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CN119469400A - 一种紧凑型多光谱光源及其应用 - Google Patents

一种紧凑型多光谱光源及其应用 Download PDF

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CN119469400A
CN119469400A CN202510066388.3A CN202510066388A CN119469400A CN 119469400 A CN119469400 A CN 119469400A CN 202510066388 A CN202510066388 A CN 202510066388A CN 119469400 A CN119469400 A CN 119469400A
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China
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narrow
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led
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李宇昇
张治凡
孙睿哲
音海稳
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Anhui Zhongke Tianlitai Technology Co ltd
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Anhui Zhongke Tianlitai Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及水质光谱检测技术领域,公开了一种紧凑型多光谱光源及其应用,包括紧凑型多光谱光源,所述紧凑型多光谱光源的内壁中心处设置有LED紫外光源。本发明通过提出一种单波长紫外LED光源集成窄带荧光发光模块的光源方案,克服了现有其他基于多种波长LED集成的方案的内在问题,主要有电路设计仅需要针对单一的LED进行优化,减少了因集成多个不同波长LED所需的不同工作电压而带来的复杂性,通过旋转窄带荧光模块4来改变发射波长,保持了光路位置的一致性,有利于提高检测精度和重复性,基于该优化方案,利用单个紫外LED作为基础光源,结合围绕其周围的窄带荧光模块4,实现多光谱光源功能的思路和具体实施方法。

Description

一种紧凑型多光谱光源及其应用
技术领域
本发明涉及水质光谱检测技术领域,具体为一种紧凑型多光谱光源及其应用。
背景技术
多光谱水质检测是一种利用不同波长的光与水体中不同物质相互作用产生的光谱特征来分析水质参数的技术。这种方法可以提供快速、大范围、动态的水质监测和管理。随着光谱法水质多参数检测技术的研究进展,光源部件作为检测系统中的核心部分,其设计要求不断提高。在涉及现场水质检测,包括污染物溯源、在线监测等重要的应用场景中,需要设备小型化和便携化,而传统光谱仪器的光源模块体积大、能耗高,因此对光谱部件的优化尤为重要。
当前最常用的光源方案之一是集成不同发射波长的LED形成覆盖紫外-可见光区的离散型光源,然而由于不同波长的LED工作电压不同,其电路设计较为复杂,且由于不同LED位置不同,造成使用不同激发光时光路位置变化,对检测精度有潜在不利影响,此外由于集成度高,当任意波长的LED光源发射故障时则需要更换整个光源模块,造成成本高和维护繁琐的问题
针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种紧凑型多光谱光源及其应用,具备大幅降低供电电路复杂性,实现不同波长下光路一致性,并使维护难度和成本得到降低。基于该优化方案,可促进三维荧光检测和多光谱水质检测设备的小型化、便携化和现场应用等优点,解决了电路设计较为复杂,且由于不同LED位置不同,造成使用不同激发光时光路位置变化,对检测精度有潜在不利影响,成本高和维护繁琐的问题的问题。
(二)技术方案
为解决上述电路设计较为复杂,且由于不同LED位置不同,造成使用不同激发光时光路位置变化,对检测精度有潜在不利影响,成本高和维护繁琐的问题的技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种紧凑型多光谱光源及其应用,包括紧凑型多光谱光源,所述紧凑型多光谱光源的内壁中心处设置有LED紫外光源,所述紧凑型多光谱光源的底部设置有伺服电机,所述紧凑型多光谱光源上设置有窄带荧光模块,所述紧凑型多光谱光源上设置有金属管波导。
