Άρθρο 2: Τι είναι το φασματόμετρο οπτικών ινών και πώς επιλέγετε την κατάλληλη σχισμή και ίνα;
Τα φασματόμετρα οπτικών ινών αντιπροσωπεύουν επί του παρόντος την κυρίαρχη κατηγορία φασματόμετρων.Αυτή η κατηγορία φασματόμετρου επιτρέπει τη μετάδοση οπτικών σημάτων μέσω ενός καλωδίου οπτικών ινών, που συχνά αποκαλείται βραχυκυκλωτήρας οπτικών ινών, το οποίο διευκολύνει την αυξημένη ευελιξία και την ευκολία στη φασματική ανάλυση και τη διαμόρφωση του συστήματος.Σε αντίθεση με τα συμβατικά μεγάλα εργαστηριακά φασματόμετρα εξοπλισμένα με εστιακές αποστάσεις που κυμαίνονται συνήθως από 300 mm έως 600 mm και χρησιμοποιούν σχάρες σάρωσης, τα φασματόμετρα οπτικών ινών χρησιμοποιούν σταθερές σχάρες, εξαλείφοντας την ανάγκη για περιστρεφόμενους κινητήρες.Οι εστιακές αποστάσεις αυτών των φασματόμετρων είναι συνήθως στην περιοχή των 200 mm ή μπορεί να είναι ακόμη μικρότερες, έως 30 mm ή 50 mm.Αυτά τα όργανα είναι εξαιρετικά συμπαγή σε μέγεθος και αναφέρονται συνήθως ως μικροσκοπικά φασματόμετρα οπτικών ινών.
Μινιατούρα Φασματόμετρο Ινών
Ένα μικροσκοπικό φασματόμετρο οπτικών ινών είναι πιο δημοφιλές στις βιομηχανίες λόγω της συμπαγούς, οικονομικής αποδοτικότητας, των δυνατοτήτων γρήγορης ανίχνευσης και της αξιοσημείωτης ευελιξίας του.Το μικροσκοπικό φασματόμετρο οπτικών ινών τυπικά περιλαμβάνει μια σχισμή, κοίλο κάτοπτρο, πλέγμα, ανιχνευτή CCD/CMOS και σχετικό κύκλωμα κίνησης.Συνδέεται με το λογισμικό του κεντρικού υπολογιστή (PC) μέσω καλωδίου USB ή σειριακού καλωδίου για να ολοκληρωθεί η συλλογή φασματικών δεδομένων.
Δομή φασματόμετρου οπτικών ινών
Το φασματόμετρο οπτικών ινών είναι εξοπλισμένο με προσαρμογέα διασύνδεσης ινών, παρέχει μια ασφαλή σύνδεση για οπτικές ίνες.Οι διεπαφές ινών SMA-905 χρησιμοποιούνται στα περισσότερα φασματόμετρα οπτικών ινών, ωστόσο ορισμένες εφαρμογές απαιτούν FC/PC ή μη τυποποιημένες διεπαφές ινών, όπως η κυλινδρική διεπαφή ινών πολλαπλών πυρήνων διαμέτρου 10 mm.
Διεπαφή ινών SMA905 (μαύρο), διεπαφή ινών FC/PC (κίτρινο).Υπάρχει μια υποδοχή στη διεπαφή FC/PC για τοποθέτηση.
Το οπτικό σήμα, αφού περάσει από την οπτική ίνα, θα περάσει πρώτα από μια οπτική σχισμή.Τα μικροσκοπικά φασματόμετρα συνήθως χρησιμοποιούν μη ρυθμιζόμενες σχισμές, όπου το πλάτος της σχισμής είναι σταθερό.Ενώ, το φασματόμετρο οπτικών ινών JINSP προσφέρει τυπικά πλάτη σχισμών 10μm, 25μm, 50μm, 100μm και 200μm σε διάφορες προδιαγραφές και διατίθενται επίσης προσαρμογές σύμφωνα με τις απαιτήσεις του χρήστη.
