[发明专利]一种傅里叶变换光谱仪用曲柄滑块动镜扫描系统

说明书

技术领域：

本发明属于光电领域，涉及一种曲柄滑块动镜扫描系统，尤其适用于傅里叶变换光谱仪进行在线光谱定量分析的动镜扫描系统.

背景技术：

傅里叶变换光谱仪具有分析灵敏度高、分析速度快、重复性好等特点，作为一种“绿色”分析仪器，具有工作效率高，分析成本低，已经广泛应用于工业、农业、地矿勘探、环境保护、交通、医疗等等诸多行业。傅里叶变换光谱仪利用如附图1所示的迈克尔逊干涉仪来实现物质成分及其含量的分析的：宽带光源经准直凹面反射镜反射后，形成平行光束射入分束器，经分束器分成两束光束，分别入射至固定镜和动镜系统，经过固定镜和动镜的反射后返回到分束器后形成干涉光束，凹面反射镜将其反射汇聚成像于检测器。动镜沿光轴方向的水平直线运动改变干涉光束间的光程差，从而实现光谱信号的振幅调制。检测器接收光谱干涉信号并将之转化为电信号输出，通过电路系统的调制解调、带通滤波、放大等处理后，经AD转化器采集为数字信号存储于计算机中，由计算机软件程序对采集的数字信号进行切趾、相位校正及FFT处理后获得测量光谱。

由上述迈克耳逊干涉仪原理可知，在傅里叶变换光谱仪中，高精度的动镜驱动系统是其核心和难点之一，特别是在对光谱分辨率、光谱扫描速度有更高要求的傅里叶变换光谱仪，动镜运动的匀速性、对振动的敏感性都将对光谱质量产生影响。

传统的动镜扫描装置通常有旋转电机机械传功，电控气动液压系统。传统的机械结构，机械元件易产生弹性变形、摩擦、反向间隙、非线性误差等缺陷。而电控气动液压系统虽然振动和倾斜小，但速度慢，结构复杂，需要供气供液系统，这不利于仪器的小型化，且受环境影响大。目前国外的商用傅里叶变换光谱仪的动镜扫描机构采用扭摆式机械传动结构型式，这种结构的优点是体积小，运动的稳定性较高，缺点是有效光程差短，光谱分辨率较低(一般都在1cm^-1，实验室常用是4cm^-1)，制造成本高。而国内的商用光谱仪动镜扫描机构采用楔块直线运动型式或者直线电机伸缩运动型式，这种结构的优点是制造成本相对低，缺点是楔块直线运动型式有效光程差短，光谱分辨率低，直线电机伸缩运动型式扫描速度慢，易磨损，运动稳定性较差(一般都在±2cm^-1)，环境适应能力均差。上述光谱仪目前仍只适用于实验室环境的气体、液体、固体物质成分的静态分析，或者浓度变化缓慢的应用场合。而在某些成分含量变化比较快的在线分析应用中，如某些化学反应过程监测，采用现有常规动镜扫描机构的傅里叶变换光谱仪难以满足在线定量分析系统的要求。

发明内容：

针对现有常规光谱仪在扫描速度和分辨率要求都很高的应用的现状和不足，本发明的目的在于，提供一种傅里叶变换光谱仪用曲柄滑块动镜扫描装置的设计方法，即该光谱仪的动镜扫描机构采用曲柄滑块扫描结构型式，通过合理的优化设计，并结合相应的光谱分析专用软件，解决光谱分辨率与扫描速度矛盾的问题，实现固体、液体、气体的快速、精确傅里叶变换光谱定量分析。

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种傅里叶变换光谱仪用曲柄滑块动镜扫描系统：该系统包括傅里叶变换红外光学系统、样品吸收池、红外光电探测器、前置调理电路、信号处理电路、计算机系统和精密驱动控制系统；所述傅里叶变换红外光学系统、样品吸收池、光电探测器、前置调理电路、信号处理电路、计算机系统和精密驱动控制系统依次顺序连接；傅里叶变换红外光学系统出射的干涉光束射入样品池前端，在样品池后端用红外光电探测器探测将光信号转变为电信号，该电信号依次经过前置调理电路和信号处理电路信号的调理和处理后，经由计算机数据采集系统采集和存储，再由傅里叶逆变换、光谱专用软件分析和计算，从而测出各物质成分的信息。

所述傅里叶变换红外光学系统包括傅里叶变换光谱仪动镜扫描装置；所述傅里叶变换光谱仪动镜扫描装置，包括动镜、动镜支撑架、连杆座、连杆、曲柄、电机安装支架、电动机、底座、滑块和线性导轨；所述电动机和线性导轨固定在底座上；所述线性导轨上设置有滑块，该滑块上固定设置动镜支撑架，在动镜支撑架上固定设置动镜和连杆座；所述连杆前端与与连杆座铰接，连杆后端与曲柄前端铰接，曲柄后端联接在电机输出轴上；所述曲柄随电机轴做连续回转运动时，带动连杆在空间做平面运动，连杆通过连杆座、动镜支撑架使滑块与导轨相配合做往复的直线运动，从而带动动镜做往复的直线运动，电机转一圈完成一次扫描过程。

所述动镜是空心角锥棱镜。