优选地,所述紧凑型多光谱光源的外表面设置有比色皿,所述比色皿的一侧设置有光谱仪和强光检测装置。
优选地,所述LED紫外光源波长为254纳米,所述紧凑型多光谱光源为圆筒形旋转机构,且所述LED紫外光源位于其紧凑型多光谱光源的旋转圆心。
优选地,所述窄带荧光模块与LED紫外光源同等高度,所述窄带荧光模块的数量设置有17个,17个所述窄带荧光模块围绕在紧凑型多光谱光源的圆周上。
优选地,所述窄带荧光模块由不同发射波长的窄带荧光粉制备,其激发波长为254nm。
优选地,所述LED紫外光源与窄带荧光模块之间通过金属管波导连接。
(三)有益效果
与现有技术相比,本发明提供了一种紧凑型多光谱光源及其应用,具备以下有益效果:
1、本发明通过提出一种单波长紫外LED光源集成窄带荧光发光模块的光源方案,克服了现有其他基于多种波长LED集成的方案的内在问题,主要有电路设计仅需要针对单一的LED进行优化,减少了因集成多个不同波长LED所需的不同工作电压而带来的复杂性,通过旋转窄带荧光模块来改变发射波长,保持了光路位置的一致性,有利于提高检测精度和重复性,基于该优化方案,利用单个紫外LED作为基础光源,结合围绕其周围的窄带荧光模块,实现多光谱光源功能的思路和具体实施方法,包括将其应用于三维荧光和多光谱水质检测,可促进三维荧光检测和多光谱水质检测设备的小型化、便携化和现场应用。
2、本发明通过设置17个不同发射波长的窄带荧光模块以及一个空位,发射波长根据实际需求选配,空位则可以直接透过中心LED紫外光源的发射光,通过紧凑型多光谱光源旋转,可以切换18个不同波长的激发光,窄带荧光模块寿命较长,而当中心LED紫外光源故障时仅需对其更换即可,减少了现有常用技术因单个LED故障而导致的整个光源模块更换的成本。
3、本发明通过中心LED紫外光源与荧光模块之间通过金属管波导连接,通过金属管波导的使用可提高对中心LED紫外光源的利用效率。
附图说明
图1为本发明的紧凑型多光谱光源立体图;
图2为本发明的紧凑型多光谱光源用于三维荧光或多光谱水质检测的小型化与便携化设备图;
图3为本发明的紧凑型多光谱光源俯视图;
图4为本发明的紧凑型多光谱光源爆炸图;
图5为本发明的紧凑型多光谱光源左视图;
图6为本发明的紧凑型多光谱光源的激发波长测试图;
图7为本发明的腐殖酸样品测试。
图中:1、紧凑型多光谱光源;2、LED紫外光源;3、伺服电机;4、窄带荧光模块;5、金属管波导;6、比色皿;7、光谱仪;8、强光检测装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所介绍的,现有技术中存在的不足,为了解决如上的技术问题,本申请提出了一种紧凑型多光谱光源及其应用。
请参阅图1-7,一种紧凑型多光谱光源及其应用,包括紧凑型多光谱光源1,所述紧凑型多光谱光源1的内壁中心处设置有LED紫外光源2,所述紧凑型多光谱光源1的底部设置有伺服电机3,所述紧凑型多光谱光源1上设置有窄带荧光模块4,所述紧凑型多光谱光源1上设置有金属管波导5。
进一步地,对于上述紧凑型多光谱光源1来说,所述紧凑型多光谱光源1的外表面设置有比色皿6,所述比色皿6的一侧分别设置有光谱仪7和强光检测装置8。
进一步地,对于上述LED紫外光源2来说,所述LED紫外光源2波长为254纳米,所述紧凑型多光谱光源1为圆筒形,且所述LED紫外光源位于其紧凑型多光谱光源1的旋转圆心。
通过在紧凑型多光谱光源1装置中心设置一个波长为254纳米的LED紫外光源2,但不局限于254纳米,围绕中心处的LED紫外光源2,设置有一个圆筒形紧凑型多光谱光源1,通过伺服电机3驱动紧凑型多光谱光源1旋转,能够实现精确的二十度正向或反向的步进旋转。
本发明通过提出一种单波长紫外LED光源集成窄带荧光发光模块的光源方案,克服了现有其他基于多种波长LED集成的方案的内在问题,主要有电路设计仅需要针对单一的LED进行优化,减少了因集成多个不同波长LED所需的不同工作电压而带来的复杂性,通过旋转窄带荧光模块4来改变发射波长,保持了光路位置的一致性,有利于提高检测精度和重复性,基于该优化方案,利用单个紫外LED作为基础光源,结合围绕其周围的窄带荧光模块4,实现多光谱光源功能的思路和具体实施方法,包括将其应用于三维荧光和多光谱水质检测,可促进三维荧光检测和多光谱水质检测设备的小型化、便携化和现场应用。
进一步地,对于上述窄带荧光模块4来说,所述窄带荧光模块4与LED紫外光源2同等高度,所述窄带荧光模块4的数量设置有17个,17个所述窄带荧光模块4围绕在紧凑型多光谱光源1的圆周上。
在紧凑型多光谱光源1的圆周上,与中心LED紫外光源2等高位置,设置有17个不同发射波长的窄带荧光模块4以及一个空位,窄带模块可以通过中心LED紫外光源2的激发,发出特定波长的光。
