结合智能手机CMOS的微型光谱仪

本发明涉及光谱检测领域，并且更具体地，涉及一种与智能手机coms结合的光谱检测装置。

背景技术：

1、光谱仪是一种用于分析物质的仪器，它可以将光信号分解成不同波长的光谱，并测量各个波长的光强度。目前，光谱仪具有光谱分析、光谱图像获取等功能，与此同时光谱仪在教学科研、工业生产和环境监测等方面都具有重要的应用价值。

2、专业光谱仪往往价格较高，并且考虑到现有手机技术发展很成熟，因此，利用智能手机、生活中的常见低价材料以及3d打印技术制作了结合智能手机cmos的微型光谱仪，实现了光谱分析的功能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于在满足使用者需求的基础的同时，较大程度降低仪器的成本，并且与智能手机结合，智能手机作为光谱的接收器，在一定程度上可以提高光谱仪的分辨率。

2、为了实现上述目的，本发明采用了的如下的技术方案：

3、结合智能手机cmos的微型光谱仪，其特征在于沿光轴依次放置的自制减光狭缝(1)、3d打印的转换器(2)、透射型衍射光栅(3)、智能手机(4)；自制减光狭缝(1)由玻璃片(11)和铝箔片(12)组成；3d打印的转换器(2)主要是设计为中空圆柱体，一端倾角为31°，厚2.89mm，底部内直径30mm；自制减光狭缝(1)与透射型减光狭缝(3)保持平行；3d打印的转换器(2)分别与自制减光狭缝(1)和透射型衍射光栅(3)相连；智能手机(4)与透射型衍射光栅(3)相连，确保手机可以接收到完整的衍射图。

4、进一步地，所述结合智能手机cmos的微型光谱仪，其光路走向如下：透射光进入减光狭缝，通过衍射元件，将光分离成其光谱成分。当由探测器阵列或数码相机收集时，分散波长的强度出现在阵列或相机的不同位置。因衍射光谱仪与智能手机cmos探测器阵列兼容，可在智能手机上接收到衍射图。

5、进一步地，所述的自制减光狭缝(1)的宽度在0.45mm。

6、进一步地，所述的自制减光狭缝(1)与透射型衍射光栅(3)保持平行，确保每个色带都得到最大程度的展开。

7、进一步地，所述的3d打印的转换器(2)采用黑色材质，避免环境光对检测结果的影响。

8、进一步地，所述的3d打印的转换器(2)采用中空圆柱体设计，内径直径为30mm，为

9、sinθ＝mλ

10、确保可观察到完整的一级光谱，由公式a确定圆柱体一端倾角为31°。

11、进一步地，所述的透射型衍射光栅选用600mm-1的型号。

12、进一步地，所述的结合智能手机cmos的微型光谱仪，其特征在于，包括以下步骤：

13、第一步，拍摄特殊光谱。确定智能手机(4)拍摄时的相关参数，选取具有特征谱线的元素灯，如汞灯与钠灯，拍摄其衍射图，在拍摄时需要保持手机的稳定；

14、第二步，校准光谱仪。基于python，将拍摄得到的特殊元素的衍射图与其特殊谱线进行对比，对谱线进行校准；

15、第三步，拍摄待测光的衍射图。在黑暗环境下，使待测光通过减光狭缝(1)，利用光谱仪获取衍射图。

16、第四步，处理数据，得到光谱图。将获取的衍射图通过第二步中校准后的基本程序进行处理，得到待测光的光谱图。

17、因此，本发明具体以下有益效果：由于智能手机拥有设计精良的cmos传感器阵列，因此可以通过将其与衍射光栅相结合的方式轻松构建光学光谱仪；搭建仪器的材料常见，且价格较低，因此本发明制作成本较低；智能手机作为待测光衍射图的接收设备，在一定程度上提高了光谱仪的分辨率。

技术特征：

1.结合智能手机cmos的微型光谱仪，其特征在于沿光轴依次放置的自制减光狭缝(1)、3d打印的转换器(2)、透射型衍射光栅(3)、智能手机(4)；自制减光狭缝(1)由玻璃片(11)和铝箔片(12)组成；3d打印的转换器(2)主要是设计为中空圆柱体，一端倾角为31°，厚2.89mm，底部内直径30mm；自制减光狭缝(1)与透射型减光狭缝(3)保持平行；3d打印的转换器(2)分别与自制减光狭缝(1)和透射型衍射光栅(3)相连；智能手机(4)与透射型衍射光栅(3)相连，确保手机可以接收到完整的衍射图。

2.根据权利要求1所述结合智能手机cmos的微型光谱仪，其光路走向如下：透射光进入减光狭缝，通过衍射元件，将光分离成其光谱成分。当由探测器阵列或数码相机收集时，分散波长的强度出现在阵列或相机的不同位置。因衍射光谱仪与智能手机cmos探测器阵列兼容，可在智能手机上接收到衍射图。

3.根据权利要求1所述的结合智能手机cmos的微型光谱仪，其特征在于，自制减光狭缝(1)的宽度在0.45mm。

4.根据权利要求1所述的结合智能手机cmos的微型光谱仪，其特征在于，自制减光狭缝(1)与透射型衍射光栅(3)保持平行，确保每个色带都得到最大程度的展开。

5.根据权利要求1所述的结合智能手机cmos的微型光谱仪，其特征在于，3d打印的转换器(2)采用黑色材质，避免环境光对检测结果的影响。

6.根据权利要求1所述的结合智能手机cmos的微型光谱仪，其特征在于，3d打印的转换器(2)采用中空圆柱体设计，内径直径为30mm，为确保可观察到完整的一级光谱，由公式确定圆柱体一端倾角为31°。

7.根据权利要求1所述的结合智能手机cmos的微型光谱仪，其特征在于，透射型衍射光栅选用600mm-1型号。

8.基于权利要求1所述的结合智能手机cmos的微型光谱仪，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结结合智能手机CMOS的微型光谱仪，结合智能手机、3D打印技术以及透射型衍射光栅，实现了光谱检测。透射光进入减光狭缝，通过衍射元件，将光分离成其光谱成分。当由探测器阵列或数码相机收集时，分散波长的强度出现在阵列或相机的不同位置。因衍射光谱仪与智能手机CMOS探测器阵列兼容，将智能手机与衍射光谱仪相结合，搭建简易光谱仪。搭建的仪器材料常见且成本低。仪器突破了使用场景的限制，仪器体积较小，便于携带。该仪器具有良好的应用前景，在教育教学上，该仪器具有结构简单、成本低且教学演示效果好的特点，便于学生掌握光谱仪的结构原理，在应用检测方面，通过检测与处理物质反射光谱等，监测物质现状，可应用于空气质量检测、农作植物等领域。技术研发人员：韩彩芹,孙杨许寒,赵奕平,陈鸿晖受保护的技术使用者：江苏师范大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17