CN112067127B - 一种狭缝型光谱仪实时定标装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对狭缝型光谱仪的实时定标装置，可在光谱仪在目标景物光谱数据采集的同时获取到标准定量化光谱数据，从而实现了光谱仪的实时定标。该装置包括激光器、标准谱线灯、光纤整合器、第一光纤、第二光纤、光纤调节机构以及反射棱镜；激光器、标准谱线灯分别通过两根第一光纤与光纤整合器的光输入端连接，两根第二光纤的输入端均与光纤整合器的光输出端连接，两根第二光纤的光输出端分别通过一个光纤调节机构安装于待标定狭缝型光谱仪的狭缝两端；每个光纤调节机构上均安装有反射棱镜；第二光纤的输出光经反射棱镜反射后再通过狭缝被待标定狭缝型光谱仪的探测器感光元件接收。

Description

一种狭缝型光谱仪实时定标装置

技术领域

本发明属于光谱成像领域，涉及一种针对狭缝型光谱仪的实时定标装置。

背景技术

成像光谱仪把传统的二维成像遥感技术和光谱技术有机的结合在一起，在成像***获得目标景物空间信息的同时，通过光谱仪***把目标景物的光谱辐射分解成许多相邻接的狭窄光谱波段的辐射，获得每个目标景物像元的光谱信息。成像光谱仪输出的数字量(即DN值)是目标景物光谱亮度经过光学***、探测器、电子学放大、A/D转换后产生的数字，无量纲，其值不等于目标景物的辐射量值，为获取目标景物的准确辐射量值，必须对光谱仪进行定标，从而获得被测目标景物辐射亮度和输出DN值之间的定量关系，反演出目标景物的真实辐射亮度。

光谱仪定标主要包括光谱定标和辐射定标，其中，光谱定标和辐射定标又分别分为实验室定标、机上/星上定标、定标场定标等几种实现方式。针对使用较多的狭缝型光谱仪的定标，采用的方法为实验室定标，部分狭缝型光谱仪也采用了光纤引入标准光源的实时定标方式，如专利CN203132697U提出的《一种实时在轨光谱定标装置》，但上述专利提出的定标装置标准光源采用的是积分球加滤光片的方式，此种方式在实际应用过程中仍然存在以下不足：

一是上述定标装置中积分球滤光片受使用周期和环境影响较大，短周期及长周期下稳定性较低；

二是上述定标装置采用的积分球体积较大，且积分球、滤光片、光纤之间的连接结构复杂，这不仅增加了设备成本，也大大降低了设备的便捷性及通用性；

三是上述定标装置中未提及光纤出光口与狭缝位置的对接方式，而这恰恰是决定定标效果的一个关键技术。

发明内容

为了解决现有狭缝型光谱仪定标方式无法满足光谱仪光谱定标实时性要求、且结构复杂成本较高以及定标效果准确度、稳定性较差的问题，本发明提出了一种针对狭缝型光谱仪的实时定标装置，最终可实现光谱仪在目标景物光谱数据采集的同时获取到标准定量化光谱数据，以此校准所采集的目标景物光谱数据。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种狭缝型光谱仪实时定标装置，包括激光器、标准谱线灯、光纤整合器、光纤、光纤调节机构以及反射棱镜；

激光器通过一根第一光纤与光纤整合器的光输入端连接，标准谱线灯通过另一根第一光纤与光纤整合器的光输入端连接；两根第二光纤的输入端均与光纤整合器的光输出端连接，两根第二光纤的光输出端分别通过一个光纤调节机构安装于待标定狭缝型光谱仪的狭缝两端；

