一种外置式多功能教学光谱仪

1.本实用新型涉及光谱信号检测设备领域，具体涉及一种外置式多功能教学光谱仪。


背景技术：

2.传统的光谱仪通过数据线直接与移动电脑相连接，借助便携式电脑实时进行光谱数据的存储和分析。此类光谱仪体型笨重、便携性差、成本高，光学成像与光谱分析工作系统相对复杂。特别是，通过电脑端控制光谱仪，操作上缺乏灵活性。此外有手持式光谱仪，相对便携，但功能单一，且不能实时获取待测地物的图谱信息，无法适应实时光谱特性分析的教学场景。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于借助普通的智能移动终端，设计一种外置式多功能教学光谱仪，能够完成光谱信息采集和基本分析，以适应与光谱特性分析有关的教学场景，使得实践教学效果不受到复杂仪器和软件条件的影响。
4.为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。
5.一种外置式多功能教学光谱仪，包括外置的多功能光电探测附件、基于智能终端的图像采集器和基于智能终端的图像处理器，所述多功能光电探测附件为光纤式分光器、光栅式分光器或光通式分光器；所述多功能光电探测附件位于不透光柱状壳体内，柱状壳体一端为呈狭缝或圆孔状的光源入射端，另一端通过环形吸盘与智能终端的图像采集器紧密贴合，所述柱状壳体与智能终端间的角度能够调节；图像采集器从光电探测附件上采集到的光谱图像经图像处理器处理后输出地物波谱。
6.进一步地，所述外置式多功能教学光谱仪还包括光源，所述光源为自然光源或人造光源。
7.进一步地，所述多功能光电探测附件为光纤式分光器，所述光纤式分光器包括光纤束、色散元件和谱线探测器；所述光纤束成圆形编排；所述色散元件位于入射光路，将白光色散为光谱线；所述谱线探测器为阵列探测器。
8.进一步地，所述多功能光电探测附件为光栅式分光器，所述光栅式分光器包括反射透镜、衍射光栅和条纹探测器；所述反射透镜为端面聚焦的反射透镜；所述衍射光栅为正弦型振幅光栅；所述条纹探测器为阵列探测器。
9.进一步地，所述多功能光电探测附件为光通式分光器，所述光通式分光器包括单色仪、积分球和光斑探测器；所述单色仪提供了多种单色光；所述积分球为漫反射的光度球；所述光斑探测器为阵列探测器。
10.进一步地，所述图像采集器为智能终端内置的拍摄配件；所述图像处理器为智能终端开发的应用程序。
11.进一步地，所述外置式多功能教学光谱仪还设有固定装置，所述固定装置包括圆
形卡扣、伸缩直杆、圆形转盘和十字状扣板；所述圆形卡扣能够旋拧松紧；所述伸缩直杆能够伸缩且伸缩长度能够计量；所述圆形卡扣与伸缩直杆一端连接，伸缩直杆另一端与圆形转盘连接，圆形转盘通过金属螺杆与十字状扣板连接；所述十字状扣板可垂直双向拉伸且四个端部边缘弯曲。
12.进一步地，所述固定装置包括两个圆形卡扣和两根伸缩直杆；两个圆形卡扣分别与一根伸缩直杆的一端连接，两根伸缩直杆互相平行设置且能够伸缩调节长度，两根伸缩直杆的另一端互相固定且与圆形转盘中心连接；所述圆形转盘与伸缩直杆之间设有弹性齿轮式阻尼装置。
13.本实用新型的有益效果是：
14.本实用新型的外置式多功能教学光谱仪充分借助智能移动终端，通过经固定连接的外置多功能光学成像组件，改进复杂的光谱仪分析系统，完成对地物波谱曲线的提取和显示，以适应光谱特性分析的教学场景。该装置的多功能光电探测附件的角度能够调节，功能齐全，便于使用。该装置体积小，能够拆卸且装卸简单，便于携带，操作简单，实用性强，尤其适合用于实时光谱特性分析的教学场景。
附图说明
15.图1为本实用新型的光谱仪的结构示意图。
16.图2为本实用新型的光谱仪的光纤式分光器的结构示意图。
17.图3为本实用新型的光谱仪的光栅式分光器的结构示意图。
18.图4为本实用新型的光谱仪的光通式分光器的结构示意图。
19.图5为本实用新型的光谱仪的固定装置示意图。
20.图6为本实用新型的光谱仪的系统流程图。
21.附图标记解释：110-光源，120-地物，130-环形吸盘，140-多功能光电探测附件、141-光纤束、142-色散元件、143-谱线探测器、144-反射透镜、145-衍射光栅、146-条纹探测器、147-单色仪、148-积分球、149-光斑探测器，150-智能终端，151-拍摄配件，152-应用程序，153-地物波谱；210-伸缩直杆，220-圆形卡扣，230-圆形转盘，240-金属螺杆，250-十字状扣板。
具体实施方式
22.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例的限制。
23.实施例一
24.如图1-6所示的一种外置式多功能教学光谱仪，包括光源110、外置的多功能光电探测附件140、基于智能终端150的图像采集器和基于智能终端150的图像处理器；所述光源110为自然光源或人造光源；所述多功能光电探测附件140为光纤式分光器、光栅式分光器或光通式分光器（所述三种分光器物理上独立使用，使用时进行安装，不使用时能够拆卸下来）；所述多功能光电探测附件140为构件化的光谱采集器，位于多节可旋紧连接的不透光
