[发明专利]傅里叶近红外光谱干涉仪及用于在线物料检测的仪器

说明书

本发明属于光谱分析仪器技术领域，公开了一种傅里叶近红外光谱干涉仪及用于在线物料检测的仪器，干涉仪设置有角镜和平面镜对，角镜和平面镜对位于动镜和定镜光路上；分束后第一光线照射到旋转镜后反射到空心角镜，经空心角镜反射、平移回旋转镜后再反射到达等腰棱镜的第一平面反射镜上，在第一平面反射镜反射后原路返回；分束后第二光线经角镜反射、平移后到第二平面反射镜上，在第二平面反射镜反射后原路返回；旋转镜旋转产生光程变化扫描。本发明采用双角镜、双平面镜的干涉仪光路方案，可以显著的减小干涉仪对震动和温度的敏感性，特别适用于近红外光谱分析，特别是在线近红外光谱分析。

技术领域

本发明属于光谱分析仪器技术领域，尤其涉及一种傅里叶近红外光谱干涉仪及用于在线物料检测的仪器。

背景技术

目前，八十年代以后,随着计算机技术的迅速发展,带动了分析仪器的数字化和化学计量学学科的发展,通过化学计量学方法在解决光谱信息的提取及背景干扰方面取得良好效果,加之近红外光谱分析速度快、分析效率高、分析成本低等独有的特点,使人们重新认识了近红外光谱的价值，成为90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术，是光谱测量技术与化学计量学学科的有机结合，被誉为分析的巨人。

近红外光谱不像中红外是分子的指纹信号，而是许多分子基频信号的倍频和合频，是基频信号的严重混叠产物，因此在化学计量学出现以前一直无法被利用。现代的近红外光谱分析技术也严重依赖建立的模型以及仪器的稳定性。

色散型光谱仪因为存在机械运动磨损而不利于应用于近红外光谱，直到阵列检测器型近红外光谱仪的出现才有所改观。阵列检测器型近红外光谱仪仍存在检测器一致性差，仪器装配误差导致的光谱精度一致性差等缺点，导致模型不能迁移，必须对每台仪器都独立建模的问题，应用成本大幅度增加。

相对于色散型光谱仪，基于时间调制的傅里叶干涉光谱仪具有信噪比高、波数准确度及杂散光低等优点。并得在近20年得到快速发展，在工农业生产、科学研究、环境监测、航空航大遥感等领域有着广泛的应用。

第一代傅里叶光谱仪的干涉仪，动镜和定镜是平面镜，仪器运行中必须保证两平面镜始终互相垂直，角度误差小于千分之一秒。这是一个非常严苛的条件，导致仪器对环境非常敏感。

第二代傅里叶光谱仪的干涉仪，在此干涉仪中，动镜和定镜换成了空心角镜。空心角镜的一个特性是它和入射光的相对倾斜角即使改变，它也能将入射光严格平行的反射回去。因此，动镜和定镜转动对仪器干涉效率没有影响，但角镜顶点横向平移仍会降低干涉效率，但影响程度已大大降低。

傅里叶光谱仪是波长调制型光谱仪，只有在一个测量周期中被测信号近似不变，测量出的光谱才和被测对象一致。因此在一些工业在线测量中，要求每次测量速度远大于被测样品移动变化的速度。

在傅里叶光谱仪近红外在线应用中要求两点：测量速度快和仪器性能稳定。

传统的迈克尔逊干涉仪工作过程中存在动镜往复运动移动，速度快了难免会引起震动，影响干涉光的质量和仪器的稳定性。

Griffiths提出反射转镜式干涉干涉仪，利用反射镜转动代替了往复运动，测量速度快，震动小。解决了测量速度问题。

Griffiths提出反射转镜式干涉仪，被探测目标的辐射经前置光学系统准直后入射到镀有半透半反膜的分束器上。分束将光束分为反射光束和透射光束。其中反射光束经倾斜反射镜反射到角反射体，角反射体将其反射回转镜，再反射到垂直反射镜M2，然后又沿原光路返回到分束器；透射光束经垂直反射镜M1沿原光路返回到分束器。反射回分束器的反射光束又被分为反射光束和透射光束，而反射回分束器的透射光束也被分为反射光束和透射光束，前者的透射部分和后者的反射部分经由会聚光学系统会聚到探测器上产生相干干涉，并被探测器接收。电机带动倾斜反射镜产生旋转从而使两束光产生变化的光程差，不同光程差的干涉信号经探测器接收，得到随时间变化的干涉谱，经数据反演后最终得到目标的光谱信息。