智能光栅单色仪的波长校正设备及其方法的制作方法

本技术属于波长自动校正装置及方法，特别涉及的是智能光栅单色仪的波长校正装置及其方法。本技术是在光栅单色仪的基础上加装了温度传感器、数显温度计、A/D变换、计算机接口以及波长校正程序构成新装置，利用温度、波长、单色仪的各种系统误差与出射光“波长漂移”间的函数关系式，通过电脑控制光栅旋转，可以将温度、波长的变化以及系统误差引起的光栅单色仪出射光波长的变化降到±0.05埃以内。本技术结构简单、安全、预热时间短。

技术要求1.一种智能光栅单色仪的波长校正装置，主要由

A.用于分光的光栅单色仪；

B.测光系统，包括检测器和光电转换装置；

C.驱动光栅旋转的控制系统；

D.CPU主机及显示器；

E.键盘；

F.打印机；

组成，其特征在于：G.在单色仪腔内装有可以采集温度信号T的温度传感器，温度信号T通过与装置中装设的数显温度计、A/D变换器和计算机接口，输入到CPU主机

上，温度传感器、数显温度计、A/D变换器、计算机接口、CPU主机它们之间通过导线电连接；

H.CPU主机内装有单色仪对输入的出射光波长λ(I)进行波长校正的程序：a.根据出射光波长λ(I)、温度T、波长飘移Δλ(I)三个变量间的变化规律，即

光栅单色仪的出射光波长飘移值随出射光波长的增加而减小，随温度升高而增大的关系，制定了程序中的函数关系式可以是：

①温度T与波长飘移Δλ间的函数关系可以用M阶多项式来近似：Δλ＝α0＋α1T＋α2T2＋……＋αMTM其中系数可以通过以下方程联立解出：其中 (m＝0－(M＋M))(N为测量次数)②波长λ与波长飘移Δλ间的函数关系可以用M阶多项式来逼近：Δλ＝α0＋α1λ＋α2λ2＋……＋αMλM其中系数可以通过以下方程联立解出：其中 (m＝0－(M＋M)) (N为测量次数)b.根据出射光波长λ(I)、室温T、波长飘移Δλ(I)三个变量间的变化规律，确定了出射光波长飘移值Δλ(I)是波长变化对波长飘移的贡献Δλ1(I)与温度

变化对波长飘移的贡献D之和，即：Δλ(I)＝Δλ1(I)＋Dc.根据输入的出射光波长与校正波长间相差一个波长飘移的关系确定波长校正值。即：

λ1(I)＝λ(I)＋Δλ(I)d.CPU主机将输入的出射光波长λ(I)进行波长校正程序运算，并将运算出的校正波长λ1(I)值输给驱动光栅旋转的控制系统，使波长为λ(I)的出射光

经光栅单色仪的出射狭缝顺序射出，通过测光系统将波长λ(I)、校正波长λ1(I)、光强以及谱图输给显示器和打印机。

2.根据权利要求1所述的一种智能光栅单色仪的波长校正装置，其特征在于温度T和波长飘移ΔλT之间的函数关系式可以是：

ΔλT＝α0＋α1T＋α2T2……(1)以及波长λ和波长飘移Δλ之间的函数关系式可以是：

Δλ1＝α0＋α1λ＋α2λ2……(2)(1)式和(2)式中的系数α0，α1和α2都按以下公式计算A11))]-(∑2)(A2－A0)/(A12－A11)}/(∑0)……(3)α1＝A0/A3－

A11(A2－A0)/A3(A12－A11)……(4)α2＝(A2－A0)/(A12－A11)……(5)其中：A11＝(∑2)(∑1)－(∑0)(∑3)A12＝[(∑2)(∑3)－(∑1)(∑4)][(∑1)2－(∑0)(∑2)]/

