[發明專利]一種新型傅立葉紅外光譜儀和分析方法

無效

• 申請號: 201010537627.2
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN102072769A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 任利兵;尉昊赟;李巖
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01J3/02
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

技術領域

本發明屬于紅外光譜儀器研制領域，并涉及一種新型傅立葉紅外光譜儀和分析方法。

技術背景

傅立葉紅外光譜儀是一種廣泛應用于化學分析，環境監測等領域的重要儀器。傳統的傅立葉紅外光譜儀(圖5)使用了紅外光源(501)和激光光源(513)，兩者共用固定角鏡(502)、運動角鏡(504)和分束器(503)產生各自的干涉信號，為保證激光干涉信號的產生，分束器(503)表面除鍍紅外膜系，還鍍有激光膜系(如圖6A)，此外光路上還引入半透半反鏡(512)、激光探測器(511)和激光探測器(509)。一般來說，激光干涉信號的引入有兩個作用：一是用于監測運動角鏡的位置和方向，保證其在零光程差附近作往復掃描；二是控制高速數據采集卡對紅外光干涉信號進行等距離間隔(間隔為激光半波長的整數倍)采樣。根據傅立葉變換紅外光譜理論，可知紅外光干涉信號的采樣間隔Δx需滿足條件：

Δx≤12(νmax-νmin)---(1)]]>

式(1)中，ν_max為紅外光譜信號的波數區上限，ν_min為紅外光譜信號的波數區下限。

對傳統的傅立葉紅外光譜儀，通常采用波長為0.6328μm的He-Ne激光器作激光光源，以He-Ne波長作采樣間隔，即Δx＝0.6328μm，由式(1)可知，相應的紅外光譜測量范圍寬度可達(ν_max-ν_min)＝7901cm^-1。由于實際的光譜可測量范圍還要受到紅外光學元件光譜帶寬的限制，如傳統傅立葉紅外光譜儀中最常用的溴化鉀分束器，其光譜帶寬為ν_max＝7800cm^-1，ν_min＝375cm^-1，結合式(1)知，以He-Ne激光波長作采樣間隔，可以滿足光譜儀測量范圍寬度的要求。

傳統上，受限于磁編碼器分辨率低(數十微米量級)的問題，使得采用磁編碼信號作采樣間隔無法滿足實際的光譜測量范圍寬的要求。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種傅立葉紅外光譜儀：其特征在于包括：紅外光源，用于為光譜儀提供輸入能量；固定角鏡；紅外分束器；運動角鏡，其中：所述固定角鏡、紅外分束器、運動角鏡構成邁克爾遜式的干涉儀結構；所述紅外分束器用于將來自紅外光源、固定角鏡、運動角鏡的透射和反射紅外光束疊加，從而產生干涉效應，以獲得紅外光干涉信號。

根據本發明的另一個的方面，提供了一種傅立葉紅外光譜分析方法：其特征在于包括：用一個紅外光源為光譜儀提供輸入能量；利用固定角鏡、紅外分束器、運動角鏡構成邁克爾遜式的干涉儀結構，用所述紅外分束器將來自紅外光源、固定角鏡、運動角鏡的透射和反射紅外光束疊加，從而產生干涉效應。

附圖說明

圖1顯示了根據本發明的一個實施例的傅立葉紅外光譜儀原理結構。

圖2顯示了根據本發明的一個實施例中采用的帶磁編碼器的音圈電機。

圖3顯示了根據本發明的一個實施例中采用的磁編碼器原理結構。

圖4顯示了根據本發明的一個實施例中采用的帶磁編碼器的音圈電機運動控制框圖。

圖5顯示了一種傳統傅立葉紅外光譜儀原理結構。

圖6A示意顯示了傳統傅立葉紅外光譜儀使用的分束器；圖6B示意顯示了根據本發明的一個實施例的傅立葉紅外光譜儀使用的分束器。

圖7顯示了根據本發明的一個實施例的傅立葉紅外光譜儀中紅外光干涉信號等距離間隔采樣。

具體實施方式

近來，隨著磁編碼技術的不斷提高，現有的借助DSP芯片進行位相細分的磁編碼器，其輸出脈沖分辨率已達到亞微米級，與He-Ne激光波長接近，這使得采用亞微米級的磁編碼信號作采樣間隔以滿足傳統傅立葉紅外光譜儀中光譜測量范圍寬度的要求具有了可行性。