CN101666679A - 一种基于窄带led光源组的准连续分光*** - Google Patents

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陈华才
蒋家新
金尚忠
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Abstract

本发明公开了一种基于窄带LED光源组的准连续分光***，包括窄带LED光源组、LED光源驱动电路、LED安装板、步进电机、控制***，窄带LED光源组由若干个窄带LED光源组成，窄带LED光源按中心波长递增或递减的顺序安装在LED安装板上并与LED光源驱动电路相连，步进电机驱动LED安装板移动，控制***使移动到位的LED光源驱动电路导通；步进电机的转速和停止时间由控制***控制。本发明无单独的分光部件，光路结构简单紧凑，光源稳定可靠，耗电极低，扫描速度快，特别适合于作为便携式光谱仪的光源和分光***，可以广泛用于紫外－可见光光谱仪和近红外光谱仪中。

Description

一种基于窄带LED光源组的准连续分光***
技术领域
本发明涉及一种准连续分光***，尤其是一种基于窄带LED光源组的准连续分光***。
背景技术
在紫外-可见光-近红外分光光谱仪中，主要采用宽带连续复合光源(氘灯和卤钨灯)，并采用棱镜扫描分光-光电倍增管检测、光栅扫描分光-光电倍增管检测、光栅分光-光电二极管阵列(PDA)或线阵CCD检测以及傅立叶变换等分光***获得连续单色光。这些方法具有各自的优缺点。氘灯和卤钨灯作为宽带光源，具有光辐射较强，波长范围广(190nm～2500nm)等优点，但也具有发热量大、光强不稳定、寿命短等缺点。棱镜扫描分光-光电倍增管检测分光***结构简单，但分光精度较差。光栅扫描分光-光电倍增管检测分光***具有较高的分光精度，但光栅结构复杂，二次衍射干扰严重、单块光栅波长范围有限。傅立叶变换分光***结构和工艺复杂，对工作环境要求高，稳定性较差，成本高。以上三种分光***都有移动部件，光路结构复杂，仪器稳定性较差，不适合做成便携式光谱仪。光栅分光-PDA检测或线阵CCD检测***中没有移动部件，可以做成便携式光谱仪，但PDA检测器和线阵CCD检测器价格较高，光栅分光***比较复杂。
发明内容
本发明提供一种无分光器件、体积小、重量轻、稳定性好的LED准连续分光***。
一种基于窄带LED光源组的准连续分光***，其特征在于：包括窄带LED光源组、LED光源驱动电路、LED安装板、步进电机、控制***，窄带LED光源组由若干个窄带LED光源组成，窄带LED光源按中心波长递增或递减的顺序安装在LED安装板上并与LED光源驱动电路相连，步进电机驱动LED安装板移动，控制***使移动到位的LED光源驱动电路导通；步进电机的转速和停止时间由控制***控制。
LED安装板可以是圆盘形的，沿圆周设有若干个安装孔用于安装窄带LED光源。圆盘形安装板的旋转移动比较方便迅速。
LED安装板还可以是方形的，设有若干安装孔按列阵式排列用于安装窄带LED光源。列阵式排列可以安装更多的LED光源。
LED光源种类多、波长范围广、波长间隔小，带宽窄、响应特别快(10-6～10-7s，μs级)。窄带LED光源光谱带宽小于20nm，波长精度高；发散角小。
LED光源组的中心波长范围为200nm～2500nm，包括了紫外-可见光和近红外光。
优选地，LED光源组由5-500个窄带LED光源组成，这样能同时满足精度高、准连续、波长范围广的要求。
LED光源组的窄带LED光源可按中心波长的任意间隔递增或递减的顺序安装在LED安装板上，间隔优选为5～50nm，可实现波长的准连续。
LED光源驱动电路采用恒流源电路，由控制***控制其开关，产生的光单色性好、光强稳定、一致，***稳定性好。
LED光源发光后，经过准直透镜组进行准直，得到平行的光束，并由出射狭缝控制出射光强度。
由于***中无单独的分光部件，光路结构简单紧凑，光源稳定可靠，耗电极低，扫描速度快，特别适合于作为便携式光谱仪的光源和分光***，可以广泛用于紫外-可见光光谱仪和近红外光谱仪中。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的结构示意图。
图2为图1所示LED安装板的结构示意图。
图3为本发明第二种实施方式的结构示意图。
图4为图3所示LED安装板的结构示意图。
图5为LED恒流源电路图。
图6为本发明第一种实施方式所获得的单色光谱图。
图7为本发明第二种实施方式所获得的单色光谱图。
具体实施方式
本发明的一种实施方式的结构示意图如附图1所示，LED准连续分光***包括由50个窄带LED光源1组成的窄带LED光源组，LED光源恒流驱动电路4、圆盘形LED安装轮2、步进电机3、出射狭缝5、准直透镜组7和控制***6。窄带LED光源组中心波长大小间隔20nm的递增顺序等距离安装在圆形LED安装轮2上，LED光源的光谱带宽为15nm，发散角为10°，LED光源组的中心波长范围为800nm～1780nm，步进电机3驱动LED安装轮2旋转，LED光源1采用恒流源4驱动，恒流源4驱动由控制***6控制，并与每个LED光源1相连。当某个LED光源1转动到出射狭缝5的中心位置时，步进电机3停止转动，控制***6使该LED恒流源4驱动电路导通，LED光源1点亮，产生单色光。步进电机3的转速和停顿时间由控制***6控制。LED光源1点亮后，产生的单色光还通过准直透镜组7准直后形成平行光。控制***采用ARM7嵌入式***。圆盘形LED安装轮2的结构示意图如图2所示，外周上的等距离安装孔用于安装LED光源1，内轴位置安装步进电机3。
本发明的另一种实施方式的结构示意图如附图3所示，LED准连续分光***包括由100个窄带LED光源1组成的LED光源组，LED列阵安装板2，LED光源恒流源4、数控步进电机3、控制***6、准直透镜组7、出射狭缝5。窄带LED光源组按中心波长大小间隔10nm的递减顺序，10行10列安装在LED列阵安装板2上，通过印刷电路与恒流源4相连，实现恒流驱动和开关控制。LED光源1的光谱带宽为8nm，发散角为8°，采用20mA恒流源4驱动，LED光源组的中心波长范围为1390nm～400nm。数控步进电机3驱动LED列阵安装板2移动，当某个LED光源1转动到出射狭缝5的中心位置时，控制***6使该LED恒流源4驱动电路导通，LED光源1点亮，产生单色光。控制***6控制数控步进电机来精确控制LED列阵安装板2的移动和定位。LED光源1点亮后，产生的单色光还通过准直透镜组7准直后形成平行光，由出射狭缝5调节出射光强度。控制***采用ARM7嵌入式***。
列阵LED安装板2的结构示意图如图4所示。LED光源1等距离10行10列安装在LED列阵安装板2上，恒流源4通过印刷电路与每个LED光源1相连，实现单独供电和开关控制。
图5是本发明实施例所采用的恒流源电路图。恒流源芯片采用AMC7110DB，输出恒流电流20mA。管脚1，2为电流输入，LEDEN为高频开关，接控制***；4、5、6分别接三个LED电源1，提供20mA恒流驱动。根据LED数量的多少，可以采用多个恒流源模块并联供电。
图6是本发明实施例1所得到的准连续光谱图，LED光源组的波长间隔为20nm，中心波长范围为800nm～1780nm。
图7是本发明实施例2所得到的准连续光谱图，LED光源组的波长间隔为10nm，中心波长范围为1390nm～400nm。

