[发明专利]一种用于傅里叶变换红外光谱仪的ATR探头

说明书

技术领域

本发明属于物理光子学领域，特别涉及一种用于傅里叶变换红外光谱仪的ATR探头。 

背景技术

衰减全反射(Attenuated Total Reflectance, ATR)光谱技术是红外光谱测试技术中一种应用十分广泛的技术，它已成为傅里叶变换红外光谱分析测试工作者经常使用的一种红外样品测试手段。

ATR在实际应用中，作为红外光谱法的重要实验方法之一，从一开始便显示出其独特的优势和广阔的应用前景。由于其并不需要通过透过样品的信号，而是通过样品表面的反射信号获得样品表层有机成份的结构信息。不但简化了样品的制作过程，而且极大地扩大了红外光谱法的应用范围。使许多采用传统透过法无法制样，或者样品制备过程十分复杂、难度大、而效果又不理想的实验成为可能。因此，被广泛应用于塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等高分子材料制品的表面成份分析。

对于ATR来说，它主要包含几个大的部分：光导入部件、ATR晶体、光导出部件、红外检测器及电路等。目前市场上的ATR商品光导入和导出主要采用红外光纤，其价格昂贵。也有少部分光导入和导出各采用一根中空光导管，由于光的损失较大，信号微弱，其输出光一般采用液氮制冷的MCT检测器进行检测，使用起来非常麻烦。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明实现了一种结构简单，成本低廉，使用更加方便的ATR。采用大口径内镀红外高反射率膜的中空光管做为光导入部件，而输出则省掉了一根光导出部件，直接将无需液氮制冷的DLATGS检测器嵌入到探头内部进行光的检测，光路传输环节的减少，大大减少了光能损失，使信号的检出更加容易。因此，其不仅成本低，而且信噪比高，使用方便，其在生物、医学、地质、材料学等诸多领域具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案是：

一种用于傅里叶变换红外光谱仪的ATR探头，包括外壳5，ATR晶体1，透

镜2和透镜7，内镀膜光管4，光管固定夹具3和6，红外传感器8，前置放大滤波电路9；

外壳5的两端开口，ATR晶体1固定在外壳5一端的开口处，透镜2、光管

固定夹具3和6、内镀膜光管4固定在外壳内一侧，透镜2与ATR晶体1相接，内镀膜光管4与透镜2相接，光管固定夹具3和6设置在内镀膜光管4的两端，光管固定夹具6位于外壳5另一端的开口处；

透镜7、红外传感器8、前置放大滤波电路9依次固定在外壳内的另一侧；透镜7与ATR晶体1相接；

ATR晶体1有两个斜面，透镜2与透镜7分别对准ATR晶体1的两个斜面；

入射光射入内镀膜光管4后，经透镜2耦合后进入ATR晶体1，在晶体1内反射至少两次后射出晶体，再经透镜7收集聚焦到红外传感器8的光敏面上，红外传感器8将光信号转换成电信号，再经过前置放大滤波电路9进行信号放大滤波后输出。

所述外壳5上设置有O形圈安装槽10，用于安装O型圈，使外壳5紧密安装在罐体或反应釜上。

所述内镀膜光管4由石英中空玻璃制成，光管内壁镀有对红外光在4000cm-1到400cm-1波段范围内均具有高反射率的膜层；内镀膜光管4内径为0.5-5mm。  

所述ATR晶体1包括至少一个具有锥形或截锥形的表面的区段，半锥角在38-50°之间，优选45°角；半锥角是指圆锥的对称轴线与圆锥的侧面之间的角度；ATR晶体1由ZnSe、金刚石、蓝宝石、KBr或Ge制成。

本发明将红外传感器8内置于壳体5内，经过透镜7汇聚的光线，直接聚焦到红外传感器8的光敏面上；由于出射光并没有光导管或光纤之类的导光部件，因此，大大减少了光能量的损失，这对于提高信噪比十分有利。

本发明由于大大减少了光能量的损失，因此，可以采用DLATGS传感器作为感光元件。常规ATR由于出射光也采用了导光部件，光能损失太大，一般必须采用液氮制冷的高灵敏度MCT传感器，使用起来十分麻烦。而本发明则采用无需制冷的DLATGS器件进行感光，使用起来更方便。当然，本发明不排除使用MCT传感器作为感光元件。

本发明同时也将前置放大滤波电路9置于壳体5内，就近对传感器信号进行放大调理，这对于减少引线、电磁等干扰均有好处。

本发明采用了无出射导光部件、红外传感器内置于探头的结构，实际上，也不排除将经过透镜7后的出射光也采用与内镀膜光管4类似的内镀膜光管进行出射光的传导，将出射光引出壳体6的方式进行检测。