[发明专利]一种基于微机电干涉平台的微型光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统的光学及电子电路设计领域，更具体的，涉及一种基于微机电干涉平台的微型光谱仪。

背景技术

微机电系统（Micro-electro-mechanical systems,简称MEMS)是利用微加工技术制造出来的三维装置，至少包括一个可运动结构满足某种机械作用。MEMS器件由于借鉴了集成电路的工艺因此应用于很多不同的领域。本世纪越来越多的传感器和执行器都倾向于采用MEMS技术，其中微机电系统微镜就是其中一个绝佳的例证。微机电系统驱动结构产生的力很小，但足以驱动镜面使其发生偏转。在众多MEMS微镜中电热式微镜是一款依靠热形变使镜子偏转的微机电系统。电热式微镜系统主要包括镜面、支撑臂和驱动臂三个部分，其中驱动臂就是依靠电热效应产生形变驱动镜子偏转。

微机电干涉平台以MEMS微镜为基础，采用微加工工艺设计制作的一种微型光学干涉装置，配合立方棱镜的使用，可以作为一种精度很高的微型干涉平台。微机电干涉平台具有两个一维的MEMS微镜和立方棱镜固定槽，使用时只需将立方棱镜放入固定槽内后封装即可。

现有的可用于化学物质分析的光谱仪一般成本高，体积大，不方便携带，因此，使用起来不方便。

虽然在光谱仪领域已经有一些较为成熟的控制方案，但是以微机电干涉平台为核心的领域尚未有过设计方案，尤其是低成本，精度高，微型化的设计方案。

基于上述描述，亟需要一种以微机电干涉平台为核心的光谱仪，以解决现有光谱仪存在的体积大，成本高、不方便携带的问题，并还可以应用于食品安全检测，野外探矿，安全防爆、环境监测等领域。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于微机电干涉平台的微型光谱仪，该光谱仪可以精确的判断出未知物质的化学组成，并且体积较小，成本较低、方便携带。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于微机电干涉平台的微型光谱仪，包括光路系统和电路系统；

所述光路系统包括光源、两个准直透镜、样品池、二向色镜、分光镜、全反射镜、微机电干涉平台、二向色镜、滤光片及其两个探测器；

光源发出的参考光经过准直透镜的准直后进入样品池，使样品池受激发发出样品光，样品光经过准直透镜的收集后和参考光一同进入二向色镜，被分为两路光，一路经过全反射镜入射到分光镜上，分光镜将其反射到微机电干涉平台第一动镜上，反射回的光经过分光镜入射到四象限探测器上；一路经过微机电干涉平台的干涉作用后变为干涉光，二向色镜将干涉光分成样品光和参考光两束单独的干涉光；两个探测器分别用于采集干涉样品光与干涉参考光；

所述电路系统包括数据处理模块，用于光的检测、核心算法及光谱数据的处理；

作为优选，所述微机电干涉平台包括第一微镜、第二微镜和立方棱镜的固定槽，所述第一微镜和第二微镜既可以作为固定镜，也可作为动镜用于位相调制。

作为优选，所述第一微镜和第二微镜为电热式垂直大位移MEMS微镜。

作为优选，所述电路系统还包括四象限探测器，用于纠正微机电干涉平台的动镜偏转。

作为优选，所述电路系统还包括干涉光光电转换模块，用于光电探测器采集到的干涉参考光和干涉样品光的光电转换和前期预处理。

作为优选，所述电路系统还包括模数转换模块和数模转换模块，模数转换模块用于将干涉光转换的电信号和四象限探测器输出的纠正微镜偏转的信号，采集到数据处理模块中进行处理；

数模转换模块，用于将控制微机电干涉平台的数字信号模拟化。

信号整形模块，用于数模转换后的信号滤波及放大处理。

作为优选，所述电路系统还包括光谱显示器，用于显示未知样品的光谱图。

作为优选，所述电路系统还包括安全保护模块，用于保护上电瞬间高电压对微机电干涉平台的冲击。

作为优选，所述电路系统还包括电源模块，用于为整个系统进行网络式供电。

作为优选，所述基于微机电干涉平台的微型光谱仪还包括机械底座，机械底座包括前端器件固定模块、后端器件固定模块和整机外壳；前端器件固定模块用于固定光路中的准直透镜、样品池及光源；后端器件固定模块用于微干涉平台及光电转换器件固定，同时用于反馈模块和干涉模块的遮光处理；外壳用于保护内部结构，防震和防止外部杂光进入系统内部产生干扰。