一种光谱仪器波长定标电控系统设计

  光谱仪器是一种利用光学色散原理，测定光谱的组成、获取光谱辐射强度与波长关系的仪器。光谱仪器的波长精度是光谱仪重要指标之一，它会受光机加工误差、装调误差、环境温度变化等的影响。为测试仪器的波长精度，国内对波长定标的方法和定标装置的设计   开展了较多研究。波长定标一般是对待定标光谱仪器进行波长驱动和光谱采集，通过判读获取谱线中已知的特征光谱的峰值波长位置来确定仪器的波长相对关系，如汞灯曲线中２５３．６５２ｎｍ，２９６．７２８ｎｍ等。在采用光谱扫描的方式进行波长定标时，除高稳定度的标准光源和漫反射白板等外，还必须有波长定标电控系统来实现光谱波长选择和光谱数据采集处理等功能。

  某２００～４００ｎｍ光栅式光谱仪器在完成光机装调后，为初步验证光机设计的正确性以及评价波长精度性能是达到设计要求，提出了一种对２００～４００ｎｍ 波段，光谱分辨率０．０２ｎｍ的光栅式光谱仪器定标电控系统设计，完成了波长标定工作，实现了对波长设计精度的验证。波长定标方法使用低压汞灯光源对光谱仪器进行波长定标，首先进行全谱测量，依据谱线中各个特征谱线相对位置确定出一个特征谱线波长，得到量获得测试波长λＴ值。用该特征谱线波长理论值λＳ与λＴ之差来修正波长原点λＯ （２００ｎｍ）。修正后进行多次重复该过程扫描获得新的λＴ，直到满足公式。λδ是光谱分辨率：｜λＴ －λＳ｜≤λδ 可视为该特征谱线波长定标满足要求。之后再标定２００～４００ｎｍ的其他特征谱线波长，直至全部待标定特征谱线波长均满足公式。最后综合分配各个特征谱线的实测值与理论真值的波长间隔，使各获取特征谱线与真值偏差达到最小，完成波长定标。可见，驱动波长的重复性是决定波长定标结果的重要因素。系统组成电控系统对２００～４００ｎｍ 波段，光谱分辨率０．０２ｎｍ的光谱仪器波长定标，按照上述测量方法，其应具有波长机构驱动、光谱采集、人机交互功能。波长驱动用于对光栅进行转动实现色散分光，光谱采集用于对探测器信号的光电转换后的电流值量化，人机交互是使用者操作波长定标电控系统方式和获取直观波长与光谱关系的途径。  

   综上，系统由人机交互界面软件、波长驱动单元和光谱采集单元组成，人机交互界面通过串口发送相应的协议控制波长驱动单元和光谱采集单元的工作，接收操作者输入的工作指令、显示波长和光谱数据信息。波长驱动单元控制步进电机驱动器使步进电机带动光栅进行分光，通过查询光电开关进行波长零点（２００ｎｍ）定位。它接收人机交互界面发送的正转、反转、寻零、脉冲频率调整等指令。为使提高测量精度，采用步进电机每步４细分方式。光谱采集单元采用吉时利静电计６５１７Ａ，为光谱仪器的光电倍增管提供１ｋＶ的精密高压，负责测量其输出的电流值，通过串口将光谱数据返回给人机交互界面进行数据显示。