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带有实时温度补偿功能的微型光谱仪研制
  • ISSN号:1000-0593
  • 期刊名称:《光谱学与光谱分析》
  • 时间:0
  • 分类:O436[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理] TH7[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械]
  • 作者机构:中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,安徽合肥230029
  • 相关基金:中航工业技术创新基金项目(2009D61864); 青年科学基金项目(11105145)资助
中文摘要:

解调飞机上变栅距光栅位移传感器的微型光谱仪在受到严重的高低温冲击后会出现温度漂移。针对航空领域中变栅距光栅位移传感器的解调系统研制了一种具有实时温度补偿功能的微型光纤光谱仪。为了实现实时温度补偿,分析了温度变化对微型光谱仪的影响,并对传统的交叉式Czerny-Turner光路进行了优化,用ZEMAX软件模拟得到:在相同的受热产生的变形条件下,优化的C-T光路光谱漂移量相比优化前的更小且整体漂移线性度更好。在此基础上提出了一种引入参考光来实现实时温度补偿的方法,并最终基于改进的C-T光路制作了一个体积为80mm×70mm×70mm、工作波段在500~1 000nm、积分时间为8ms~1 000ms、光学分辨率约为2nm的微型光纤光谱仪,用实验验证了优化的C-T光路的光谱温度漂移情况及温度补偿方案的可行性。实验结果表明在近60℃范围内的温度冲击下,研制的微型光谱仪能够达到波长标准误差小于0.1nm,波长最大误差小于传感器系统所要求的0.3nm,满足初始的设计要求。该微型光谱仪的创新之处在于采用了优化的交叉式C-T光路作为色散系统且基于引入参考光的方法实现了实时温度补偿功能。

英文摘要:

Temperature drift will be brought to Micro-Spectrometer used for demodulating the Varied Line-Space(VLS)grating position sensor on aircraft due to high-low temperature shock.We successfully made a Micro-Spectrometer,for the VLS grating position sensor on aircraft,which still have stable output under temperature shock enviro nment.In order to present a real time temperature compensation scheme,the effects temperature change has on Micro-Spectrometer are analyzed and the traditional cross Czerny-Turner(C-T)optical structure is optimized.Both optical structures are analyzed by optics design software ZEMAX and proved that comparedwithtraditional cross C-T optical structure,the newone can accomplish not only smaller spectrum drift but also spectrum drift with better linearity.Based on the new optical structure.The scheme of using reference wavelength to accomplish real time temperature compensation was proposed and a Micro-fiber Spectrometer was successfully manufactured,whith is with Volume of 80mm×70mm×70mm,integration time of 8~1 000 ms and FullWidthHalfMaximum(FWHM)of 2nm.Experiments show that the new spectrometer meets the design requirement.Under high temperature in the range of nearly60 ℃,the standard error of wavelength of this new spectrometer is smaller than 0.1nm,and the maximum error of wavelength is 0.14 nm,which is much smaller than required 0.3nm.Innovations of this paper are the schemeof real time temperature compensation,the new cross C-T optical structure and a Micro-fiber Spectrometer based on it.

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期刊信息
  • 《光谱学与光谱分析》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国光学学会
  • 主编:高松
  • 地址:北京海淀区魏公村学院南路76号
  • 邮编:100081
  • 邮箱:chngpxygpfx@vip.sina.com
  • 电话:010-62181070
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-0593
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2200/O4
  • 邮发代号:82-68
  • 获奖情况:
  • 1992年北京出版局编辑质量奖,1996年中国科协优秀科技期刊奖,1997-2000获中国科协择优支持基础性高科技学术期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国生物医学检索系统,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:40642