[发明专利]阿达玛变换近红外光谱仪

说明书

技术领域

本发明属于光谱分析设备，特别是一种近红外光谱分析设备。

背景技术

近红外(NIR)分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。近红外光谱的应用在两个世纪前已被人们发现，但是由于物质在该谱区的倍频和合频吸收信号弱，谱带重叠，解析复杂，受当时的技术水平限制，近红外光谱“沉睡”了近一个半世纪。直到20世纪50年代，随着高性能的商品化仪器的出现及Norris等人所做的大量工作，使得近红外光谱技术曾经在农副产品分析中得到应用。到60年代中后期，由于经典近红外光谱分析技术暴露出的灵敏度低、抗干扰性差的弱点，使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用，从此，近红外光谱分析技术的发展又进入了一个相对沉默的时期。20世纪80年代后期，随着计算机技术的迅速发展，带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使人们重新认识了近红外光谱的价值，近红外光谱在各领域中的应用(NIR)分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”。

由于物质在近红外的倍频和合频吸收信号弱，因此要求近红外光谱分析仪器灵敏度和信噪比高，及具有很高的重复性，同时为了达到所建模型在不同仪器间的通用性(模型传递)，要求仪器具有很高的稳定性和一致性。

传统的色散扫描型光谱仪，光谱分辨率虽然很高，但由于狭缝和机械部件的限制，稳定性和重复性不高，同时仪器的信噪比也不够。傅立叶变换光谱仪能满足仪器指标的要求，但由于成本高和环境的适应性差大大限制了它的应用。线阵检测器光谱仪解决了仪器的稳定性，但仪器的信噪比低。现有的二极管阵列光谱仪的信噪比只能达到300-1000:1。

阿达玛变换光谱是过去二十几年发展起来的一种类似于傅立叶变换光谱的光谱调制技术。在测量微弱信号时具有高信噪比及单检测器实现多通道检测的特点。

阿达玛变换近红外光谱仪包括光源、光栅、微镜阵列和检测器，具体原理图如图1所示。光源1发出的连续光透过被测试样品2后由光栅3分光，分光后不同波长的光投射到微镜阵列4(HT模板)不同部位，即不同波长的光投射到微镜阵列4上不同的微镜上。通过调整微镜阵列4上微镜使其偏转一定的角度，将不同波长的光投射到检测器5上获取检测信息。调整微镜使其偏转的动作由集成电路控制，微镜可以产生+10°到-10°的偏转。控制微镜以不同的编码调制光谱信号反射到检测器上，检测器检测到随编码改变的光谱信号，将检测到的信号解码，我们就可还原成原始光谱信号。编码和解码的数学变换就是阿达玛变换。

阿达玛变换光谱曾用于拉曼光谱检测上，拉曼光谱检测多采用机械模板和液晶投射模板。最近有报道利用阿达玛变换采用二维的微镜阵列进行成像光谱检测和近红外光谱检测。二维微镜阵列的微镜形状一般是边长为16微米的正方形，虽然阵列大小可达百万，其缺点是微镜间的间隙使光通量减少，同时微镜在转动时微镜间不可避免存在运动差，即多个微镜不能做到绝对同步运动，因此仪器检测结果误差大，信噪比不高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的光谱仪的检测结果误差大和信噪比低的问题，本发明提供了一种新型的阿达玛变换近红外光谱仪。

本发明的技术方案如下：

阿达玛变换近红外光谱仪，包括由微镜排列成的一维微镜阵列，所述微镜镜面的形状为具有相互垂直的长轴和短轴的长条形状，优选微镜大小为宽度10—100微米，长度0.5—10毫米，所述一维微镜阵列为由一组微镜沿微镜镜面短轴方向呈直线并排排列成一列的阵列，所述短轴方向沿光谱色散方向。经前置光学系统和光栅色散后的不同波长区间的光分别照射到所述并排排列的微镜表面，经微镜反射后由后置光学系统聚焦到检测器上。

所述微镜阵列为光开关微镜阵列。

优选地，所述微镜阵列包括100—5000个微镜。

所述长条形为长方形。

所述微镜表面镀金。

本发明的技术效果：