虹科分享 | 虹科便携式光谱仪背后的奥义

光谱仪器是基于基础光学原理和先进电子技术、进行光谱学研究和物质光谱分析的仪器。光谱仪通过对光谱的测量来完成光成分的分析、材料光学属性的测量以及物质成分的鉴定，是材料表征、化学分析、工业检测等领域重要的测试仪器之一。

光谱仪种类

光谱仪的发展起源于著名的色散现象，即光通过棱镜后，会按波长大小而依次排列得到光谱。随着光谱与光谱分析学自身的快速发展，光栅光谱仪、滤光片光谱仪、干涉光谱仪、调制光谱仪等各种类型光谱仪如雨后春笋般涌出，逐渐进入光电市场，并广泛地应用于各种领域。

图一：基于色散和光栅的光谱仪结构

根据不同的形式和作用特点，可以将光谱仪进一步细分为各种类别。根据工作原理，可分为经典色散光谱仪和调制变换式光谱仪，前者是基于基础光学原理、采用棱镜或光栅作为空间色散元件,且所采集的一次性结果即为所求的光成分分布的仪器；而后者是建立在调制计算原理、所采集的一次性结果须再经过计算变换才能得到实际的测量光谱的光学仪器。此外，根据工作波长范围，可分为紫外光谱仪、可见光光谱仪、红外光谱仪、荧光光谱仪。

目前光谱仪器已经广泛地应用于各种光学检测、化学分析、工业检测、天文研究、半导体检测、食品检测等领域，能够完成物质成分分析、含量研究、光相互作用、无损检测、物质探测、光谱分析等过程。

光谱仪结构

虽然光谱仪种类繁多，但光谱仪器系统具有类似的基本结构，即光源、分光系统和传感器系统。使用光谱仪进行物质分析的工作过程可以简化为以下五个步骤：

光谱仪工作过程

01

照明

光源和照明系统是光谱仪器的基本组成，光源照射物体后，光与物质之间发生透射、反射、吸收等作用

02

分光

分光系统是光谱仪器的核心。与物体发生作用的光携带着物质的信息继续在仪器中前进，到达分光系统后被分解为单色光。通常，可以基于棱镜或光栅来完成色散,也可以基于干涉调制来完成色散

03

探测

探测接收系统的作用是对色散开的入射光进行接收,并定性或定量的表示出来。目前绝大多数的光谱仪都使用光电探测器系统，不仅扩大了光谱仪器的检测范围,提高了测量的精度

04

记录

电子器件或计算机将探测器接收的信息进行记录，这些信息包括光的强度、功率、波长等等，得到光谱图

05

分析

使用光谱仪配套软件或化学计量学软件分析光谱图，获取光谱中的物质信息

光谱仪进行物质分析的工作过程如下图所示：

图一：光谱仪工作过程

为了实现精准的测量和较高的分辨率，市面上的光谱仪都会采用精细且复杂的分光系统和高分辨率的传感器。但这种做法仍然存在一些缺点，复杂的分光系统需要较大的光学空间，高分辨率传感器不可避免地提升了制造成本。因此，市售的光谱仪大多都体积庞大且造价昂贵,通常只能在室内进行操作，不易携带，无法适用于室外场景的光谱测量,高昂的价格也制约了其在众多民用领域的发展。此外，复杂的分光系统也会增加传输过程中的光学损耗，减缓光路传输速度。
光谱仪的微型化能够打破这些限制,推动光谱仪器向更广的领域发展。例如，特殊光路系统、凹面光栅、光栅-菲涅耳透镜、波导材料、电光调制干涉、厚度可变的谐振腔等方法有效地缩短光程、简化光路，实现光谱仪尺寸的减小，并且一些微型/便携式光谱仪已经实现了商业应用。

图三：便携式光谱仪的设计思路

虹科便携式光谱仪

虹科便携式光谱仪是在实验室外进行精确光谱测量的理想解决方案，致力于让每个人都可以轻松上手使用光谱仪器！虹科便携式光谱仪重量轻，结构紧凑，便携性极强，能够适应各种室内和室外环形的检测，并适配各种模块配件，只需一个核心部件就能够完成多种光谱模式的测量，在物质检测、防伪检测、农作物检测、质量监控等应用领域具有广阔的应用场景。最关键的是，虹科便携式光谱仪虽然体积微小，但仍然具有高精度和高分辨率，能够媲美实验室光谱仪。

