专利名称：一种扣除光谱背景的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光谱分析，特别涉及一种扣除光谱背景的方法和装置。
背景技术：
直读光谱仪是一种专门用于金属成分分析的仪器，广泛应用于冶金行业，基本结构如图1所示。电极7和待分析的金属样品6之间的距离在0.5-5mm之间。发生装置8产生一个高压脉冲，施加在金属样品6与电极7之间，将金属样品6与电极7之间的气体(空气或保护气体)电离，使其电阻较低的等离子区，然后发生装置向等离子区输出强度在IA 到IOA的长脉冲，持续时间保持0. 5s到IOs的时间；或者发生装置在等离子区以50-1000HZ 的频率输出持续时间在50us到2ms的短脉冲，每个短脉冲都需要一个高压脉冲来电离电极和样品之间的气体。电极7和金属样品6之间的气体被击穿，并形成一个温度在4000K到10000K的热等离子体，金属样品6的一部分蒸发至等离子体中，以原子或粒子的状态存在，这些原子或粒子受到热激发，内部的电子跃迁到高能级，再自发从高能级回到低能级，辐射出线光谱。 线光谱的波长与元素的种类相关，线光谱的强度与元素的含量有关。所有元素辐射出的线光谱经过入射狭缝部件1后，入射到罗兰光栅2上。这些线光谱经过罗兰光栅2的衍射作用后，按波长顺序排列在罗兰圆3上，衍射角(例如β -1、β -2 等)与波长及入射角α有关。罗兰圆3上安装有多个出射狭缝G-l、4_2等)，出射狭缝的宽度一般在20-80um 之间。由于罗兰圆3上的光谱是按波长顺序排列的，因此出射狭缝4的实际作用是只让罗兰圆3上特定波长范围内的线光谱通过，再利用对应的光电探测器(5-1、5-2等)探测线光谱的强度。直读光谱仪探测的谱线强度如图3所示，是出射狭缝4左右边界内的光谱强度。这部分强度不仅包含谱线的强度，还包含分子辐射、杂散光等产生的背景光11，这部分背景强度会对元素含量的测量产生干扰，引起测量误差。

发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种能扣除光谱中背景光的方法和装置，有效地降低了背景光对测量结果的干扰，提高光谱分析的精度。为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案一种扣除背景光的方法，待测光通过入射狭缝后入射到光栅，被光栅分光后的待测光穿过出射狭缝，最后被探测器接收，从而得到待测光在波长域的强度分布；特点是在上述工作过程中，保持光栅不动，改变待测光在光栅上的入射角α，使得探测器接收到待测波长及其侧部的光强；待测波长处的光强扣除侧部的光强，从而得出待测波长处的实际光强。所述侧部是指待测波长的一侧或两侧。
当是两侧时，扣除两侧光强的平均值。作为优选，通过改变入射狭缝的位置去改变所述入射角。所述入射狭缝包括第一组件，第一组件上具有至少两个狭缝，第二组件上具有至少一个狭缝；第一组件和第二组件间的相对运动改变了待测光所通过的狭缝的位置。作为优选，通过改变狭缝后方的玻片的旋转角度去改变所述入射角。为了实现上述方法，本发明还提出了这样一种扣除光谱背景的装置，包括入射狭缝、光栅、出射狭缝和探测器，待测光通过入射狭缝后入射到光栅，被光栅分光后的待测光穿过出射狭缝，最后被探测器接收；特点是所述装置还包括用于改变通过入射狭缝后的待测光在光栅上的入射角的调节件。作为优选，所述入射狭缝包括第一组件，第一组件上具有至少两个狭缝，第二组件上具有至少一个狭缝；第一组件和第二组件间的相对运动改变了待测光所通过的狭缝的位置。作为优选，所述装置还包括当在入射狭缝后方旋转时而改变待测光行进路线的玻片。进一步，所述玻片至少为两片，且设置在移动部件上。所述调节件为移动部件，入射狭缝设置在该移动部件上。与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果光栅、出射狭缝和探测器保持不动，通过调整待测光在光栅上的入射角，从而获得待测波长及其侧部的光谱强度，利用待测波长处的光谱强度扣除侧部的光谱强度，从而得到待测波长出的真实光谱强度，有效地降低背景光谱对测量结果的干扰，提高光谱分析的精度。


图1是系统结构示意图2是罗兰圆面上的光谱分布示意图3是光谱采集示意图4是采集到的光谱强度随入射角变化的示意图
图5是实施例1中入射狭缝部件示意图6是实施例2中入射狭缝部件示意图7是实施例3中入射狭缝部件示意图8是实施例4中入射狭缝部件示意图9是实施例5中入射狭缝部件示意图(一)；
图10是实施例5中入射狭缝部件示意图(二)；
图11是实施例6中入射狭缝部件示意图12是实施例7中入射狭缝部件示意图。
具体实施例方式实施例1如图1、图5所示，一种扣除光谱背景的装置，包括
