如何實(shí)現(xiàn)便攜式光譜儀？

光譜儀器是基于基礎(chǔ)光學(xué)原理和先進(jìn)電子技術(shù)、進(jìn)行光譜學(xué)研究和物質(zhì)光譜分析的儀器。光譜儀通過(guò)對(duì)光譜的測(cè)量來(lái)完成光成分的分析、材料光學(xué)屬性的測(cè)量以及物質(zhì)成分的鑒定,是一種基本的光學(xué)檢測(cè)儀器，也是材料表征、化學(xué)分析、工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域重要的測(cè)試儀器之一。

光譜儀的發(fā)展起源于著名的色散現(xiàn)象，即光通過(guò)棱鏡后，會(huì)按波長(zhǎng)大小而依次排列得到光譜。隨著光譜與光譜分析學(xué)自身的快速發(fā)展,光柵光譜儀、濾光片光譜儀、干涉光譜儀、調(diào)制光譜儀等各種類(lèi)型光譜儀如雨后春筍般涌出，逐漸進(jìn)入光電市場(chǎng)，并廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

根據(jù)不同的形式和作用特點(diǎn)，可以將光譜儀進(jìn)一步細(xì)分為各種類(lèi)別。根據(jù)工作原理，可分為經(jīng)典色散光譜儀和調(diào)制變換式光譜儀，前者是基于基礎(chǔ)光學(xué)原理、采用棱鏡或光柵作為空間色散元件,且所采集的一次性結(jié)果即為所求的光成分分布的儀器；而后者是建立在調(diào)制計(jì)算原理、所采集的一次性結(jié)果須再經(jīng)過(guò)計(jì)算變換才能得到實(shí)際的測(cè)量光譜的光學(xué)儀器。此外，根據(jù)工作波長(zhǎng)范圍，可分為紫外光譜儀、可見(jiàn)光光譜儀、紅外光譜儀、熒光光譜儀。

目前光譜儀器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種光學(xué)檢測(cè)、化學(xué)分析、工業(yè)檢測(cè)、天文研究、半導(dǎo)體檢測(cè)、食品檢測(cè)等領(lǐng)域,能夠完成對(duì)物質(zhì)成分、含量的研究、對(duì)光與物質(zhì)相互作用的研究、無(wú)損檢測(cè)、物質(zhì)探測(cè)、光譜分析等過(guò)程。

一、 光譜儀結(jié)構(gòu)

雖然光譜儀種類(lèi)繁多，但光譜儀器系統(tǒng)具有類(lèi)似的基本結(jié)構(gòu)，即光源、分光系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)。光譜儀的工作路徑可以簡(jiǎn)化為以下幾個(gè)步驟。

光源照射物體。光源和照明系統(tǒng)是光譜儀器的基本組成，光源照射物體后，光與物質(zhì)之間發(fā)生透射、反射、吸收等作用

分光。分光系統(tǒng)是光譜儀器的核心。與物體發(fā)生作用的光攜帶著物質(zhì)的信息繼續(xù)在儀器中前進(jìn)，到達(dá)分光系統(tǒng)后被分解為單色光。通常，可以基于棱鏡或光柵來(lái)完成色散,也可以基于干涉調(diào)制來(lái)完成色散

探測(cè)器。探測(cè)接收系統(tǒng)的作用是對(duì)色散開(kāi)的入射光進(jìn)行接收,并定性或定量的表示出來(lái)。目前絕大多數(shù)的光譜儀都使用光電探測(cè)器系統(tǒng)，不僅擴(kuò)大了光譜儀器的檢測(cè)范圍,提高了測(cè)量的精度

記錄。電子器件或計(jì)算機(jī)將探測(cè)器接收的信息進(jìn)行記錄，這些信息包括光的強(qiáng)度、功率、波長(zhǎng)等等，得到光譜圖

分析。可以使用光譜儀配套軟件或化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件分析光譜圖，獲取光譜中的物質(zhì)信息

為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的測(cè)量和較高的分辨率，市面上的光譜儀都會(huì)采用精細(xì)且復(fù)雜的分光系統(tǒng)和高分辨率的傳感器。但這種做法仍然存在著一些缺點(diǎn)，復(fù)雜的分光系統(tǒng)需要較大的光學(xué)空間，高分辨率傳感器不可避免地提升了制造成本。因此，市售的光譜儀大多都體積龐大且造價(jià)昂貴,通常只能在室內(nèi)進(jìn)行操作，不易攜帶，無(wú)法適用于室外場(chǎng)景的光譜測(cè)量,高昂的價(jià)格也制約了其在眾多民用領(lǐng)域的發(fā)展。此外，復(fù)雜的分光系統(tǒng)也會(huì)增加傳輸過(guò)程中的光學(xué)損耗，減緩光路傳輸速度。

光譜儀的微型化能夠打破這些限制,推動(dòng)光譜儀器向更廣的領(lǐng)域發(fā)展。特殊光路系統(tǒng)、凹面光柵、光柵-菲涅耳透鏡、波導(dǎo)材料、電光調(diào)制干涉、厚度可變的諧振腔等方法都能有效地縮短光程、簡(jiǎn)化光路，實(shí)現(xiàn)光譜儀尺寸的減小，并且一些微型/便攜式光譜儀已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用。

二、 虹科便攜式光譜儀

虹科便攜式光譜儀是在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行精確光譜測(cè)量的理想解決方案，致力于讓每個(gè)人都可以輕松上手使用光譜儀器！虹科便攜式光譜儀重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，便攜性極強(qiáng)，能夠適應(yīng)各種室內(nèi)和室外環(huán)形的檢測(cè)，并適配各種模塊配件，只需一個(gè)核心部件就能夠完成多種光譜模式的測(cè)量，在物質(zhì)檢測(cè)、防偽檢測(cè)、農(nóng)作物檢測(cè)、質(zhì)量監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。最關(guān)鍵的是，虹科便攜式光譜儀體積微小，但仍然具有高精度和高分辨率，能夠媲美實(shí)驗(yàn)室光譜儀。

