技术创新和发展。
二、近红外光谱法的基本原理与技术近红外光谱法（Near-Infrared Spectroscopy，NIRS）是一种利用物质在近红外区（波长范围通常为780-2500nm）的吸收特性进行定性和定量分析的技术。
其基本原理主要基于分子振动产生的吸收光谱，这些光谱信息能够反映分子内部的结构和组成。
近红外光谱法的基本原理是物质对近红外光的吸收与其内部的分子结构、化学键合状态以及分子间的相互作用有关。
当近红外光通过物质时，某些特定波长的光会被物质吸收，这些被吸收的波长与物质的特定化学成分和分子结构密切相关。
因此，通过测量物质在近红外区的吸收光谱，可以获取到关于物质成分和结构的信息。
近红外光谱法的技术包括光谱采集、光谱预处理、模型建立与验证等步骤。
光谱采集是使用近红外光谱仪对样品进行扫描，得到其近红外吸收光谱。
光谱预处理是为了消除光谱中的噪声和干扰，提高光谱的质量和可靠性。
模型建立与验证是通过化学计量学方法，如多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘回归等，建立光谱数据与物质成分之间的定量关系模型，并对模型进行验证和优化。
2024年拉曼光谱仪市场分析现状
2024年拉曼光谱仪市场分析现状引言拉曼光谱仪是一种用于分析物质的仪器，利用拉曼散射现象对样品进行光谱分析。
随着技术的不断进步和应用领域的扩大，拉曼光谱仪市场正呈现出良好的增长势头。
本文将对拉曼光谱仪市场的现状进行分析，并探讨其发展趋势。
市场规模拉曼光谱仪市场在过去几年取得了快速的增长。
据市场研究报告，2019年全球拉曼光谱仪市场规模达到了约1.5亿美元，预计到2025年将增长至约2.3亿美元。
这一增长受益于各个行业对高精度和高灵敏度分析技术的需求增加。
应用领域拉曼光谱仪在许多领域都有广泛的应用。
其中，化学与生物领域是拉曼光谱仪市场的主要驱动力之一。
拉曼光谱仪可以用于化学物质的分析与鉴定，例如有机物质的结构鉴定、无机物质的晶体结构分析等。
同时，在生物医学研究中，拉曼光谱仪也可以用于蛋白质结构研究、细胞成分分析等。
此外，材料科学、环境监测、制药等行业也是拉曼光谱仪的主要应用领域。
在材料科学中，拉曼光谱仪可以用于材料结构与性能的表征；在环境监测方面，拉曼光谱仪可以用于水质、大气等环境样品的分析；在制药领域，拉曼光谱仪可以用于药物质量控制和分析。
主要厂商目前，全球拉曼光谱仪市场的竞争格局较为激烈，主要厂商包括：1.Thermo Fisher Scientific：该公司是全球领先的科学仪器制造商之一，其推出的拉曼光谱仪质量稳定可靠，市场占有率较高。
2.Bruker：作为仪器行业的领先者，Bruker公司在拉曼光谱仪领域具有较强的竞争力，同时也不断进行技术创新。
3.Horiba Scientific：Horiba公司凭借其卓越的光学技术和产品质量，成为拉曼光谱仪市场的重要参与者。
4.Renishaw：作为英国一家领先的精密工程公司，Renishaw在拉曼光谱仪领域具有较强的技术实力和市场份额。
发展趋势随着科学研究的不断进步和技术的不断创新，拉曼光谱仪市场有望迎来更大的发展机遇。
首先，随着人们对快速、便捷、非破坏性分析方法的需求增加，拉曼光谱仪将越来越受到重视。
光谱仪的简介及原理光谱仪工作原理
光谱仪的简介及原理光谱仪工作原理光谱仪原理是将复色光分别成光谱的光学仪器，紧要由棱晶或衍射光栅等构成。
用户使用光谱仪时首先需要把握的学问就是光谱仪原理，今日我就来实在介绍一下，希望可以帮忙到大家。
光谱仪概述:光谱仪以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。
其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝构成。
以色散元件将辐射源的电磁辐射分别出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上（或扫描某一波段）进行强度测定。