Claims (9)

1、一种基于窄带LED光源组的准连续分光***，其特征在于：包括窄带LED光源组、LED光源驱动电路、LED安装板、步进电机、控制***，窄带LED光源组由若干个窄带LED光源组成；窄带LED光源按中心波长递增或递减的顺序安装在LED安装板上并与LED光源驱动电路相连；步进电机驱动LED安装板移动，控制***使移动到位的LED光源驱动电路导通；步进电机的转速和停止时间由控制***控制。
2、如权利要求1所述的准连续分光***，其特征在于：所述的LED安装板为圆盘形，沿圆周设有若干个安装孔用于安装窄带LED光源。
3、如权利要求1所述的准连续分光***，其特征在于：所述的LED安装板为方形，设有若干安装孔按列阵式排列用于安装窄带LED光源。
4、如权利要求1所述的准连续分光***，其特征在于：所述的窄带LED光源的光谱带宽小于20nm，发散角小于15°。
5、如权利要求1所述的准连续分光***，其特征在于：所述的LED光源组的中心波长范围为200nm～2500nm。
6、如权利要求1所述的准连续分光***，其特征在于：所述的窄带LED光源组由5-500个窄带LED光源组成。
7、如权利要求1所述的准连续分光***，其特征在于：所述的LED光源组中窄带LED光源按中心波长间隔为5～50nm递增或递减。
8、如权利要求1所述的准连续分光***，其特征在于：所述的LED光源驱动电路采用恒流源电路。
9、如权利要求1所述的准连续分光***，其特征在于：所述的LED光源发光后，通过准直透镜组进行准直，出射光强度由出射狭缝调节。
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