鋼鐵檢測(cè)微型光譜儀的研制

李騰飛，李 松，王雅培，李 強(qiáng)，王良訓(xùn)

(武漢大學(xué) 電子信息學(xué)院，湖北 武漢 430072 )

引言

光譜儀是分析物質(zhì)光譜的基本光學(xué)儀器，廣泛用于衛(wèi)星遙感、光譜分析等領(lǐng)域。20世紀(jì)中期，光譜儀采用光電倍增管作為光電探測(cè)器件，體積較大，隨著光纖、CCD、MEMS等技術(shù)的飛速發(fā)展，光譜儀微型化成為一種重要發(fā)展趨勢(shì)[1]，如Ocean Optics公司的USB4000尺寸僅8.9 cm×6.3 cm×3.4 cm。在這個(gè)領(lǐng)域占據(jù)主要份額的是美國(guó)海洋光學(xué)和荷蘭愛萬提斯公司，他們的產(chǎn)品基本都采用光纖輸入、Czerny-Turner分光、CCD或CMOS探測(cè)的結(jié)構(gòu)，這也成為了商用主流結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)的起步較晚，總體來說研究較少，主要研究機(jī)構(gòu)有長(zhǎng)春光機(jī)所、浙江大學(xué)、重慶大學(xué)等，其中浙江大學(xué)研制的微型光譜儀最大可實(shí)現(xiàn)200 nm～1 100 nm波段的探測(cè)[2]。對(duì)于鋼鐵檢測(cè)微型光譜儀文獻(xiàn)報(bào)道較少[3]。

用于鋼鐵檢測(cè)的分析儀器主要有化學(xué)分析儀、原子發(fā)射光譜儀、看譜儀。化學(xué)分析儀分析精度高，但需耗費(fèi)一定待測(cè)材料，速度慢且操作復(fù)雜；看譜儀通過人眼觀察來進(jìn)行元素判斷，對(duì)經(jīng)驗(yàn)要求高；原子發(fā)射光譜儀具有分析速度快、對(duì)待測(cè)材料損耗低、檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)[4]，它配備有專門的金屬燃燒室，體積較大，價(jià)格昂貴。本文的光譜儀針對(duì)檢測(cè)精度要求較低的場(chǎng)合(如鋼鐵牌號(hào)識(shí)別)研制，激發(fā)源采用交流電弧，在空氣中激發(fā)原子發(fā)光，雖然檢測(cè)精度受到限制，但對(duì)于定性與半定量分析有著重要的參考價(jià)值。

1 光譜儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 光譜儀指標(biāo)及探測(cè)器確定

本光譜儀針對(duì)常見的25種不銹鋼中的Mn、Gr、Ni、Mo、V、Ti、W 7種元素設(shè)計(jì)(說明：不銹鋼檢測(cè)基本不考慮C元素)，它們?cè)诳梢姽獠ǘ尉休^強(qiáng)發(fā)射光譜分布[5]，如表1所示。……