虹科分享 | 虹科便攜式光譜儀背后的奧義

光譜儀器是基于基礎光學原理和先進電子技術、進行光譜學研究和物質光譜分析的儀器。光譜儀通過對光譜的測量來完成光成分的分析、材料光學屬性的測量以及物質成分的鑒定，是材料表征、化學分析、工業(yè)檢測等領域重要的測試儀器之一。

光譜儀種類

光譜儀的發(fā)展起源于著名的色散現(xiàn)象，即光通過棱鏡后，會按波長大小而依次排列得到光譜。隨著光譜與光譜分析學自身的快速發(fā)展，光柵光譜儀、濾光片光譜儀、干涉光譜儀、調制光譜儀等各種類型光譜儀如雨后春筍般涌出，逐漸進入光電市場，并廣泛地應用于各種領域。

圖一：基于色散和光柵的光譜儀結構

根據(jù)不同的形式和作用特點，可以將光譜儀進一步細分為各種類別。根據(jù)工作原理，可分為經(jīng)典色散光譜儀和調制變換式光譜儀，前者是基于基礎光學原理、采用棱鏡或光柵作為空間色散元件,且所采集的一次性結果即為所求的光成分分布的儀器；而后者是建立在調制計算原理、所采集的一次性結果須再經(jīng)過計算變換才能得到實際的測量光譜的光學儀器。此外，根據(jù)工作波長范圍，可分為紫外光譜儀、可見光光譜儀、紅外光譜儀、熒光光譜儀。

目前光譜儀器已經(jīng)廣泛地應用于各種光學檢測、化學分析、工業(yè)檢測、天文研究、半導體檢測、食品檢測等領域，能夠完成物質成分分析、含量研究、光相互作用、無損檢測、物質探測、光譜分析等過程。

光譜儀結構

雖然光譜儀種類繁多，但光譜儀器系統(tǒng)具有類似的基本結構，即光源、分光系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)。使用光譜儀進行物質分析的工作過程可以簡化為以下五個步驟：

光譜儀工作過程

01

照明

光源和照明系統(tǒng)是光譜儀器的基本組成，光源照射物體后，光與物質之間發(fā)生透射、反射、吸收等作用

02

分光

分光系統(tǒng)是光譜儀器的核心。與物體發(fā)生作用的光攜帶著物質的信息繼續(xù)在儀器中前進，到達分光系統(tǒng)后被分解為單色光。通常，可以基于棱鏡或光柵來完成色散,也可以基于干涉調制來完成色散

03

探測

探測接收系統(tǒng)的作用是對色散開的入射光進行接收,并定性或定量的表示出來。目前絕大多數(shù)的光譜儀都使用光電探測器系統(tǒng)，不僅擴大了光譜儀器的檢測范圍,提高了測量的精度

04

記錄

電子器件或計算機將探測器接收的信息進行記錄，這些信息包括光的強度、功率、波長等等，得到光譜圖

05

分析

使用光譜儀配套軟件或化學計量學軟件分析光譜圖，獲取光譜中的物質信息

光譜儀進行物質分析的工作過程如下圖所示：

圖一：光譜儀工作過程

為了實現(xiàn)精準的測量和較高的分辨率，市面上的光譜儀都會采用精細且復雜的分光系統(tǒng)和高分辨率的傳感器。但這種做法仍然存在一些缺點，復雜的分光系統(tǒng)需要較大的光學空間，高分辨率傳感器不可避免地提升了制造成本。因此，市售的光譜儀大多都體積龐大且造價昂貴,通常只能在室內(nèi)進行操作，不易攜帶，無法適用于室外場景的光譜測量,高昂的價格也制約了其在眾多民用領域的發(fā)展。此外，復雜的分光系統(tǒng)也會增加傳輸過程中的光學損耗，減緩光路傳輸速度。
光譜儀的微型化能夠打破這些限制,推動光譜儀器向更廣的領域發(fā)展。例如，特殊光路系統(tǒng)、凹面光柵、光柵-菲涅耳透鏡、波導材料、電光調制干涉、厚度可變的諧振腔等方法有效地縮短光程、簡化光路，實現(xiàn)光譜儀尺寸的減小，并且一些微型/便攜式光譜儀已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)應用。

圖三：便攜式光譜儀的設計思路

虹科便攜式光譜儀

虹科便攜式光譜儀是在實驗室外進行精確光譜測量的理想解決方案，致力于讓每個人都可以輕松上手使用光譜儀器！虹科便攜式光譜儀重量輕，結構緊湊，便攜性極強，能夠適應各種室內(nèi)和室外環(huán)形的檢測，并適配各種模塊配件，只需一個核心部件就能夠完成多種光譜模式的測量，在物質檢測、防偽檢測、農(nóng)作物檢測、質量監(jiān)控等應用領域具有廣闊的應用場景。最關鍵的是，虹科便攜式光譜儀雖然體積微小，但仍然具有高精度和高分辨率，能夠媲美實驗室光譜儀。