所述每个光纤调节机构上均安装有反射棱镜；第二光纤的输出光经反射棱镜反射后再通过狭缝被待标定狭缝型光谱仪的探测器感光元件接收；

光纤调节机构用于对两根第二光纤输出端进行二维调整和位置固定，使得两根第二光纤输出光在待标定狭缝型光谱仪的探测器感光元件上的准确定位。

进一步地，为了使光纤调节机构满足调节方便以及结构紧凑的设计要求，上述光纤调节机构包括主体安装块、y向调节块、x向调节块、y向调节结构以及x向调节结构；

所述主体安装块包括x向固定梁以及固定于x向固定梁两端的y向导向梁；x向固定梁固定于待标定狭缝型光谱仪的狭缝处，且两个y向导向梁位于狭缝两侧；

y向调节块位于两个y向导向梁之间并与x向固定梁保持平行，且y向调节块两端分别于两个y向导向梁滑动连接；x向固定梁和y向调节块的中部均设有长条孔；

x向调节块滑动安装于y向调节块上，且内部嵌装有反射棱镜；

y向调节结构用于调节y向调节块在y向导向梁上沿着y方向往复滑动；

x向调节结构用于调节x向调节块在y向调节块上沿着x方向往复滑动；

第二光纤的光输出端依次穿过x向固定梁、y向调节块上的通孔后***所述x向调节块内部并正对与所述反射棱镜。

进一步地，上述y向调节结构包括y向沉头螺钉以及y向弹簧；y向沉头螺钉的螺钉头安装于x向固定梁的沉孔内，其螺杆部穿过x向固定梁的沉孔后与所述y向调节块螺纹连接；y向弹簧位于所述x向固定梁和y向调节块之间，且一端与所述x向固定梁接触，另一端与y向调节块接触；

所述x向调节结构包括x向沉头螺钉以及x向弹簧；x向沉头螺钉的螺钉头安装于任意一个y向导向梁的沉孔内，其螺杆部穿过y向导向梁的沉孔后与所述x向调节块螺纹连接；x向弹簧位于所述y向导向梁和x向调节块之间，且一端与所述y向导向梁接触，另一端与x向调节块接触。

进一步地，为了使二维调节过程流畅、探测器的感光位置精准，上述y向调节块的两端与两个y向导向梁之间采用燕尾结构进行配合。

上述x向调节块与y向调节块之间采用燕尾结构进行配合。

进一步地，为了防止第二光纤位置和反射棱镜位置调节完成后发生跑偏的问题，该装置还包括x向锁紧定位机构以及y向锁紧定位机构；

x向锁紧定位机构包括x向压块以及x向压紧螺钉；所述x向压块一侧通过x向压紧螺钉固定于所述y向调节块上，x向压块另一侧压紧所述x向调节块；

y向锁紧定位机构包括y向压块以及y向压紧螺钉；所述y向压块一侧通过y向压紧螺钉固定于任意一个所述y向导向梁上，y向压块另一侧压紧所述y向调节块。

进一步地，上述第二光纤的输出端端面与所述反射棱镜的入射面接触并对齐。

进一步地，该装置还包括光纤锁止顶丝；光纤锁止顶丝与x向调节块螺纹连接，用于对第二光纤的位置进行固定。

本发明的有益效果在于：

1、本发明可实现狭缝型光谱仪的实时定标，通过对激光器和标准谱线灯间隔开启和关闭的方式，实现对光谱仪的光谱定标，从而保证所采集目标景物光谱数据的准确性，同时光纤调节机构实现了定标光源的二维调整和位置固定，此机构可实现定标光源在探测器感光元件上的准确定位，使得标定结果更加精准。

2、本发明将定标光源通过光纤和反射棱镜的方式引入到光学***中，具有结构简单、空间占用小的优点，可满足其在空间有限的狭缝型光谱仪中安装与使用。

3、本发明所使用的激光器和标准谱线灯均采用光纤连接的外置形式，可根据光谱探测范围选择不同的激光器和标准谱线灯进行更换，同时也方便对激光器和标准谱线灯进行拆卸维护。

4、本发明采用狭缝两端定标光源输入的方式，可在探测器空间维两端形成特征光谱，以此调高定标准确性。

附图说明

图1为狭缝型光谱仪定标装置的结构示意图；

图2为光纤调节机构的三维结构图；

图3为图2的俯视方向剖面图；

图4为图2的A向视图；

图5为图2的侧视方向剖面图。

附图标记如下：

1-激光器、2-标准谱线灯、3-光纤整合器、4-第一光纤、5-第二光纤、6-光纤调节机构、7-反射棱镜、8-狭缝型光谱仪、9-主体安装块、91-x向固定梁、92-y向导向梁、10-y向调节块、11-x向调节块、12-y向调节结构、13-x向调节结构、14-燕尾结构、15-长条孔、16-y向沉头螺钉、17-y向弹簧、18-x向沉头螺钉、19-x向弹簧、20-x向压块、21-x向压紧螺钉、22-y向压块、23-y向压紧螺钉、24-光纤锁止顶丝。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供了一种狭缝型光谱仪实时定标装置的具体实施例，如图1所示，包括激光器1、标准谱线灯2、光纤整合器3、第一光纤4、第二光纤5、光纤调节机构6以及反射棱镜7；

