CN217638695U - 覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***及装置，其中***包括一罗兰分光光路和一平场光路，罗兰分光光路包括罗兰圆、凹面光栅、入射狭缝以及罗兰圆谱面和CCD采集器，平场光路设置于罗兰圆水平直径上方且与罗兰分光光路位于同一平面，其包括：零级反射镜，位于凹面光栅出射的零级光线路径上；二次分光狭缝，位于所述零级反射镜的反射光路上，且光线从零级反射镜到二次分光狭缝的距离与零级反射镜中心到罗兰圆的距离相等；二次分光光栅，设置于二次分光狭缝的出射光线路径上；平场光路谱面和CCD采集器，设置于二次分光光栅的出射光路上，且位于靠近罗兰圆水平直径处。

Description

覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***及装置

技术领域

本实用新型涉及油液发射光谱仪分光***领域，具体而言，涉及一种覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***及装置。

背景技术

油液发射光谱仪，用于测量机械设备润滑油里面的金属成分，进而间接获知其机械磨损程度，对设备的维护提供信息。由于分析金属成分的发射光谱属原子光谱，其谱线是锐线光谱，对光谱仪分辨率要求较高。而润滑油中元素分析，需要波段覆盖200-900nm。

现有的宽波段原子发射光谱分光***常有以下两种方式：

1)只采用单个罗兰分光***，如图1所示，光电接收器采用光电倍增管或CCD采集器。罗兰分光***分辨率高，但光谱覆盖范围相对较窄，在采集600nm以上波段时，采集器防止倾斜角度过大，导致其灵敏度和分辨率很差，且空间排布困难。因此这种分光***在保证油液光谱分析的分辨率的基础上，不能覆盖200-900nm的波段范围；或者为了达到波段覆盖而采用低密度刻线(如低色散)光栅，从而导致分辨率不能满足分析的要求。

2)采用罗兰光路与平场光路相结合，如图2所示，光电接收器采用光电倍增管，且平场光路与罗兰光路位于不同的平面。此分光***相比图1的分光***的面积更小，波段覆盖范围更宽。但由于罗兰光路与平场光路两个分光路是处于不同的水平面的，使得其需要设置2个光室，会造成两个分光光路的波动大小或方向不一致，抗震性能较差，从而影响分析结果。此外，为了保证光路的性能，这种分光***所需要的加工精度和装配技术更高，纵向高度的增高也会使得其总体积更大。若采用光电倍增管采集器，光电倍增管体积的占用使得接收波段不连续，造成波段浪费，影响分析元素谱线的选择，背景和内标扣除会产生误差，且各部件位置设计也会较为复杂。

因此，业内需要一种能够覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***以解决现有技术的不足。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***及装置，通过在罗兰光栅分光光路***上，把零级光谱利用起来，使罗兰分光***用于200nm-600nm的中短波的光谱分析，用零级光谱再次分光，用于600nm-900nm的长波的光谱分析，从而使分光***能够满足油液发射光谱仪对整个波段的测量需求。并且通过将两个分光光路的光轴设置于同一光学平面，共用同一光学底板，使得整个光路可以位于同一光室，温控一致，且易于加工和装配，稳定性更好。同时，本实用新型的光路纵向高度比采用罗兰光路与平场光路结合的方式减少了一个光室的高度，占用总体积更小，结构更紧凑。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***，其包括一罗兰分光光路和一平场光路，其中，所述罗兰分光光路包括一罗兰圆、设置于所述罗兰圆水平直径左侧的凹面光栅、设置于所述罗兰圆下半圆上的入射狭缝以及设置于所述罗兰圆圆弧面上的罗兰圆谱面和CCD采集器，其中所述凹面光栅的法线与所述罗兰圆的水平直径重叠；其中：

所述平场光路，设置于所述罗兰圆水平直径上方且与所述罗兰分光光路位于同一平面，其包括：

零级反射镜，位于所述凹面光栅出射的零级光线路径上；

二次分光狭缝，位于所述零级反射镜的反射光路上，且光线从所述零级反射镜到所述二次分光狭缝的距离与所述零级反射镜中心到所述罗兰圆的距离相等；

二次分光光栅，设置于所述二次分光狭缝的出射光线路径上；以及

平场光路谱面和CCD采集器，设置于所述二次分光光栅的出射光路上，且位于靠近所述罗兰圆水平直径处。

在本实用新型一实施例中，其中，所述二次分光光栅为平场光栅。

在本实用新型一实施例中，其中，所述二次分光光栅的焦距为58mm。

在本实用新型一实施例中，其中，所述罗兰圆的直径为400mm。

在本实用新型一实施例中，其中，从所述入射狭缝进入的入射光与所述凹面光栅的法线夹角为41.8°，从所述凹面光栅出射到所述零级反射镜的零级光与所述凹面光栅的法线夹角为41.8°，所述零级光与所述零级反射镜的反射光之间的夹角为139°。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种应用了前述覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***的装置，其还包括：