柱状壳体内，每节内部嵌有不同的分光器元件或元件组；所述柱状壳体一端为呈狭缝或圆孔状的光源入射端，另一端为呈矩形光路的出射端，且所述出射端通过多尺寸且中空的环形吸盘130与智能终端150的图像采集器紧密贴合，所述柱状壳体与智能终端150间的角度能够调节；图像采集器从光电探测附件140上采集到的光谱图像经图像处理器处理后在智能终端150的用户界面上输出地物波谱153。
25.其中，所述图像采集器为智能终端150内置的拍摄配件151；拍摄配件151通过多尺寸且中空的环形吸盘130密闭地连接光电探测附件140的矩形光路出射端。
26.其中，所述图像处理器为智能终端150开发的应用程序152；能够对图像采集器获得的多模式的光谱图像进行处理和分析，也即包含分别对应三种分光器的工作模式，分析结果以地物波谱153的形式显示于智能终端150的用户界面。
27.其中，所述外置式多功能教学光谱仪还设有固定装置，所述固定装置包括两个圆形卡扣220、两根伸缩直杆210、圆形转盘230和十字状扣板250；所述圆形卡扣220能够旋拧调节松紧，用于连接柱状壳体；所述伸缩直杆210能够伸缩调节长度且伸缩长度能够计量；所述两根伸缩直杆210互相平行设置；两个圆形卡扣220分别与一根伸缩直杆210的一端连接，两根伸缩直杆210的另一端互相固定且与圆形转盘230中心连接；所述伸缩直杆210能够通过圆形转盘230旋转做圆周运动，且所述圆形转盘230与伸缩直杆210之间沿圆周均匀布设有互相啮合的弹性齿轮式阻尼装置，能够微动控制伸缩直杆210的转动；所述圆形转盘230通过金属螺杆240与十字状扣板250连接；所述十字状扣板250可垂直双向拉伸且四个端部边缘弯曲，所述十字状扣板250用于固定智能终端150。
28.实施例二
29.如图2所示，在本实施例中，所述多功能光电探测附件为光纤式分光器，所述光纤式分光器包括沿光路入射方向依次设置的光纤束141、色散元件142和谱线探测器143；所述光纤束141成圆形编排；所述色散元件142位于入射光路，将白光色散为光谱线；所述谱线探测器143为阵列探测器。所述光纤式分光器位于多节可旋紧连接的不透光柱状壳体内，柱状壳体每节内部嵌有相应的的分光器元件。所述柱状壳体一端为呈圆孔状的光源入射端，另一端为呈矩形光路的出射端，且所述出射端通过环形吸盘130与智能终端150的拍摄配件151紧密贴合，所述柱状壳体与智能终端150间的角度能够调节。
30.实施例三
31.如图3所示，在本实施例中，所述多功能光电探测附件为光栅式分光器，所述光栅式分光器包括沿光路入射方向依次设置的反射透镜144、衍射光栅145和条纹探测器146；所述反射透镜144为端面聚焦的反射透镜；所述衍射光栅145为正弦型振幅光栅；所述条纹探测器146为阵列探测器。所述光栅式分光器位于多节可旋紧连接的不透光柱状壳体内，柱状壳体每节内部嵌有相应的的分光器元件。所述柱状壳体一端为呈狭缝状的光源入射端，另一端为呈矩形光路的出射端，且所述出射端通过环形吸盘130与智能终端150的拍摄配件151紧密贴合，所述柱状壳体与智能终端150间的角度能够调节。
32.实施例四
33.如图4所示，在本实施例中，所述多功能光电探测附件为光通式分光器，所述光通式分光器包括沿光路入射方向依次设置的单色仪147、积分球148和光斑探测器149；所述单色仪147提供了多种单色光；所述积分球148为漫反射的光度球；所述光斑探测器149为阵列
探测器。所述光通式分光器位于多节可旋紧连接的不透光柱状壳体内，柱状壳体每节内部嵌有相应的的分光器元件。所述柱状壳体一端为呈狭缝或圆孔状的光源入射端，另一端为呈矩形光路的出射端，且所述出射端通过环形吸盘130与智能终端150的拍摄配件151紧密贴合，所述柱状壳体与智能终端150间的角度能够调节。
34.工作原理：实际使用时，先将智能终端150固定在可垂直双向拉伸的十字状扣板250上；然后通过环形吸盘130将放置有多功能光电探测附件140的柱状壳体固定于智能终端150背面，且多功能探测附件140的出射端与智能终端150的拍摄配件151紧密贴合，防止透光；再将圆形卡扣220套接在柱状壳体上。该外置式多功能教学光谱仪使用时，首先，将地物120置于光源110下；再调节伸缩直杆210的长度和旋转伸缩直杆210，从而调整柱状壳体的角度，使多功能光电探测附件140入射端的固定狭缝或圆孔垂直光源110并对准地物120；入射光线透过起光栏作用的固定狭缝或圆孔，经过多功能光电探测附件140进行光谱成像，使白光分解并形成谱线、条纹和光斑；然后，利用智能终端150内置的拍摄配件151采集光谱图像，并通过智能终端150的应用程序152按不同模式进行处理和分析；最后，将探测得到地物波谱153曲线显示在智能终端的用户界面。
35.由此可见，采用本实用新型提供的外置式多功能教学光谱仪，可在教学场景自由将智能终端与多功能光电探测附件连接，便携且安装方便，操作简单；能够利用探测得到的光谱曲线特征辨别不同物质，实现光谱特性分析的实践教学。
36.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。