虹科便攜式光譜儀具有以下三大優(yōu)點(diǎn)

軸向光柵技術(shù)

大多數(shù)光譜儀都采用Czerny Turner(切尼-特納)光路結(jié)構(gòu)，這種光路結(jié)構(gòu)雖然能實(shí)現(xiàn)較高精度的分辨率，但占用空間面積大，光路傳輸過(guò)程中有較高的光路損耗，傳輸速度也有所緩慢，成本高昂、不易攜帶，無(wú)法適用于室外場(chǎng)景的光譜測(cè)量。

虹科便攜式光譜儀采用新型軸向光柵技術(shù)，極大地縮短了光輸入和光輸出之間的空間距離，能夠有效地減少光路損耗，提升光學(xué)傳輸速度，集成空間小，結(jié)構(gòu)十分緊湊

2D視覺(jué)傳感器

傳感器的作用是接收被分解的光，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室光譜儀大多使用處理性能好、識(shí)別速度快、高分辨率和高精度的傳感器，但這類(lèi)傳感器需要一定的光學(xué)空間進(jìn)行前半程的分光過(guò)程，并且價(jià)格成本高，一定程度上也會(huì)提升光譜儀的成本

虹科便攜式光譜儀中采用一種機(jī)器視覺(jué)傳感器，這類(lèi)傳感器被大量地用于工業(yè)、智能手機(jī)、智能電腦的視覺(jué)檢測(cè)中，在保證較高水準(zhǔn)的分辨率前提下，性價(jià)比大大提升。這種2D傳感器能夠縱向處理軸向透射柵格的光譜衍射圖像，對(duì)亮條紋的地方標(biāo)記為白色區(qū)域，暗條紋的地方標(biāo)記為黑色區(qū)域，多線同時(shí)處理信號(hào)，有效地提高信噪比和分析速率，即使是在較弱光線中也能具有良好的性能

模塊化

虹科便攜式光譜儀第三大優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在光譜儀的模塊化。當(dāng)我們進(jìn)行物質(zhì)分析時(shí)，可能需要不同種類(lèi)的光譜儀，如白光激發(fā)、紫外激發(fā)、激光激發(fā)或比色皿分析等，來(lái)進(jìn)行不同的分析過(guò)程。如果是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室光譜儀，不同的測(cè)量就需要多個(gè)光譜儀才能實(shí)現(xiàn)。虹科便攜式光譜儀提供多個(gè)模塊化測(cè)量組件，并且與光譜儀基礎(chǔ)模塊兼容。只需一個(gè)基礎(chǔ)模塊，您可以使用模塊化的測(cè)量組件，實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試和分析過(guò)程。這種測(cè)量方式極大地提升了使用的便攜性，能夠有效地降低購(gòu)買(mǎi)多種光譜儀的成本，節(jié)約很大的實(shí)驗(yàn)室空間。

虹科便攜式光譜儀產(chǎn)品

GoSpectro：手持式光譜儀

GoSpectro是一款將任何智能手機(jī)或平板電腦變成超緊湊且功能強(qiáng)大的手持式光譜儀的設(shè)備，在“探測(cè)器和傳感器”類(lèi)別的“棱鏡獎(jiǎng)”中獲得一等獎(jiǎng)

這種革命性的器件能夠以無(wú)與倫比的緊湊性對(duì)光源進(jìn)行光譜表征以及發(fā)射、透射或反射的測(cè)量光譜，是不同設(shè)置下和不同場(chǎng)景下測(cè)量光譜的理想伴侶

GoSpectro在整個(gè)可見(jiàn)光范圍（400 nm-750 nm）上都很靈敏，光譜分辨率小于10 nm，再現(xiàn)性為1 nm。

紫外/可見(jiàn)光光譜儀

IndiGo 是一款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的模塊化、便攜式的光譜儀，體積只有手掌大小，通過(guò)USB-C與電腦連接，通過(guò)藍(lán)牙與智能手機(jī)連接。

該光譜儀允許測(cè)量 370 nm至 810 nm的發(fā)射、吸收或透射光譜，分辨率(FWHM)為 1.5 nm。

我們提供多個(gè)與 IndiGo核心 兼容的模塊，這將允許您使用光譜儀進(jìn)行多種模式的測(cè)量：光纖適配器、UVA-LED光源模塊、UAB/UVB-LED光源模塊、激光誘導(dǎo)熒光(LIF)、基于比色皿的化學(xué)分析模塊

紅外光譜儀

IndiGo NIR是一款便攜式、連接式、價(jià)格合理的近紅外光譜器。它通過(guò)藍(lán)牙連接到智能手機(jī)、平板電腦或有線連接到 PC。

這款光譜儀可以測(cè)量從 720nm到 1040nm的發(fā)射、吸收和透射光譜，分辨率 (FWHM)約為 2nm。

我們還提供 IndiGo NIR兼容的模塊，如：固體上的近紅外反射、比色皿中液體的近紅外吸收/反射，為您提供光譜儀的額外功能。

工業(yè)OEM光譜儀

該光譜儀是一款緊湊型透射光譜儀，能夠測(cè)量從 380 nm - 720 nm的發(fā)射、吸收或透射光譜，光譜分辨率 (FWHM)為 0.8nm至 3nm。IndiGo OEM UV/Vis與多種光譜分析應(yīng)用程序兼容。它可以在實(shí)驗(yàn)室中使用，也可以作為工業(yè)應(yīng)用的集成解決方案。

審核編輯 黃昊宇