激光器1通过一根第一光纤4与光纤整合器3的光输入端连接，标准谱线灯2通过另一根第一光纤4与光纤整合器3的光输入端连接；两根第二光纤5的输入端均与光纤整合器3的光输出端连接，两根第二光纤5的光输出端各自通过一个光纤调节机构6安装于待标定狭缝型光谱仪8的狭缝两端；

每个光纤调节机构6上均安装有反射棱镜7；第二光纤5的输出光经反射棱镜7反射后再通过狭缝被待标定狭缝型光谱仪8的探测器感光元件接收；

光纤调节机构6用于对两根第二光纤5输出端进行二维调整和位置固定，使得两根第二光纤5输出光在待标定狭缝型光谱仪8的探测器感光元件上的准确定位。

光纤整合器3是由两个一分二光纤分路器组成，可将激光器和标准谱线灯的入射光线进行合成后分为两路输出。

激光器1和标准谱线灯2可根据待标定狭缝型光谱仪的光谱探测范围进行选型并更换。

该装置基本工作原理是：

激光器1和标准谱线灯2发出的光线分别通过第一光纤4传入光纤整合器3中，光纤整合器3输出端通过两根第二光纤5将整合完成的光线分别输入到待标定狭缝型光谱仪8狭缝两端，且位于光纤调节机构6上的反射棱镜7中，通过光纤调节机构6调节反射棱镜7的位置，从而实现定标光源在待标定狭缝型光谱仪8的探测器感光器件位置调整。

具体来说，如图2至图5所示，光纤调节机构6包括主体安装块9、y向调节块10、x向调节块11、y向调节结构12以及x向调节结构13；

主体安装块9整体呈U字形，具体包括x向固定梁91以及固定于x向固定梁91两端的y向导向梁92；x向固定梁91固定于待标定狭缝型光谱仪8的狭缝处，且两个y向导向梁92位于狭缝两侧；

y向调节块10位于两个y向导向梁92之间并与x向固定梁91保持平行，且y向调节块10两端分别于两个y向导向梁92滑动连接(为了使滑动过程更加流程，从而确保标定精度，本实施例中y向调节块10的两端与两个y向导向梁92之间采用燕尾结构14进行配合)；x向固定梁91和y向调节块10的中部均设有长条孔15(该长条孔的用途是为了给第二光纤5在x方向移动时提供移动的空间)；

x向调节块11滑动安装于y向调节块10上(为了使滑动过程更加流程，从而确保标定精度，本实施例中x向调节块11与y向调节块10之间采用燕尾结构14进行配合)，且内部嵌装有反射棱镜7，反射棱镜7可将第二光纤5输出的定标光源折转90度并从狭缝入射至待标定狭缝型光谱仪8探测器感光元件上；

y向调节结构12用于调节y向调节块10在y向导向梁92上沿着y方向往复滑动，在本实施例中y向调节结构12的具体结构为：y向沉头螺钉16以及y向弹簧17；y向沉头螺钉16的螺钉头安装于x向固定梁91的沉孔内，其螺杆部穿过x向固定梁91的沉孔后与所述y向调节块10螺纹连接；y向弹簧17位于所述x向固定梁91和y向调节块10之间，且一端与所述x向固定梁91接触，另一端与y向调节块10接触，调节时，旋转y向沉头螺钉16即可使得y向调节块10沿着y向导向梁92移动；

x向调节结构13用于调节x向调节块在y向调节块上沿着x方向往复滑动；在本实施例中x向调节结构包括x向沉头螺钉18以及x向弹簧19；x向沉头螺钉18的螺钉头安装于任意一个y向导向梁92的沉孔内，其螺杆部穿过y向导向梁92的沉孔后与所述x向调节块11螺纹连接；x向弹簧19位于所述y向导向梁92和x向调节块11之间，且一端与所述y向导向梁92接触，另一端与x向调节块11接触，调节时，旋转x向沉头螺钉18即可使得x向调节块11沿着y向调节块10移动，基于y向调节块10和x向调节块11的移动从而可带动第二光纤5和反射棱镜7随之移动；

为了确保防止第二光纤5位置和反射棱镜7位置调节完成后发生跑偏，从而影响标定结果的问题，本实施例中的标定装置中还增加了x向锁紧定位机构以及y向锁紧定位机构；

具体来说，x向锁紧定位机构包括x向压块20以及x向压紧螺钉21；x向压块20一侧通过x向压紧螺钉21固定于所述y向调节块12上，x向压块20另一侧压紧所述x向调节块11；

y向锁紧定位机构包括y向压块22以及y向压紧螺钉23；y向压块22一侧通过y向压紧螺钉23固定于任意一个所述y向导向梁92上，y向压块22另一侧压紧所述y向调节块12。