分为单色仪和多色仪两种。
光谱仪原理:依据现代光谱仪器的工作原理，光谱仪可以分为两大类：经典光谱仪和新型光谱仪.经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器；新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器.经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器.调制光谱仪是非空间分光的，它接受圆孔进光.依据色散组件的分光原理，光谱仪器可分为：棱镜光谱仪，衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪.光学多道分析仪OMA(OpticalMulti一ChannelAnalyzer)是近十几年显现的接受光子探测器(CCD)和计算机掌控的新型光谱分析仪器，它集信息采集，处理,存储诸功能于一体.由于OMA 不再使用感光乳胶，避开和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理,测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的更改，大大改善了工作条件，提高了工作效率；使用OMA分析光谱，测量精准快速,便利，且灵敏度高，响应时间快，光谱辨别率高，测量结果可立刻从显示屏上读出或由打印机,绘图仪输出。
它己被广泛使用于几乎全部的光谱测量，分析及讨论工作中，特别适应于对微弱信号，瞬变信号的检测.直读光谱仪的优势及局限性直读光谱仪(又叫光电直读光谱仪、火花直读光谱仪)1、直读光谱仪优势(I)直读光光谱仪从诞生到进展原自于钢铁生产企业要求炉前快速分析，具有60余年的历史。
(2)直读光谱仪是金属材料的设备。
具分析制样简单，只需简单物理加工。
分析速度快，一分钟可以给出所需检测元素的全部信息，分析精度高。
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光谱仪的微小型化
微光学、微电子、微机械的结合产生出一类新的应用范围很广的器件——微型光机电系统（MOEMS，）它也是机、电、光、磁、化学、传感技术等多种技术的综合。
MOEMS益成为新的光学工具，已经对许多基于光学的仪器显示出应用前景。
作为MOEM的一种，微型光谱分析仪具有许多大型光谱仪所不具备的优点，如重量轻、体积小、探测速度快、使用方便、可集成化、可批量制造以及成本低廉等，像普通光谱仪一样微型光谱仪有着巨大的应用市场，可以应用在实验室化学分析、临床医学检验、工业监测、航空航天遥感等领域，因而引起了人们广泛的兴趣。
微型光谱仪的实现可以应用多种技术，目前常用的方法包括：采用新型滤光技术制作微型光谱仪；利用光纤的化学传感性制成光纤探针进行光谱分析；使用微细加工制作集成式微型光谱仪等。
2采用新型滤光技术的微型光谱仪
声光可调滤光片（AOTF）是一种微型窄带可调滤光片，是光谱仪微型化的一个发
展方向，它通过改变施加在某种晶体上的射频频率来改变通过滤光片的光波
长，而通过AOTF光的强度可利用改变射频的功率进行精密、快速的调节。
它的分辨率很高，目前可以达到0.0125 nm,没有可动部件，波长调节速度快、灵活性高。
美国Brimrose 公司和Jet Propulsion 实验室联合设计一种微型电晶体NIR 光谱仪。
这种基于AOTF的反射型近红外微型光谱仪主要造用于航天领域，使用发光二极管（LED）阵列作为光源，光纤作为光波传输介质，该光谱仪重量<250 克，尺寸小9.2 X 5.4 X 3.2cm,超快速（4000波长/秒），高可靠性并经过美国国防核子局的防辐射测试。
美国Hughes Santa Mara 研究中心研制的线性楔形光谱仪（专利产品），是由一个微小模状滤光片和一个阵列检测器组成，可以对多个光谱频带进行检测。
