[发明专利]一种新型傅立叶红外光谱仪和分析方法

说明书

技术领域

本发明属于红外光谱仪器研制领域，并涉及一种新型傅立叶红外光谱仪和分析方法。

技术背景

傅立叶红外光谱仪是一种广泛应用于化学分析，环境监测等领域的重要仪器。传统的傅立叶红外光谱仪(图5)使用了红外光源(501)和激光光源(513)，两者共用固定角镜(502)、运动角镜(504)和分束器(503)产生各自的干涉信号，为保证激光干涉信号的产生，分束器(503)表面除镀红外膜系，还镀有激光膜系(如图6A)，此外光路上还引入半透半反镜(512)、激光探测器(511)和激光探测器(509)。一般来说，激光干涉信号的引入有两个作用：一是用于监测运动角镜的位置和方向，保证其在零光程差附近作往复扫描；二是控制高速数据采集卡对红外光干涉信号进行等距离间隔(间隔为激光半波长的整数倍)采样。根据傅立叶变换红外光谱理论，可知红外光干涉信号的采样间隔Δx需满足条件：

Δx≤12(νmax-νmin)---(1)]]>

式(1)中，ν_max为红外光谱信号的波数区上限，ν_min为红外光谱信号的波数区下限。

对传统的傅立叶红外光谱仪，通常采用波长为0.6328μm的He-Ne激光器作激光光源，以He-Ne波长作采样间隔，即Δx＝0.6328μm，由式(1)可知，相应的红外光谱测量范围宽度可达(ν_max-ν_min)＝7901cm^-1。由于实际的光谱可测量范围还要受到红外光学元件光谱带宽的限制，如传统傅立叶红外光谱仪中最常用的溴化钾分束器，其光谱带宽为ν_max＝7800cm^-1，ν_min＝375cm^-1，结合式(1)知，以He-Ne激光波长作采样间隔，可以满足光谱仪测量范围宽度的要求。

传统上，受限于磁编码器分辨率低(数十微米量级)的问题，使得采用磁编码信号作采样间隔无法满足实际的光谱测量范围宽的要求。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种傅立叶红外光谱仪：其特征在于包括：红外光源，用于为光谱仪提供输入能量；固定角镜；红外分束器；运动角镜，其中：所述固定角镜、红外分束器、运动角镜构成迈克尔逊式的干涉仪结构；所述红外分束器用于将来自红外光源、固定角镜、运动角镜的透射和反射红外光束叠加，从而产生干涉效应，以获得红外光干涉信号。

根据本发明的另一个的方面，提供了一种傅立叶红外光谱分析方法：其特征在于包括：用一个红外光源为光谱仪提供输入能量；利用固定角镜、红外分束器、运动角镜构成迈克尔逊式的干涉仪结构，用所述红外分束器将来自红外光源、固定角镜、运动角镜的透射和反射红外光束叠加，从而产生干涉效应。

附图说明

图1显示了根据本发明的一个实施例的傅立叶红外光谱仪原理结构。

图2显示了根据本发明的一个实施例中采用的带磁编码器的音圈电机。

图3显示了根据本发明的一个实施例中采用的磁编码器原理结构。

图4显示了根据本发明的一个实施例中采用的带磁编码器的音圈电机运动控制框图。

图5显示了一种传统傅立叶红外光谱仪原理结构。

图6A示意显示了传统傅立叶红外光谱仪使用的分束器；图6B示意显示了根据本发明的一个实施例的傅立叶红外光谱仪使用的分束器。

图7显示了根据本发明的一个实施例的傅立叶红外光谱仪中红外光干涉信号等距离间隔采样。

具体实施方式

近来，随着磁编码技术的不断提高，现有的借助DSP芯片进行位相细分的磁编码器，其输出脉冲分辨率已达到亚微米级，与He-Ne激光波长接近，这使得采用亚微米级的磁编码信号作采样间隔以满足传统傅立叶红外光谱仪中光谱测量范围宽度的要求具有了可行性。