Η αλλαγή στα πλάτη των σχισμών μπορεί να επηρεάσει τη ροή φωτός και την οπτική ανάλυση συνήθως, αυτές οι δύο παράμετροι παρουσιάζουν μια σχέση αντιστάθμισης.Όσο στενότερο το πλάτος της σχισμής, τόσο μεγαλύτερη είναι η οπτική ανάλυση, αν και σε βάρος της μειωμένης ροής φωτός.Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η επέκταση της σχισμής για την αύξηση της ροής φωτός έχει περιορισμούς ή είναι μη γραμμική.Ομοίως, η μείωση της σχισμής έχει περιορισμούς στην επιτεύξιμη ανάλυση.Οι χρήστες πρέπει να αξιολογήσουν και να επιλέξουν την κατάλληλη σχισμή σύμφωνα με τις πραγματικές τους απαιτήσεις, όπως να δίνουν προτεραιότητα στη ροή φωτός ή στην οπτική ανάλυση.Από αυτή την άποψη, η τεχνική τεκμηρίωση που παρέχεται για τα φασματόμετρα οπτικών ινών JINSP περιλαμβάνει έναν περιεκτικό πίνακα που συσχετίζει τα πλάτη των σχισμών με τα αντίστοιχα επίπεδα ανάλυσης, που χρησιμεύει ως πολύτιμη αναφορά για τους χρήστες.
Ένα στενό χάσμα
Πίνακας σύγκρισης σχισμής ανάλυσης
Οι χρήστες, ενώ εγκαθιστούν ένα σύστημα φασματόμετρου, πρέπει να επιλέξουν κατάλληλες οπτικές ίνες για τη λήψη και τη μετάδοση σημάτων στη θέση σχισμής του φασματόμετρου.Τρεις σημαντικές παράμετροι πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή οπτικών ινών.Η πρώτη παράμετρος είναι η διάμετρος του πυρήνα, η οποία είναι διαθέσιμη σε μια σειρά δυνατοτήτων, όπως 5μm, 50μm, 105μm, 200μm, 400μm, 600μm και ακόμη μεγαλύτερες διαμέτρους πέραν του 1mm.Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η αύξηση της διαμέτρου του πυρήνα μπορεί να ενισχύσει την ενέργεια που λαμβάνεται στο μπροστινό άκρο της οπτικής ίνας.Ωστόσο, το πλάτος της σχισμής και το ύψος του ανιχνευτή CCD/CMOS περιορίζουν τα οπτικά σήματα που μπορεί να λάβει το φασματόμετρο.Έτσι, η αύξηση της διαμέτρου του πυρήνα δεν βελτιώνει απαραίτητα την ευαισθησία.Οι χρήστες θα πρέπει να επιλέξουν την κατάλληλη διάμετρο πυρήνα με βάση την πραγματική διαμόρφωση του συστήματος.Για τα φασματόμετρα της B&W Tek που χρησιμοποιούν γραμμικούς ανιχνευτές CMOS σε μοντέλα όπως τα SR50C και SR75C, με διαμόρφωση σχισμής 50μm, συνιστάται η χρήση οπτικής ίνας διαμέτρου πυρήνα 200μm για λήψη σήματος.Για φασματόμετρα με ανιχνευτές CCD εσωτερικής περιοχής σε μοντέλα όπως τα SR100B και SR100Z, ίσως είναι κατάλληλο να ληφθούν υπόψη παχύτερες οπτικές ίνες, όπως 400μm ή 600μm, για λήψη σήματος.