一光学底板，设置于所述覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***下；以及

一平场光路遮光罩，设置于所述二次分光狭缝、所述二次分光光栅及所述平场光路谱面和CCD采集器的外部，用于遮蔽所述罗兰分光光路与所述平场光路相互间的光线干扰。

本实用新型的覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***及装置，与现有技术相比其优点在于，罗兰分光光路和平场光路位于同一平面中，其中罗兰分光***用于200nm-600nm的中短波的光谱分析，用零级光谱再次分光，把零级光的长波部分利用起来，就补充了其长波的光谱，用于600nm-900nm的长波的光谱分析，从而使分光***能够满足油液发射光谱仪对光谱分辨率的要求及波段范围的测量需求。且通过精细设置各个参数，使得波段覆盖200-900nm的情况下，分辨率更高，可以满足油液发射光谱的要求，使总体积更小，结构更稳定，成像形变更小，从而提升***测量的稳定性和重复性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有采用单个罗兰分光***的示意图；

图2为现有采用罗兰光路与平场光路结合的示意图；

图3为本实用新型一实施例的光路***原理图；

图4为本实用新型一实施例的装置结构图。

附图标记说明：1-入射狭缝；2-凹面光栅；3-零级反射镜；4-二次分光狭缝；5-二次分光光栅；6-平场光路谱面和CCD采集器；7-罗兰圆谱面和CCD采集器；10-罗兰圆；11-光学底板；12-平场光路遮光罩。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图3为本实用新型一实施例的光路***原理图，如图3所示，本实施例提供一种覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***，其由一个罗兰分光光路和一个位于同一平面中的平场光路组成，利用二次分光将其零级光谱里的长波部分进行分光利用，进而扩大了波长范围，满足油液发射光谱仪的要求，其具体包括：

一罗兰分光光路，其包括一罗兰圆10、设置于罗兰圆10水平直径左侧的凹面光栅2、设置于罗兰圆10下半圆上的入射狭缝1以及设置于罗兰圆10圆弧面上的罗兰圆谱面和CCD采集器，其中凹面光栅2的法线与罗兰圆10水平直径重叠；

一平场光路，设置于罗兰圆10水平直径上方且与所述罗兰分光光路位于同一平面，其包括：

零级反射镜3，位于凹面光栅2出射的零级光线路径上；

二次分光狭缝4，位于零级反射镜3的反射光路上，且光线从零级反射镜3到二次分光狭缝4的距离与零级反射镜3中心到罗兰圆10的距离相等；其中，零级反射镜3中心到罗兰圆10的距离可以看成是从凹面光栅2射出的零级光线到达零级反射镜3后的延长线，其长度如图3表示为a，光线从零级反射镜3到二次分光狭缝4的距离也为a，二者是相等的。

二次分光光栅5，设置于二次分光狭缝4的出射光线路径上；以及

平场光路谱面和CCD采集器6，设置于二次分光光栅5的出射光路上，且位于靠近罗兰圆10水平直径处。

在本实施例中，其中，二次分光光栅5为平场光栅。

在本实施例中，其中，二次分光光栅5的焦距为58mm。

在本实施例中，其中，罗兰圆10的直径为400mm。

在本实施例中，其中，从入射狭缝1进入的入射光与凹面光栅2的法线夹角为41.8°，从凹面光栅2出射到零级反射镜3的零级光与凹面光栅2的法线夹角为41.8°，零级光与零级反射镜3的反射光之间的夹角为139°。