优选地，为了确保定标光源能垂直入射至反射棱镜7中，第二光纤5的输出端端面与所述反射棱镜7的入射面接触并对齐，为确保对齐后不会因为振动导致位置发生变化，因此本实施例中还设置了光纤锁止顶丝24，光纤锁止顶丝24与x向调节块11螺纹连接，用于对第二光纤5的位置进行固定。

Claims (7)

1.一种狭缝型光谱仪实时定标装置，其特征在于：包括激光器、标准谱线灯、光纤整合器、第一光纤、第二光纤、光纤调节机构以及反射棱镜；

激光器通过一根第一光纤与光纤整合器的光输入端连接，标准谱线灯通过另一根第一光纤与光纤整合器的光输入端连接；两根第二光纤的输入端均与光纤整合器的光输出端连接，两根第二光纤的光输出端分别通过一个光纤调节机构安装于待标定狭缝型光谱仪的狭缝两端；

每个光纤调节机构上均安装有反射棱镜；第二光纤的输出光经反射棱镜反射后再通过狭缝被待标定狭缝型光谱仪的探测器感光元件接收；

光纤调节机构用于对两根第二光纤输出端进行二维调整和位置固定，使得两根第二光纤输出光在待标定狭缝型光谱仪的探测器感光元件上的准确定位；

所述光纤调节机构包括主体安装块、y向调节块、x向调节块、y向调节结构以及x向调节结构；

所述主体安装块包括x向固定梁以及固定于x向固定梁两端的y向导向梁；x向固定梁固定于待标定狭缝型光谱仪的狭缝处，且两个y向导向梁位于狭缝两侧；

y向调节块位于两个y向导向梁之间并与x向固定梁保持平行，且y向调节块两端分别于两个y向导向梁滑动连接；x向固定梁和y向调节块的中部均设有长条孔；

x向调节块滑动安装于y向调节块上，且内部嵌装有反射棱镜；

y向调节结构用于调节y向调节块在y向导向梁上沿着y方向往复滑动；

x向调节结构用于调节x向调节块在y向调节块上沿着x方向往复滑动；

第二光纤的光输出端依次穿过x向固定梁、y向调节块上的通孔后***所述x向调节块内部并正对与所述反射棱镜。

2.根据权利要求1所述的狭缝型光谱仪实时定标装置，其特征在于：所述y向调节结构包括y向沉头螺钉以及y向弹簧；y向沉头螺钉的螺钉头安装于x向固定梁的沉孔内，其螺杆部穿过x向固定梁的沉孔后与所述y向调节块螺纹连接；y向弹簧位于所述x向固定梁和y向调节块之间，且一端与所述x向固定梁接触，另一端与y向调节块接触；

所述x向调节结构包括x向沉头螺钉以及x向弹簧；x向沉头螺钉的螺钉头安装于任意一个y向导向梁的沉孔内，其螺杆部穿过y向导向梁的沉孔后与所述x向调节块螺纹连接；x向弹簧位于所述y向导向梁和x向调节块之间，且一端与所述y向导向梁接触，另一端与x向调节块接触。

3.根据权利要求2所述的狭缝型光谱仪实时定标装置，其特征在于：所述y向调节块的两端与两个y向导向梁之间采用燕尾结构进行配合。

4.根据权利要求3所述的狭缝型光谱仪实时定标装置，其特征在于：所述x向调节块与y向调节块之间采用燕尾结构进行配合。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的狭缝型光谱仪实时定标装置，其特征在于：还包括x向锁紧定位机构以及y向锁紧定位机构；

x向锁紧定位机构包括x向压块以及x向压紧螺钉；所述x向压块一侧通过x向压紧螺钉固定于所述y向调节块上，x向压块另一侧压紧所述x向调节块；

y向锁紧定位机构包括y向压块以及y向压紧螺钉；所述y向压块一侧通过y向压紧螺钉固定于任意一个所述y向导向梁上，y向压块另一侧压紧所述y向调节块。

6.根据权利要求5所述的狭缝型光谱仪实时定标装置，其特征在于：还包括光纤锁止顶丝；光纤锁止顶丝与x向调节块螺纹连接，用于对第二光纤的位置进行固定。

7.根据权利要求6所述的狭缝型光谱仪实时定标装置，其特征在于：所述第二光纤的输出端端面与所述反射棱镜的入射面接触并对齐。

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