[发明专利]傅里叶红外光谱仪

说明书

本发明涉及傅里叶红外光谱仪，包括红外光源、干涉仪、样品室、红外检测器、激光器、激光检测器、处理器和上位机，红外检测器用于输出红外检测信号，激光检测器用于输出激光检测信号，处理器包括FPGA、第一A/D转换器、第二A/D转换器和高通滤波器，激光检测信号输入高通滤波器以输出平均值为零附近的正弦波信号，红外检测信号和正弦波信号分别输入第一A/D转换器、第二A/D转换器，第一A/D转换器和第二A/D转换器的输出接入FPGA以采集取样点；FPGA将采集得到的取样点传输至上位机直至扫描结束，上位机对所有取样点构成的干涉图进行傅里叶变换，得到光谱图。本发明采用数字信号处理的方法实现干涉图信号采集。

技术领域

本发明属于光学检测分析技术领域，具体涉及一种傅里叶红外光谱仪。

背景技术

傅里叶红外光谱仪主要由红外光源、干涉仪、样品池、检测器、计算机控制单元及光谱软件等组成。傅里叶红外光谱仪的核心部件是迈克尔逊干涉仪或其他各类改进型的干涉仪，并通过傅里叶数学变换，把时间域函数图变换为频率域函数图。

迈克尔逊干涉仪光学系统主要是由光源、固定反射镜（定镜）、移动反射镜（动镜）、分光束器及检测器等部件组成。传统的迈克尔逊干涉仪对光的调制是靠镜面的机械扫描运动来实现，从光源发出的红外光，经过分光束器分为两束，分别经定镜和动镜反射后抵达检测器并产生干涉现象。若光源发出一单色光，其波长为λ，频率为ν，通过分光束器，可将该束光一分为二，分别透过及反射到动镜和定镜上，随后两束反射光被检测器捕捉。当动镜、定镜反射光到达检测器的光程差为1/2λ的偶数倍时，相干光相互叠加，其强度为最大值；当动镜、定镜反射光到达检测器的光程差为1/2λ的奇数倍时，相干光抵消，其强度为最小值。

当连续改变动镜的位置时，可在检测器得到一个干涉强度对光程差和红外光频率的函数图，多色光源的图谱就是相对应于每个频率的单色光源的干涉谱之和，即红外光源的干涉图，再通过傅里叶变换数学运算最终得到被测组分的光谱图。由于计算机只能对数字化的干涉图进行傅里叶变换，因此需要进行间隔取点采样。

在光谱测量过程中，数据的采集通过He-Ne激光器（即氦氖激光器）控制。在干涉仪的动镜移动过程中，He-Ne激光光束和红外光光束一起通过分束器，有一个独立的检测器（光电二极管）检测从分束器出来的激光干涉信号。He-Ne激光的光谱带宽非常窄，有非常好的相干性。He-Ne激光干涉图在动镜移动过程中是一个不断延伸的余弦波，波长为0.6328μm。干涉图数据信号的采集是用激光干涉信号触发的，每经过一个He-Ne激光干涉图的余弦波采集一个数据点，数据点间隔的光程差为0.6328μm，即干涉仪的动镜每移动0.3164μm采集一个数据点。

激光干涉仪用于监测动镜的移动速度并决定动镜移动的距离。样品扫描测量中，动镜移动要平稳且需速度均匀，否则光谱噪声增加，谱图发生畸变。通常采用激光干涉仪和主干涉仪同轴设计，共用一个动镜。当动镜速度发生变化时，将会引起激光干涉图频率的改变，变化的信息即可传到驱动机构的伺服系统，控制器即会自动调整动镜速度，保证动镜平稳匀速运动，干涉仪动镜移动距离由激光干涉仪和一个二进制计数器来控制。扫描开始时，触发信号启动计数器工作，达到预定值，动镜返回，然后通过激光回扫相位差确定采样初始位置后，开始第二次扫描。针对上述传统的采样方法，动镜的移动速度必须相对匀速，且速度受限，通常不超过10cm/s。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种傅里叶红外光谱仪。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：