[(∑2)2－(∑1)(∑3)](∑0)(∑2)]}/[(∑2)2－(∑1)(∑3)]A3＝(∑1)2－(∑0)(∑2)其中，对(1)式 (m＝0-4) (N为测量次数)对(2)式： (m＝0-4) (N为测量次数)3.应用智能光栅单色仪的波长校正装置测定出射光波长λ(I)的校正波长λ1(I)，该装置的CPU主机将出射光波长值λ(I)的校正波长λ1(I)值传送给驱动光

栅旋转的控制系统，控制光栅旋转，在I个位置停留t(I)秒，使波长为λ(I)的I个出射光依次通过出射狭缝，经测光系统将波长λ(I)，校正波长λ1(I)、光强以及谱图输给显示器、打印机，其特征在于，λ1(I)值是该装置运行全自动波长校正方法(A)取得的，校正方法的步骤如下：

A.通过键盘输入所要求的I个出射光波长值λ(I)及停留时间t(I)；

B.通过温度传感器读取稳定的温度信号T，该信号经过数显温度计，再经过A/D转换线路及计算机接口线路，将T信号输入CPU；

C.利用温度与波长飘移间的函数关系式(1)，求出任意一波长W，温度T时所对应的波长飘移ΔλT值；

D.求出温度变化对波长飘移的贡献值D：根据W值，利用波长与波长飘移的函数关系式(2)，可以求出W波长所对应的波长飘移Δλ1w，则D＝ΔλT-Δλ1w；

E.根据输入的λ(I)值，利用波长与波长飘移间的函数关系式(2)，求出λ(I)值对应的Δλ1(I)，Δλ1(I)代表了波长变化对波长飘移的贡献，波长飘移Δλ(I)＝Δλ1(I)＋D，由此得到校正波长λ1(I)＝λ(I)＋Δλ(I)；

4.应用智能光栅单色仪的波长校正装置，测定出射光波长λ(I)的校正波长λ1(I)，该装置的CPU主机将出射光波长值λ(I)的校正波长λ1(I)值传送给驱动

光栅旋转的控制系统，控制光栅旋转，在I个位置停留t(I)秒，使波长为λ(I)的I个出射光依次通过出射狭缝，经测光系统将波长λ(I)，校正波长λ1(I)、光强以及谱图输给显示器、打印机，其特征在于λ1(I)值是通过该装置运行半自动波长校正方法S取得的，校正方法的步骤如下：

A.通过键盘输入所要求的I个出射光波长值λ(I)及停留时间t(I)值；

B.计算机将对波长为λ(1)的特征曲线描迹，求出其峰值波长为λx1以及Δλx1＝λx1－λ(1)；

C.求出温度变化对波长飘移的贡献值D：计算机根据λx1值，利用波长与波长飘移间函数关系式(2)，求出λx1对应的波长飘移Δλx1，则D＝(λx1－

λ(1))－Δλx1

D.利用波长与波长飘移间的函数关系式(2)，求出操作者所输入的λ(I)值所对应的Δλ1(I)值，Δλ1(I)代表了波长变化对波长飘移的贡献，进而求出波

长飘移Δλ(I)＝Δλ1(I)＋D值，最后求出λ1(I)＝λ(I)＋Δλ(I)。

技术说明书智能光栅单色仪的波长校正装置及其方法本技术属于波长自动校正装置及方法，特别涉及的是智能光栅单色仪的波长校正装置及其方法。光栅单色仪(又称分光仪)随着室温的变化，由于材料的热胀冷缩等特性，出射光波长的峰值位置会发生变化。常常会发生下列现象：操作者要求单色仪的出射国内外的光学仪器厂(公司)解决这一问题的办法是采用局部恒温技术：即在光栅单色仪的外围做一个夹层，加热夹层中的气体，使整个单色仪的温度恒定在3加热器受温度控制器控制，温度控制器设定在35-38℃范围中的某一恒定温度值(±0.1℃)。夹层中循环气体的温度达到设定值时，加热器停止工作。如果夹层制系统旋转单色仪内的光栅，使波长为λ(I)的出射光依次通过出射狭缝。该系统用恒定整个单色仪温度的办法，来消除温度对光栅单色仪出射光波长的影响，统″。图1给出Optima3000上所使用的局部恒温系统示意图。图中1-Heater—加热器 2-Blower—风扇 3-Optics—光学系统