模
形光谱仪内有一个模形的多层薄膜介电材料构成的干扰滤光片，滤光片与两维检测器紧临，这样根据滤光片在不同位置的带通，每一列检测器可以接收不同光谱波段的能量，所以单独一个模形光谱仪可以覆盖很宽的光谱范围。
模形光谱仪的光谱范围受到滤光片、探测器材料特性的限制，还需要使用多种阻挡滤
光片。
工作光谱范围分布在可见光和近红外区（从400nm到1030nm）。
该光谱仪在实验中还获得了线性色散率，色散率与点带宽无关，而且滤光片可以根据检测器阵列设计成不同的几何形状。
3利用光纤制作的微型光谱仪光纤传感器的主要特点是具有很高的传输信息容量，可以同时反映出多元成分的多维信息，并通过波长、相位、衰减分布、偏振和强度调制、时间分辨、收集瞬时信息等来加以分辨，真正实现多道光谱分析和复合传感器阵列的设计，达到复杂混合物中特定分析对象的检测，这对电传感器和声传感器而言是望尘莫及的。
光纤的探头直径可以小到与其传播的光波波长属于同一数量级，这样小巧的光纤探头可以直接插入那些非整直空间和无法采样的小空间（如
活体组织、血管、细胞）中，对分析物进行连续检测。
Ocean Optics 公司的Michael J.Morris 等人研制一种紧凑级联光纤DIP 探针微小光谱仪，该系统的设计是使用单股光纤以获得高分辨率光谱信息，对于决定液体的吸收、发射和散射，或测量pH或有毒金属浓度使用固定指示材料。
光谱仪的模式限制光学设计得到很高的光通量，常规应用中可以使用50卩m的光纤。
微型光纤光谱仪还有美国Stwen christesen 等人研制的便携式光纤拉曼光谱
仪，便携式光纤拉曼光谱仪可以对化学试剂鉴定盒进行非接触分析，它包括二极管激光器、中阶梯摄谱仪、电荷桐合器件（CCD）检测器和一个带有滤光涂层的光纤探针，这种光谱仪被用来分析密封玻璃容器中的化学试剂和其它有毒化学物。
拉曼光谱是通过使用一个带有25m光纤的EICRamanProbe探针获得的。
探针输出功率在紫翠玉激光器下为80mW，而二极管激光器为137 nW这种微型拉曼光谱仪也可以用T 单个活细胞的分析。
4集成微型光谱仪
利用MEMS口MOEM的微加工技术也可以制作出微型光谱仪。
Gayiin M.Yee等人利用微机械加工方法直接在CCD成像器件上制作衍射光栅构成集成式微型光谱仪，得到的光谱仪系统衍射效率可以达到63%色散率为1.7mm像元，分辨
率为74.4 。
IMS（Institute of Microtechnology ，University ofNe11chatel ，Switzerland）制作了一种基于光MEM技术的微型傅里叶变换光谱仪（FTS），它用一种由静电驱动的电梳执行器来完成微镜的扫描运动。
测量得到执行器在38.5mm 位移下的非线性为土0.5mm在消除非线性后得到校正光谱，光谱重现率为土25nm 相位校正后在633nm波长下测量得到光谱仪的分辨率为6nm
5结论
由于光谱仪的结构特点以及光谱仪广泛的应用领域，在微小光谱仪的研究中可以米用多种方法和多种思路。
比如改善AOTF的波长覆盖范围、波长分辨率和通光本领，可以使它能应用于各种光谱化学分析，而用这样的元件可以制成结构简单、性能良好、成本低廉的光谱仪，或者使用分辨率较高的中阶梯光栅，与一般棱镜结合，进行交叉色散，可以得到分辨率很高的二维光谱图，所以可以根据微小光谱仪的本身特点和工作环境要求来进行设计。
微加工技术的发展以及MEM、MOEM的出现使许多学科技术的研究都朝着微惊
讶及微小型化的方向发展，更需要一些特殊条件下（如外星、地下、深海、危险区等）的工作仪器。
光谱仪在未来的新世纪必将出现高度智能化和微型化的趋势，微型光谱仪可以说是微型仪器的一种。
微型仪器实际上是具有仪器功能的MEMS/MOE 产品，是MEME技术的实际应用。
微型仪器的核心技术之一是微型传感技术，采用各种新原理、新概念的各类传感器是实现微型仪器的关键和必要条件。
现在仪器朝着微小型化、智能化的发展使我们又面临一个新的考验，也是我们发展的一个机遇。