虹科便携式光谱仪具有以下三大优点

01. 轴向光栅技术

大多数光谱仪都采用Czerny Turner(切尼- 特纳)光路结构，这种光路结构虽然能实现较高精度的分辨率，但占用空间面积大，光路传输过程中有较高的光路损耗，传输速度也有所缓慢，成本高昂、不易携带，无法适用于室外场景的光谱测量。

虹科便携式光谱仪采用新型轴向光栅技术，极大地缩短了光输入和光输出之间的空间距离，能够有效地减少光路损耗，提升光学传输速度，集成空间小，结构十分紧凑

02. 2D视觉传感器

传感器的作用是接收被分解的光，将光信号转变为电信号，实现信息的传递。

传统实验室光谱仪大多使用处理性能好、识别速度快、高分辨率和高精度的传感器，但这类传感器需要一定的光学空间进行前半程的分光过程，并且价格成本高，一定程度上也会提升光谱仪的成本

虹科便携式光谱仪中采用一种机器视觉传感器，这类传感器被大量地用于工业、智能手机、智能电脑的视觉检测中，在保证较高水准的分辨率前提下，性价比大大提升。这种2D传感器能够纵向处理轴向透射栅格的光谱衍射图像，对亮条纹的地方标记为白色区域，暗条纹的地方标记为黑色区域，多线同时处理信号，有效地提高信噪比和分析速率，即使是在较弱光线中也能具有良好的性能

03. 模块化

虹科便携式光谱仪第三大优点体现在光谱仪的模块化

当我们进行物质分析时，可能需要不同种类的光谱仪，如白光激发、紫外激发、激光激发或比色皿分析等，来进行不同的分析过程。如果是传统实验室光谱仪，不同的测量就需要多个光谱仪才能实现。

虹科便携式光谱仪提供多个模块化测量组件，并且与光谱仪基础模块兼容。只需一个基础模块，您可以使用模块化的测量组件，实现多种测试和分析过程。这种测量方式极大地提升了使用的便携性，能够有效地降低购买多种光谱仪的成本，节约很大的实验室空间。

虹科便携式光谱仪产品

GoSpectro：手持式光谱仪

GoSpectro是一款将任何智能手机或平板电脑变成超紧凑且功能强大的手持式光谱仪的设备，在“探测器和传感器”类别的“棱镜奖”中获得一等奖。

这种革命性的器件具有无与伦比的紧凑性，能够进行光谱表征，测量发射、透射或反射光谱，是不同设置下和不同场景下测量光谱的理想伴侣。

GoSpectro在整个可见光范围（400 nm-750 nm）上都很灵敏，光谱分辨率小于10 nm，再现性为1 nm。

紫外/可见光光谱仪

IndiGo是一款经济实惠的模块化、便携式的光谱仪，体积只有手掌大小，通过USB-C与电脑连接，通过蓝牙与智能手机连接。

该光谱仪允许测量 370 nm至 810nm 的发射、吸收或透射光谱，分辨率为 1.5 nm 。

我们提供多个与 IndiGo可信兼容的模块，这将允许您使用光谱仪进行多种模式的测量：光纤适配器、UVA-LED光源模块、UAB/UVB-LED光源模块、激光诱导荧光(LIF)、基于比色皿的化学分析模块

红外光谱仪

IndiGoNIR 是一款便携式、连接式、价格合理的近红外光谱器。它通过蓝牙连接到智能手机、平板电脑或有线连接到 PC。 这款光谱仪可以测量从 720nm 到 1040nm 的发射、吸收和透射光谱，分辨率 约为 2nm。 我们还提供 IndiGo NIR 兼容的模块，如：固体上的近红外反射、比色皿中液体的近红外吸收/反射，为您提供光谱仪的额外功能。

工业OEM光谱仪

该光谱仪是一款紧凑型透射光谱仪，能够测量从 380 nm - 720 nm 的发射、吸收或透射光谱，光谱分辨率为 0.8nm 至 3nm。 IndiGoOEM UV/Vis 与多种光谱分析应用程序兼容。它可以在实验室中使用，也可以作为工业应用的集成解决方案。