发生模块8，可产生高压脉冲，施加在金属样品6与电极7之间，将金属样品6与电极7之间的气体(空气或保护气体)电离。金属样品6和电极7之间的距离为3. 5mm。入射狭缝部件1包括第一组件13，上面刻有一条宽10um，高IOmm的狭缝15。缝片 13固定在移动部件14上，可随移动部件14 一起移动。移动部件14可沿图1中a方向或b 方向移动，亦即图5中χ方向移动。凹面光栅2，将从入射狭缝部件1入射的光谱按波长分开，并按波长顺序汇聚在罗兰圆3的不同位置上。入射狭缝部件1中的狭缝15在罗兰圆3上。多个出射狭缝，例如4-1、4-2等，每个出射狭缝均包含一条宽20-80um，高20mm的狭缝，出射狭缝的位置刚好在凹面光栅2的罗兰圆3上。以出射狭缝4-1为例，其后端有一个对应的光电倍增管5-1，用于探测经过狭缝4-1之后的衍射光。本实施例还揭示了一种扣除光谱背景的方法，如图1、4、5所示，具体为沿着罗兰圆的方向移动入射狭缝部件1时，入射角α也会随之改变，罗兰圆上的线光谱也会产生相应的移动，光电探测器探测到的光谱范围也会发生改变。例如，入射狭缝部件1在罗兰圆3上沿图1中a方向移动时，线光谱就会按图中b方向移动。图2所示的是入射狭缝部件1移动前后，光电探测器5-1探测到的波长范围，其中横坐标“弧长”是指从光栅法线9与罗兰圆3的交点A开始计算，以b方向为正方向的罗兰圆3上的弧长；10表示的是出射狭缝4的左右边界。入射狭缝部件1移动之前，罗兰圆3上的光谱分布如图2中实线所示，光电探测器5-1探测到是入工士八λ范围内的光谱强度；沿图1中a方向移动一段距离后，光谱也产生移动，如图2中虚线所示，此时光电探测器5-1 探测到的是λ ‘ Δ λ ‘范围内的光谱强度。利用上述装置，金属样品6中元素辐射出的线光谱经过入射狭缝部件1后，入射到罗兰光栅2上。这些线光谱经过罗兰光栅2的衍射作用后，按波长顺序排列在罗兰圆3上， 之后穿过出射狭缝被光电倍增管接收；在上述工作过程中，移动部件14连续移动入射狭缝部件1，也即改变待测光在光栅2上的入射角，并且在每个位置都激发样品并记录光电探测器探测到的光强；选取入射角分别为α ρ α 2和α 3时的光强Ip 12、I3，其中I2是待测波长处的光强，I1^ I3是待测波长两侧的光强；C、待测波长处的光强扣除掉两侧的光强，从而得到待测波长处的真实光强，具体方式为 I = I2-(IJI3)/^实施例2如图1、图6所示，一种扣除光谱背景的装置，与实施例1不同的是入射狭缝部件1包括第一组件16，上面刻有三条相同大小的狭缝18、19和20，狭缝的宽为10um，高为10mm。光线分别从狭缝18、19和20入射时，入射角分别为α工、α 2和 α 3。第二组件17上刻有一条狭缝21，狭缝的宽度为狭缝18与狭缝20的中心距离的一半， 狭缝高度大于10mm。第二组件17固定在移动部件14上，可随移动部件14 一起沿χ方向移动，第一组件16不移动。本实施例还揭示了一种扣除光谱背景的方法，如图1、6所示，与实施例1不同的是移动部件14移动第二组件17，使得狭缝21分别与狭缝18、19、20的中心重合，待测光在光栅2上的入射角分别为αι、％和α 3;在上述三个位置激发样品并记录光强Ip
12、 I3O本实施例中，决定入射狭缝位置的第一组件16保持不动，因此可以避免通过移动入缝改变入射角带来的定位误差，从而确保每次测得的是同一位置的线光谱和背景的强度，测量结果更准确。实施例3如图1、图7所示，一种扣除光谱背景的装置，与实施例2不同的是所述第二组件17包括两块独立的缝片22、23，缝片22和缝片23之间形成狭缝21。实施例4如图1、图8所示，一种扣除光谱背景的装置，与实施例2不同的是所述第二组件17上刻有两条狭缝对、25，狭缝的宽度为狭缝18与狭缝20的中心距离的一半，狭缝高度大于10mm。狭缝M与狭缝25的中心距离等于狭缝18与狭缝20的中心距离。本实施例还揭示了一种扣除光谱背景的方法，如图1、图8所示，与实施例2不同是移动第二组件17，使的狭缝24 (或狭缝2 与狭缝19的中心重合，激发样品并记录光强I2 ；移动第二组件17，使的狭缝M与狭缝18的中心重合，激发样品并记录光强 (I^I3)t5本实施例中，一次激发即可获得左、右背景的强度之和(IJI3)，因此可以减少激发次数，缩短分析时间。实施例5如图1、图9、图10所示，一种扣除光谱背景的装置，与实施例1不同的是1、所述入缝部件1固定不动；2、调节件采用折射片部件沈，包括一块长方形的玻璃片观和旋转部件27。光线通过玻璃片观时，由于光的折射原理，其传播方向会发生偏移，从而使入射角发生改变。所述玻璃片观固定在旋转部件27上。本实施例还揭示了一种扣除光谱背景的方法，如图1、9、10所示，与实施例1不同的是a、旋转部件27旋转玻璃片观，分布处于图10中d、e、f所示位置，使得在三个位置处时待测光在光栅上的入射角分别为Ql、％和α 3，记录三个位置处的激发光强Ip 12、