虹科便攜式光譜儀具有以下三大優(yōu)點

01. 軸向光柵技術

大多數(shù)光譜儀都采用Czerny Turner(切尼- 特納)光路結構，這種光路結構雖然能實現(xiàn)較高精度的分辨率，但占用空間面積大，光路傳輸過程中有較高的光路損耗，傳輸速度也有所緩慢，成本高昂、不易攜帶，無法適用于室外場景的光譜測量。

虹科便攜式光譜儀采用新型軸向光柵技術，極大地縮短了光輸入和光輸出之間的空間距離，能夠有效地減少光路損耗，提升光學傳輸速度，集成空間小，結構十分緊湊

02. 2D視覺傳感器

傳感器的作用是接收被分解的光，將光信號轉變?yōu)殡娦盘?，實現(xiàn)信息的傳遞。

傳統(tǒng)實驗室光譜儀大多使用處理性能好、識別速度快、高分辨率和高精度的傳感器，但這類傳感器需要一定的光學空間進行前半程的分光過程，并且價格成本高，一定程度上也會提升光譜儀的成本

虹科便攜式光譜儀中采用一種機器視覺傳感器，這類傳感器被大量地用于工業(yè)、智能手機、智能電腦的視覺檢測中，在保證較高水準的分辨率前提下，性價比大大提升。這種2D傳感器能夠縱向處理軸向透射柵格的光譜衍射圖像，對亮條紋的地方標記為白色區(qū)域，暗條紋的地方標記為黑色區(qū)域，多線同時處理信號，有效地提高信噪比和分析速率，即使是在較弱光線中也能具有良好的性能

03. 模塊化

虹科便攜式光譜儀第三大優(yōu)點體現(xiàn)在光譜儀的模塊化

當我們進行物質分析時，可能需要不同種類的光譜儀，如白光激發(fā)、紫外激發(fā)、激光激發(fā)或比色皿分析等，來進行不同的分析過程。如果是傳統(tǒng)實驗室光譜儀，不同的測量就需要多個光譜儀才能實現(xiàn)。

虹科便攜式光譜儀提供多個模塊化測量組件，并且與光譜儀基礎模塊兼容。只需一個基礎模塊，您可以使用模塊化的測量組件，實現(xiàn)多種測試和分析過程。這種測量方式極大地提升了使用的便攜性，能夠有效地降低購買多種光譜儀的成本，節(jié)約很大的實驗室空間。

虹科便攜式光譜儀產(chǎn)品

GoSpectro：手持式光譜儀

GoSpectro是一款將任何智能手機或平板電腦變成超緊湊且功能強大的手持式光譜儀的設備，在“探測器和傳感器”類別的“棱鏡獎”中獲得一等獎。

這種革命性的器件具有無與倫比的緊湊性，能夠進行光譜表征，測量發(fā)射、透射或反射光譜，是不同設置下和不同場景下測量光譜的理想伴侶。

GoSpectro在整個可見光范圍（400 nm-750 nm）上都很靈敏，光譜分辨率小于10 nm，再現(xiàn)性為1 nm。

紫外/可見光光譜儀

IndiGo是一款經(jīng)濟實惠的模塊化、便攜式的光譜儀，體積只有手掌大小，通過USB-C與電腦連接，通過藍牙與智能手機連接。

該光譜儀允許測量 370 nm至 810nm 的發(fā)射、吸收或透射光譜，分辨率為 1.5 nm 。

我們提供多個與 IndiGo可信兼容的模塊，這將允許您使用光譜儀進行多種模式的測量：光纖適配器、UVA-LED光源模塊、UAB/UVB-LED光源模塊、激光誘導熒光(LIF)、基于比色皿的化學分析模塊

紅外光譜儀

IndiGoNIR 是一款便攜式、連接式、價格合理的近紅外光譜器。它通過藍牙連接到智能手機、平板電腦或有線連接到 PC。 這款光譜儀可以測量從 720nm 到 1040nm 的發(fā)射、吸收和透射光譜，分辨率 約為 2nm。 我們還提供 IndiGo NIR 兼容的模塊，如：固體上的近紅外反射、比色皿中液體的近紅外吸收/反射，為您提供光譜儀的額外功能。

工業(yè)OEM光譜儀

該光譜儀是一款緊湊型透射光譜儀，能夠測量從 380 nm - 720 nm 的發(fā)射、吸收或透射光譜，光譜分辨率為 0.8nm 至 3nm。 IndiGoOEM UV/Vis 與多種光譜分析應用程序兼容。它可以在實驗室中使用，也可以作為工業(yè)應用的集成解決方案。