[發明專利]一種傅里葉變換光譜儀用曲柄滑塊動鏡掃描系統

有效

• 申請號: 201010286692.2
• 申請日: 2010-09-19
• 公開（公告）號: CN101968442A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 劉君華;朱凌建;湯曉君;張鐘華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N21/35;G01N21/01;G02B26/10;G02B26/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域：

本發明屬于光電領域，涉及一種曲柄滑塊動鏡掃描系統，尤其適用于傅里葉變換光譜儀進行在線光譜定量分析的動鏡掃描系統.

背景技術：

傅里葉變換光譜儀具有分析靈敏度高、分析速度快、重復性好等特點，作為一種“綠色”分析儀器，具有工作效率高，分析成本低，已經廣泛應用于工業、農業、地礦勘探、環境保護、交通、醫療等等諸多行業。傅里葉變換光譜儀利用如附圖1所示的邁克爾遜干涉儀來實現物質成分及其含量的分析的：寬帶光源經準直凹面反射鏡反射后，形成平行光束射入分束器，經分束器分成兩束光束，分別入射至固定鏡和動鏡系統，經過固定鏡和動鏡的反射后返回到分束器后形成干涉光束，凹面反射鏡將其反射匯聚成像于檢測器。動鏡沿光軸方向的水平直線運動改變干涉光束間的光程差，從而實現光譜信號的振幅調制。檢測器接收光譜干涉信號并將之轉化為電信號輸出，通過電路系統的調制解調、帶通濾波、放大等處理后，經AD轉化器采集為數字信號存儲于計算機中，由計算機軟件程序對采集的數字信號進行切趾、相位校正及FFT處理后獲得測量光譜。

由上述邁克耳遜干涉儀原理可知，在傅里葉變換光譜儀中，高精度的動鏡驅動系統是其核心和難點之一，特別是在對光譜分辨率、光譜掃描速度有更高要求的傅里葉變換光譜儀，動鏡運動的勻速性、對振動的敏感性都將對光譜質量產生影響。

傳統的動鏡掃描裝置通常有旋轉電機機械傳功，電控氣動液壓系統。傳統的機械結構，機械元件易產生彈性變形、摩擦、反向間隙、非線性誤差等缺陷。而電控氣動液壓系統雖然振動和傾斜小，但速度慢，結構復雜，需要供氣供液系統，這不利于儀器的小型化，且受環境影響大。目前國外的商用傅里葉變換光譜儀的動鏡掃描機構采用扭擺式機械傳動結構型式，這種結構的優點是體積小，運動的穩定性較高，缺點是有效光程差短，光譜分辨率較低(一般都在1cm^-1，實驗室常用是4cm^-1)，制造成本高。而國內的商用光譜儀動鏡掃描機構采用楔塊直線運動型式或者直線電機伸縮運動型式，這種結構的優點是制造成本相對低，缺點是楔塊直線運動型式有效光程差短，光譜分辨率低，直線電機伸縮運動型式掃描速度慢，易磨損，運動穩定性較差(一般都在±2cm^-1)，環境適應能力均差。上述光譜儀目前仍只適用于實驗室環境的氣體、液體、固體物質成分的靜態分析，或者濃度變化緩慢的應用場合。而在某些成分含量變化比較快的在線分析應用中，如某些化學反應過程監測，采用現有常規動鏡掃描機構的傅里葉變換光譜儀難以滿足在線定量分析系統的要求。

發明內容：

針對現有常規光譜儀在掃描速度和分辨率要求都很高的應用的現狀和不足，本發明的目的在于，提供一種傅里葉變換光譜儀用曲柄滑塊動鏡掃描裝置的設計方法，即該光譜儀的動鏡掃描機構采用曲柄滑塊掃描結構型式，通過合理的優化設計，并結合相應的光譜分析專用軟件，解決光譜分辨率與掃描速度矛盾的問題，實現固體、液體、氣體的快速、精確傅里葉變換光譜定量分析。

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種傅里葉變換光譜儀用曲柄滑塊動鏡掃描系統：該系統包括傅里葉變換紅外光學系統、樣品吸收池、紅外光電探測器、前置調理電路、信號處理電路、計算機系統和精密驅動控制系統；所述傅里葉變換紅外光學系統、樣品吸收池、光電探測器、前置調理電路、信號處理電路、計算機系統和精密驅動控制系統依次順序連接；傅里葉變換紅外光學系統出射的干涉光束射入樣品池前端，在樣品池后端用紅外光電探測器探測將光信號轉變為電信號，該電信號依次經過前置調理電路和信號處理電路信號的調理和處理后，經由計算機數據采集系統采集和存儲，再由傅里葉逆變換、光譜專用軟件分析和計算，從而測出各物質成分的信息。

所述傅里葉變換紅外光學系統包括傅里葉變換光譜儀動鏡掃描裝置；所述傅里葉變換光譜儀動鏡掃描裝置，包括動鏡、動鏡支撐架、連桿座、連桿、曲柄、電機安裝支架、電動機、底座、滑塊和線性導軌；所述電動機和線性導軌固定在底座上；所述線性導軌上設置有滑塊，該滑塊上固定設置動鏡支撐架，在動鏡支撐架上固定設置動鏡和連桿座；所述連桿前端與與連桿座鉸接，連桿后端與曲柄前端鉸接，曲柄后端聯接在電機輸出軸上；所述曲柄隨電機軸做連續回轉運動時，帶動連桿在空間做平面運動，連桿通過連桿座、動鏡支撐架使滑塊與導軌相配合做往復的直線運動，從而帶動動鏡做往復的直線運動，電機轉一圈完成一次掃描過程。

所述動鏡是空心角錐棱鏡。