光谱仪结构分析

光谱仪系统地结构主要有光源模块、光路准直模块、光学色散模块、光路聚焦模块，光信号采集模块以及光谱数据收集传输模块，现代光谱仪一般还会有光谱数据的后端处理模块。

                                      光谱仪系统主要结构图

光源模块是光谱仪的光信号的最初来源，是光谱仪后续的工作测量的提。尤其是研究物质吸收光谱的光谱仪器，光源模块的稳定尤其重要。吸收光谱是待测物质分子或原子吸收特定波长的光子，从低能级跃迁到高能级，造成光谱中某些峰发生变化，从而生成其吸收光谱。光谱仪的光源一般依据实际应用的光谱范围进行选择，如测量950-1600nm 的近红外光谱仪一般会选择钨灯作为发射光源，钨灯的波长范围在320-2500nm。

光路准直模块、光学色散模块和光路聚焦模块一般统称为光谱仪光学系统，主要作用为将复色光分开成各谱线，并将谱线汇聚至采集模块，依据色散原理可以大致分为棱镜型、光栅型和调制变换型。其中准直模块一般采用准直物镜或狭缝实现光路的准直作用，光学色散模块一般采用棱镜或光栅等原件，光路聚焦系统一般是透镜或凹面反射镜，一些特殊光谱仪不采用聚焦系统，而将色散模块分开的单色光直接投射到线列或面阵探测器上进行探测，但由于色散原件一般存在非线性特性，即折射角或衍射角随波长的变化有非线性的增减，对于后续探测造成很大难度。

光信号采集模块、数据传输模块以及光谱数据处理模块一般称为光谱仪器的后端电路控制系统。光谱仪的电路控制系统是光谱仪正常工作的前提保证。光信号采集模块主要作用是将色散原件分离的各单色光的光信号转换成电学信号，采集模块按具体工作波长范围选择不同的探测器，如CCD 探测器、CMOS 器件、铟镓砷探测器等，其中 CCD 探测器是电荷耦合元件，CMOS 是互补金属氧化物半导体， CCD 探测器和 CMOS 器件都是基于硅材料研制，因此它们的光谱范围大概在 200-1200nm 左右，而铟镓砷探测器可探测的波长范围可以达500-1900nm，因此一般近红外光谱仪采用铟镓砷探测器较多。数据传输模块是电路系统中很重要的一部分，一般包含信号放大、信号滤波、模数转换等功能，其处理速度决定了光谱仪器的工作速度。光谱数据的分析一般在上位机即计算机上进行，现在计算机功能足够强大可以对光谱图进行各种层面的分析，如结合大数据进行分析。

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