微小型光纖光譜儀的發展及結構特點

隨各個行業的發展，對生產商品的質量指標要求亦越來越高，尤其在化工、造紙、食品、制藥等過程行業的生產運行中，需要隨時關注體系物料的變化。對于變化的運行過程，離線的實驗室分析結果的滯后性常迫使操作者對實時情況一知半解就做出判斷。為確保最終獲得合格產品，以離線計量為基礎的傳統質量保證體系正在向以在線或現場傳感器為基礎的過程控制新質量保證體系轉移。

　　目前，一般在線測量與控制系統僅限于溫度、壓力和流量等，而對過程中化學成分和許多物性變量仍不能進行有效的連續測量，這些特殊變量卻是表征生產狀況的重要，甚至是決定性的指標參數，因此，在線光譜技術應運而生，它是以現場狀況下基于分子水平基礎上的微觀物理量和微觀化學量的光譜傳感技術，依托于微小型光纖光譜儀的使用，在化工、制藥、輕工和高分子材料等工業部門的過程監測中發揮著重要的作用。

　　1.微小型光纖光譜儀的出現

　　物質發射、吸收、散射的光輻射，其頻率和強度與物質的含量、成分、結構有確定的關系，基于光譜測量而衍生出的應用也非常廣泛，因此，科研工作者們根據應用的需要不斷地改進光譜儀器。

　　電子技術和計算機技術的迅猛發展，使光譜儀器向著高精度、自動化、智能化的方向發展。許多應用領域對光譜儀器提出了更高的要求，即光譜儀器的尺寸的縮小比提高其分辨率更為重要。而傳統的光譜儀，雖然精度高，但存在體積大、價格高、安裝調試困難、使用條件苛刻等不足，微小型光譜儀便成了目前研究的熱點。在其發展過程中，主要有采用光柵作為分光元件和以干涉原理進行分光這兩類儀器。

　　自20世紀90年代以來，由于光纖具有很高的傳輸信息容量，可同時反映多維信息，這些優勢相對于聲電傳感器而言是難以比擬的。隨光通信技術對光纖的需求增長，開發出低損耗的石英光纖，降低了成本，將光纖與光譜技術相結合的微型結構的光纖光譜儀引起了許多人的關注,并在各種光譜測量及相關領域得到廣泛的應用，光纖光譜儀是微型光譜儀器發展的重要方向。

　　2.微小型光纖光譜儀的結構及特點

　　傳統的光譜儀光學系統結構復雜，需通過旋轉光柵對整個光譜進行掃描，測量速度慢，并且對某些樣品還需經過特定的預處理手段后，放在儀器的固定樣品室內進行測量。與之相比，微小型光纖光譜儀有很多優點，如：重量輕，體積小，價格低(體積只有之前系統的1/1000，造價為原來的1/10)，測量速度非常快，不必使用機械掃描就能獲取全譜數據，而且通過光纖的傳導作用，可脫離樣品室測量，適用于在線實時檢測。

　　光學平臺

　　光譜儀微型化設計的實現得益于攝譜結構，最初的光學平臺采用對稱式Czerny-Turner分光結構，荷蘭Avantes公司生產的微小型光纖光譜儀即使用了這種光學平臺設計。光信號由光纖傳導經過一個標準的SMA905接口進入光譜儀內部，經球面鏡準直，然后由一塊平面光柵分光后，將入射光分成按一定波長順序排列的單色光，再由聚焦鏡聚焦到一維線性CCD線性陣列探測器上進行檢測。