本实施例将罗兰光路和位于同一平面的平场光路相结合，利用零级光谱，通过在零级光路上设置零级反射镜3，将零级光反射到二次分光狭缝4，光线从零级反射镜3到二次分光狭缝4的距离与零级反射镜3到罗兰圆10的距离(零级光线的延长线方向)相等；使零级反射光经二次分光狭缝4后照射到二次分光光栅5(平场光栅)，再经二次分光光栅5(平场光栅)分光后，成像在CCD上。平场光路部分的CCD设置在罗兰圆中且靠近入射光的一侧，使得整体光路的面积不增加，而整个光路***的波段可覆盖罗兰光路谱面接收范围(200-600nm)和平场光路谱面接收范围(400-900nm)，从而达到总光路***波段范围200-900nm。

图4为本实用新型一实施例的装置结构图，如图4所示，本实施例提供一种应用前述覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***的装置，其包括：

一光学底板11，设置于所述覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***下，用于设置分光***中的各组件；

一平场光路遮光罩12，设置于二次分光狭缝4、二次分光光栅5及平场光路谱面和CCD采集器6的外部，用于遮蔽罗兰分光光路与平场光路相互间的光线干扰。

本实施例由于罗兰分光光路和平场光路位于同一平面中，因此罗兰分光光路和平场光路共用同一光学底板。利用零级光谱，在零级光路上设置零级反射镜3，将零级光反射到二次分光狭缝4，光线从零级反射镜3到二次分光狭缝4的距离与零级反射镜3到罗兰圆10的距离(零级光线的延长线方向)相等，零级反射光经二次分光狭缝4后照射到二次分光光栅5(平场光栅)，经平场光栅分光后，成像在CCD上。平场光路部分的CCD设置在罗兰圆10中且靠近入射光的一侧，平场光路外设置有平场光路遮光罩12，遮蔽罗兰分光光路与平场光路相互间的光线干扰。罗兰圆直径400mm，入射光与凹面光栅2法线夹角为41.8°，零级光与零级反射光所成夹角为139°。本实施例以此设置的装置可用于油液发射光谱仪中。

本实用新型的覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***及装置，罗兰分光光路和平场光路位于同一平面中，其中罗兰分光***用于200nm-600nm的中短波的光谱分析，用零级光谱再次分光，把零级光的长波部分利用起来，就补充了其长波的光谱，用于600nm-900nm的长波的光谱分析，从而使分光***能够满足油液发射光谱仪对光谱分辨率的要求及波段范围的测量需求。通过精细设置各个参数，使得波段覆盖200-900nm的情况下，分辨率更高，可以满足油液发射光谱的要求，且使总体积更小，结构更稳定，成像形变更小，从而提升***测量的稳定性和重复性。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***，其包括一罗兰分光光路和一平场光路，其中，所述罗兰分光光路包括一罗兰圆、设置于所述罗兰圆水平直径左侧的凹面光栅、设置于所述罗兰圆下半圆上的入射狭缝以及设置于所述罗兰圆圆弧面上的罗兰圆谱面和CCD采集器，其中所述凹面光栅的法线与所述罗兰圆的水平直径重叠，其特征在于，

所述平场光路，设置于所述罗兰圆水平直径上方且与所述罗兰分光光路位于同一平面，其包括：

零级反射镜，位于所述凹面光栅出射的零级光线路径上；

二次分光狭缝，位于所述零级反射镜的反射光路上，且光线从所述零级反射镜到所述二次分光狭缝的距离与所述零级反射镜中心到所述罗兰圆的距离相等；

二次分光光栅，设置于所述二次分光狭缝的出射光线路径上；以及

平场光路谱面和CCD采集器，设置于所述二次分光光栅的出射光路上，且位于靠近所述罗兰圆水平直径处。

2.根据权利要求1所述的覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***，其特征在于，所述二次分光光栅为平场光栅。

3.根据权利要求1所述的覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***，其特征在于，所述二次分光光栅的焦距为58mm。

4.根据权利要求1所述的覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***，其特征在于，所述罗兰圆的直径为400mm。

5.根据权利要求1所述的覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***，其特征在于，从所述入射狭缝进入的入射光与所述凹面光栅的法线夹角为41.8°，从所述凹面光栅出射到所述零级反射镜的零级光与所述凹面光栅的法线夹角为41.8°，所述零级光与所述零级反射镜的反射光之间的夹角为139°。

6.一种覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光装置，其包括权利要求1～5任一项所述的覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***，其特征在于，还包括：

一光学底板，设置于所述覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光***下；以及

一平场光路遮光罩，设置于所述二次分光狭缝、所述二次分光光栅及所述平场光路谱面和CCD采集器的外部，用于遮蔽所述罗兰分光光路与所述平场光路相互间的光线干扰。

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