进一步地,对于上述窄带荧光模块4来说,所述窄带荧光模块4由不同发射波长的窄带荧光粉制备,其激发波长为254 nm。
通过设置17个不同发射波长的窄带荧光模块4以及一个空位,发射波长根据实际需求选配,空位则可以直接透过中心LED紫外光源2的发射光,通过紧凑型多光谱光源1旋转,可以切换18个不同波长的激发光,窄带荧光模块4寿命较长,而当中心LED紫外光源2故障时仅需对其更换即可,减少了现有常用技术因单个LED故障而导致的整个光源模块更换的成本。
进一步地,对于上述LED紫外光源2来说,所述LED紫外光源2与窄带荧光模块4之间通过金属管波导5连接。
中心LED紫外光源2与荧光模块之间通过金属管波导5连接,通过金属管波导5的使用可提高对中心LED紫外光源2的利用效率。
工作原理:在使用时,在紧凑型多光谱光源装置中心设置有一个波长为254纳米的LED紫外光源2,围绕中心LED紫外光源2,设置一个圆筒形紧凑型多光谱光源1,该紧凑型多光谱光源1由伺服电机3驱动,在紧凑型多光谱光源的圆周上,装置配备有控制系统,用于控制伺服电机3的旋转,以完成中心LED紫外光源2正对窄带荧光模块4的切换,由此完成不同波长激发光的切换,且窄带荧光模块4与中心LED紫外光源2等高位置,通过设置17个不同发射波长的窄带荧光模块4以及一个空位,窄带荧光模块4可以通过中心LED紫外光源2的激发,发出特定波长的光,其激发波长为254 nm,且发射波长根据实际需求选配,空位则可以直接透过中心LED紫外光源2的发射光,因此通过伺服电机3驱动紧凑型多光谱光源1旋转,可以切换18个不同波长的激发光,通过金属管波导5的使用可提高对中心LED光源的利用效率。
实施例一:为小型和便携化荧光光谱仪的搭建,方式为附图2中上图所示进行硬件布局,激发光路与样品发射的荧光采集光路呈垂直布置。实施例中所使用中心LED发射波长为308 nm,所用的窄带荧光粉激发波长均为308 nm,其发射波长则分别为319、328、338、347、358、365、375、385、390、400、410、420、427、438、445、455、466 nm。测试样品为腐殖酸,其光源波长和用于腐殖酸测试的结果如图6和图7所示。
实施例二:为小型和便携化多光谱水质分析仪的搭建,方式为附图2中下图所示进行硬件布局,激发光路与样品吸收后的光谱信号采集光路呈同一直线布置。所使用中心LED发射波长为254 nm,所用的窄带荧光粉激发波长均为254 nm,发射波长可根据实际需求选配,如选择275、350、420、460、500、540、580、620 nm等
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种紧凑型多光谱光源及其应用,包括紧凑型多光谱光源(1),其特征在于:所述紧凑型多光谱光源(1)的内壁中心处设置有LED紫外光源(2),所述紧凑型多光谱光源(1)的底部设置有伺服电机(3),所述紧凑型多光谱光源(1)上设置有窄带荧光模块(4),所述紧凑型多光谱光源(1)上设置有金属管波导(5)。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型多光谱光源及其应用,其特征在于:所述紧凑型多光谱光源(1)的外表面设置有比色皿(6),所述比色皿(6)的一侧分别设置有光谱仪(7)和强光检测装置(8)。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型多光谱光源及其应用,其特征在于:所述LED紫外光源(2)波长为254纳米,所述紧凑型多光谱光源(1)为圆筒形,且所述LED紫外光源位于其紧凑型多光谱光源(1)的旋转圆心。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型多光谱光源及其应用,其特征在于:所述窄带荧光模块(4)与LED紫外光源(2)同等高度,所述窄带荧光模块(4)的数量设置有17个,17个所述窄带荧光模块(4)围绕在紧凑型多光谱光源(1)的圆周上。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型多光谱光源及其应用,其特征在于:所述窄带荧光模块(4)由不同发射波长的窄带荧光粉制备,其激发波长为254 nm。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型多光谱光源及其应用,其特征在于:所述LED紫外光源(2)与窄带荧光模块(4)之间通过金属管波导(5)连接。
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