I3O实施例6如图1、图11所示，一种扣除光谱背景的装置，与实施例5不同的是折射片部件沈包括三块平板玻璃片四、30、31和移动部件32。所述三块平板玻璃片四、30、31间不平行，且固定在移动部件32上，从而随移动部件32按照y方向移动。本实施例还揭示了一种扣除光谱背景的方法，如图1、11所示，与实施例5不同的是移动部件32工作，分别使玻璃片四、30、31置于第一组件13之后，玻璃片四、30、31置于第一组件13之后时，使得待测光在光栅上的入射角分别为αι、α2* Ci3，记录三个入射角时的激发光强Ii、I2、I3。实施例7如图1、图12所示，一种扣除光谱背景的装置，与实施例5不同的是所述折射片部件沈包括三块平板玻璃片四、30、31和旋转部件33。玻璃片29、 30,31固定在旋转部件33上，且随着旋转部件33的转动而朝ζ方向转动，从而分别使玻璃片四、30、31置于第一组件13之后。本实施例还揭示了一种扣除光谱背景的方法，如图1、12所示，与实施例5不同的是旋转部件33工作，分别使玻璃片四、30、31置于第一组件13之后，玻璃片四、30、 31置于第一组件13之后时，使得待测光在光栅上的入射角分别为αι、α2* Ci3，记录三个入射角时的激发光强Ii、I2、I3。
权利要求
1.一种扣除光谱背景的方法，待测光通过入射狭缝后入射到光栅，被光栅分光后的待测光穿过出射狭缝，最后被探测器接收，从而得到待测光在波长域的强度分布；其特征在于在上述工作过程中，保持光栅不动，改变待测光在光栅上的入射角α，使得探测器接收到待测波长及其侧部的光强；待测波长处的光强扣除侧部的光强，从而得出待测波长处的实际光强。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述侧部是指待测波长的一侧或两侧。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于当是两侧时，扣除两侧光强的平均值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过改变入射狭缝的位置去改变所述入射
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述入射狭缝包括第一组件，第一组件上具有至少两个狭缝，第二组件上具有至少一个狭缝；第一组件和第二组件间的相对运动改变了待测光所通过的狭缝的位置。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过改变狭缝后方的玻片的旋转角度去改变所述入射角。
7.一种扣除光谱背景的装置，包括入射狭缝、光栅、出射狭缝和探测器，待测光通过入射狭缝后入射到光栅，被光栅分光后的待测光穿过出射狭缝，最后被探测器接收；其特征在于所述装置还包括用于改变通过入射狭缝后的待测光在光栅上的入射角的调节件。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述入射狭缝包括第一组件，第一组件上具有至少两个狭缝，第二组件上具有至少一个狭缝；第一组件和第二组件间的相对运动改变了待测光所通过的狭缝的位置。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述装置还包括当在入射狭缝后方旋转时而改变待测光行进路线的玻片。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于所述玻片至少为两片，且设置在移动部件上。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述调节件为移动部件，入射狭缝设置在该移动部件上。
全文摘要
本发明涉及一种扣除光谱背景的方法，待测光通过入射狭缝后入射到光栅，被光栅分光后的待测光穿过出射狭缝，最后被探测器接收，从而得到待测光在波长域的强度分布；在上述工作过程中，保持光栅不动，改变待测光在光栅上的入射角α，使得探测器接收到待测波长及其侧部的光强；待测波长处的光强扣除侧部的光强，从而得出待测波长处的实际光强。本发明还提供了一种用于实施上述方法的装置。本发明有效地降低了背景光对测量结果的干扰，提高光谱分析的精度。
文档编号G01J3/443GK102175325SQ20101059732
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者吕全超, 孙敬文, 寿淼钧 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司