Διαφορετικές διαμέτρους οπτικών ινών
Σήμα οπτικών ινών συζευγμένο στη σχισμή
Η δεύτερη πτυχή είναι το εύρος μήκους κύματος λειτουργίας και τα υλικά των οπτικών ινών.Τα υλικά οπτικών ινών περιλαμβάνουν συνήθως ίνες High-OH (υψηλό υδροξύλιο), Low-OH (χαμηλό υδροξύλιο) και ανθεκτικές στην υπεριώδη ακτινοβολία ίνες.Διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά μετάδοσης μήκους κύματος.Οι οπτικές ίνες υψηλού ΟΗ χρησιμοποιούνται συνήθως στην περιοχή υπεριώδους/ορατού φωτός (UV/VIS), ενώ οι ίνες χαμηλού ΟΗ χρησιμοποιούνται στην περιοχή του εγγύς υπέρυθρου (NIR).Για το φάσμα των υπεριωδών ακτίνων, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη ειδικές ίνες ανθεκτικές στην υπεριώδη ακτινοβολία.Οι χρήστες θα πρέπει να επιλέξουν την κατάλληλη οπτική ίνα με βάση το μήκος κύματος λειτουργίας τους.
Η τρίτη πτυχή είναι η τιμή αριθμητικού διαφράγματος (NA) των οπτικών ινών.Λόγω των αρχών εκπομπής των οπτικών ινών, το εκπεμπόμενο φως από το άκρο της ίνας περιορίζεται σε ένα ορισμένο εύρος γωνίας απόκλισης, το οποίο χαρακτηρίζεται από την τιμή ΝΑ.Οι πολυτροπικές οπτικές ίνες έχουν γενικά τιμές NA 0,1, 0,22, 0,39 και 0,5 ως κοινές επιλογές.Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το πιο συνηθισμένο 0,22 NA, σημαίνει ότι η διάμετρος κηλίδας της ίνας μετά από 50 mm είναι περίπου 22 mm και μετά από 100 mm, η διάμετρος είναι 44 mm.Κατά το σχεδιασμό ενός φασματόμετρου, οι κατασκευαστές συνήθως εξετάζουν την αντιστοίχιση της τιμής NA της οπτικής ίνας όσο το δυνατόν περισσότερο για να διασφαλιστεί η μέγιστη λήψη ενέργειας.Επιπλέον, η τιμή ΝΑ της οπτικής ίνας σχετίζεται με τη σύζευξη των φακών στο μπροστινό άκρο της ίνας.Η τιμή ΝΑ του φακού θα πρέπει επίσης να ταιριάζει όσο το δυνατόν περισσότερο με την τιμή ΝΑ της ίνας για να αποφευχθεί η απώλεια σήματος.
Η τιμή ΝΑ της οπτικής ίνας καθορίζει τη γωνία απόκλισης της οπτικής δέσμης
Όταν χρησιμοποιούνται οπτικές ίνες σε συνδυασμό με φακούς ή κοίλους καθρέφτες, η τιμή NA θα πρέπει να ταιριάζει όσο το δυνατόν περισσότερο για να αποφευχθεί η απώλεια ενέργειας
Τα φασματόμετρα οπτικών ινών λαμβάνουν το φως σε γωνίες που καθορίζονται από την τιμή NA (Αριθμητικό Διάφραγμα).Το σήμα πρόσπτωσης θα χρησιμοποιηθεί πλήρως εάν το NA του προσπίπτοντος φωτός είναι μικρότερο ή ίσο με το ΝΑ αυτού του φασματόμετρου.Απώλεια ενέργειας συμβαίνει όταν το NA του προσπίπτοντος φωτός είναι μεγαλύτερο από το NA του φασματόμετρου.Εκτός από τη μετάδοση οπτικών ινών, η οπτική σύζευξη ελεύθερου χώρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή φωτεινών σημάτων.Αυτό περιλαμβάνει τη σύγκλιση του παράλληλου φωτός σε μια σχισμή χρησιμοποιώντας φακούς.Όταν χρησιμοποιείτε οπτικές διαδρομές ελεύθερου χώρου, είναι σημαντικό να επιλέγετε κατάλληλους φακούς με τιμή ΝΑ που ταιριάζει με αυτή του φασματόμετρου, διασφαλίζοντας παράλληλα ότι η σχισμή του φασματόμετρου είναι τοποθετημένη στο επίκεντρο του φακού για την επίτευξη μέγιστης φωτεινής ροής.
Οπτικός σύνδεσμος ελεύθερου χώρου
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-13-2023