4-Air Plenum—强制循环空气 5-Insulation—绝热层

目前使用的局部恒温系统有以下不足之处：1.使用仪器前的预热时间太长(6-8小时)。对于研究单位和大专院校来说，单色仪每次的实际使用时间经常较短。长时间的预热给使用带来不便。有时使用时间

2.使用若干年后，即使有局部恒温系统，单色仪的出射光仍会产生微小的″波长飘移″。需要重新调节光路来进行校正，很不方便。

3.因为波长飘移Δλ是波长λ的函数，光栅单色仪的使用波长范围一般为170-900nm左右，所以当出射光波长变化时，即使加上局部恒温系统，也会出现″波长漂

本技术的目的是：甩掉传统的、原始的局部恒温系统，找出出射光波长λ(I)、温度T、波长飘移Δλ(I)三个变量间的变化规律，并制定温度T与波长飘移Δλ之间本技术的另一目的是：应用智能光栅单色仪的波长校正装置提供全自动波长校正方法或半自动波长校正方法。本技术的内容要点是：技术人通过试验发现了光栅单色仪温度与波长飘移间的变化规律以及波长与波长飘移间的变化规律，并以图形和多项式的形式表达了本技术的内容是这样实现的：设计一种智能光栅单色仪的波长校正装置，主要由下列部件组成：A.用于分光的光栅单色仪(又称分光仪)B.测光系统，包括检测器和光电转换装置；

C.驱动光栅旋转的控制系统；

D.CPU主机及显示器；

E.键盘；

F.打印机；

G.在单色仪腔内装有可以采集温度信号T的温度传感器，温度信号T通过与装置中装设的数显温度计、A/D变换器和计算机接口，输入到CPU主机上，温度传

H.CPU主机内装有单色仪对输入的出射光波长λ(I)进行波长校正的程序：a，根据出射光波长λ(I)、温度T、波长飘移Δλ(I)三个变量间的变化规律，即光栅单色

①温度T与波长飘移Δλ间的函数关系可以用M阶多项式来近似：Δλ＝α0＋α1T＋α2T2＋……＋αMTM其中系数可以通过以下方程联立解出：其中 (m＝0－(M＋M)) (N为测量次数)②波长λ与波长飘移Δλ间的函数关系可以用M阶多项式来逼近：Δλ＝α0＋α1λ＋α2λ2＋……＋AMλM其中系数可以通过以下方程联立解出：其中 (m＝0－(M＋M)) (N为测量次数)b.根据出射光波长λ(I)、室温T、波长飘移Δλ(I)三个变量间的变化规律确定了出射光波长飘移值Δλ(I)是波长变化对波长飘移的贡献Δλ1(I)与温度变化对波长飘移

Δλ(I)＝Δλ1(I)＋Dc.根据输入的出射光波长与校正波长间相差一个波长飘移的关系确定波长校正值。即：

λ1(I)＝λ(I)＋Δλ(I)d.CPU主机将输入的出射光波长λ(I)进行波长校正程序运算，并将运算出的校正波长λ1(I)值输给驱动光栅旋转的控制系统，使波长为λ(I)的出射光经光栅单色仪

上述智能光栅单色仪的波长校正装置的温度T和波长飘移ΔλT之间的函数关系式可以是：ΔλT＝α0＋α1T＋α2T2……(1)以及波长λ和波长飘移Δλ之间的函数关Δλ1＝α0＋α1λ＋α2λ2……(2)(1)式和(2)式中的系数α0、α1和α2都按以下公式计算A11))]-(∑2)(A2－A0)/(A12－A11)}/(∑0)……(3)α1＝A0/A3－A11(A2－A0)/A3