CN101419164B - 阿达玛变换近红外光谱仪检测光的方法及光谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光谱分析技术。为了降低阿达玛变换近红外光谱仪的体积，本发明提供了一种阿达玛变换近红外光谱仪检测光的方法，包括透过样品的入射光被准直后投射到光栅的步骤、投射到光栅的光发生第一次衍射并经准直后投射到微镜阵列的步骤，经微镜阵列调制并反射的光被准直后投射到所述光栅进行第二次衍射步骤，聚焦步骤A第二次衍射的光到检测器步骤。本发明可以广泛应用于物质的近红外光谱分析领域。

Description

阿达玛变换近红外光谱仪检测光的方法及光谱仪
技术领域
本发明涉及一种光谱分析设备，特别是一种近红外光谱分析设备。
背景技术
近红外(NIR)分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。近红外光谱的应用在两个世纪前已被人们发现，但是由于物质在该谱区的倍频和合频吸收信号弱，谱带重叠，解析复杂，受当时的技术水平限制，近红外光谱“沉睡”了近一个半世纪。直到20世纪50年代，随着高性能的商品化仪器的出现及Norris等人所做的大量工作，使得近红外光谱技术曾经在农副产品分析中得到应用。到60年代中后期，由于经典近红外光谱分析技术暴露出的灵敏度低、抗干扰性差的弱点，使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用，从此，近红外光谱分析技术的发展又进入了一个相对沉默的时期。20世纪80年代后期，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的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使人们重新认识了近红外光谱的价值，近红外光谱在各领域中的应用(NIR)分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”。
现有阿达玛变换近红外光谱分析仪(简称阿达玛变换近红外光谱仪)检测光的部分常采用图1所示的技术方案，简要说明如下：透过样品的入射光通过入射点1进入到分析仪的光路系统，入射光经过凹镜2准直后投射到光栅3，凹镜2投射的光经过光栅3发生衍射并反射到凹镜4，凹镜4将光栅3反射的发生衍射的光准直后反射到微镜阵列5，微镜阵列5对凹镜4反射来的光进行调制后反射到检测器6实现对光的检测。
现有阿达玛变换近红外光谱仪检测光的部分在微镜阵列5调制后将光反射到检测器6，这需要在分析仪中留有足够的空间作为光反射的通路，增加了分析仪的体积，特别是由于成本因素，现阶段比较多的采用单检测器，这就需要在微镜阵列和单检测器间增设将聚光的部件将光聚焦到单检测器上，因此又进一步增加了分析仪的体积。阿达玛变换近红外光谱分析仪常会在野外应用(如石油化工行业的油品分析)，过大体积显然不利于运输，另外过大体积的分析仪在运输过程中更容易受到碰撞，影响仪器的测试精度。
发明内容
为了降低阿达玛变换近红外光谱仪的体积，本发明提供了一种阿达玛变换近红外光谱仪检测光的方法，可以有效减少光谱仪的体积。
本发明的另一目的是提供可以实现上述方法的阿达玛变换近红外光谱仪。
本发明的技术方案如下：
阿达玛变换近红外光谱仪检测光的方法，包括透过样品的入射光被准直后投射到光栅的步骤、投射到光栅的光发生第一次衍射并经准直后投射到微镜阵列的步骤，还包括如下步骤：
A、经微镜阵列调制并反射的光被准直后投射到所述光栅进行第二次衍射；
B、聚焦步骤A第二次衍射的光到检测器；
所述准直和聚焦步骤采用凹镜反射实现，用凹镜反射实现的准直步骤包括入射光被准直、第一次衍射后准直及步骤A中的准直步骤；所述微镜阵列采用反射式微镜阵列，所述光栅采用反射式光栅。
阿达玛变换近红外光谱仪，包括入射光路上依次设置的第一凹镜、光栅、第二凹镜和微镜阵列，还包括设置在入射光入射口附近的检测器，所述第一凹镜、光栅、第二凹镜和微镜阵列均为反射式器件；入射光射到第一凹镜被准直并反射出a光；a光射到光栅被衍射并反射出b光；b光射到第二凹镜被准直后反射出c光；c光射到微镜阵列被调制并反射出d光；d光射到第二凹镜被准直并反射出e光；e光射到所述光栅被衍射并反射出f光；f光射到第一凹镜被准直后反射到所述检测器。
另一种阿达玛变换近红外光谱仪，包括入射光路上依次设置的第一凹镜、光栅、第二凹镜和微镜阵列，还包括设置在入射光入射口附近的检测器，所述第一凹镜、光栅、第二凹镜和微镜阵列均为反射式器件；入射光射到第一凹镜被准直并反射出a光；a光射到光栅被衍射并反射出b光；b光射到第二凹镜被准直后反射出c光；c光射到所述微镜阵列被调制并反射出d光；还包括在d光光路上依次设置的第三凹镜与第四凹镜，第三凹镜与第四凹镜均为反射式器件；d光射到第三凹镜被准直并反射出e光；e光射到所述光栅被衍射并反射出f光；f光射到第四凹镜被准直后反射到所述检测器。
本发明的技术效果：
本发明采用将微镜阵列完成调制后的光遵循入射光经过的路径回传到入射光进入分析仪的入射点附近，在该处设置检测器接收微镜阵列回传的光进行检测，这样仅利用已有的到微镜阵列的入射光路径即可，省去了单独设立从微镜阵列到检测器的光的传递路径而占据的空间，从而有效减小了阿达玛变换近红外光谱仪的体积，实现了本发明的目的。同时本发明在光的传递路径上采用的光栅、聚焦、准直部件都是反射式的，使得光路能够产生折叠，这可以进一步减小光谱仪的体积。
附图说明
图1为现有的阿达玛变换近红外光谱仪光的传输路径。
图2为本发明的阿达玛变换近红外光谱仪光的传输路径。
图3为本发明的阿达玛变换近红外光谱仪的一个实施例。
图4为本发明的阿达玛变换近红外光谱仪的另一个实施例。
图中标记说明如下：
1、入射点；2、凹镜；3、光栅；4、凹镜；5、微镜阵列；6、检测器；7、第一凹镜； 8、第二凹镜；9、第三凹镜；10、第四凹镜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行说明。
如图2表明了本发明的方法，本发明的阿达玛变换近红外光谱仪检测光的方法主要对光路进行了设计，充分利用光的反射并以尽可能少的设备实现光路，从而减少了光谱仪的体积。下面通过对本发明的光谱仪的光行进路径具体说明本发明的方法。
透过样品的入射光通过入射点1进入到阿达玛变换近红外光谱仪的光路系统，入射光经过凹镜2准直(变成平行光)后投射到光栅3上，凹镜2投射的光经过光栅3发生衍射并反射到凹镜4，凹镜4将光栅3反射的发生第一次衍射的光准直后反射到微镜阵列5，微镜阵列5对凹镜4反射来的光进行调制，调制模板采用了阿达玛变换模板。
经微镜阵列5调制后的光被反射回凹镜4或另外设置的凹镜进行准直，准直后的光被反射到光栅3发生第二次衍射，第二次衍射的结果是使得第一次衍射以来按波长分散的光重新混合到一起，经过第二次衍射重新混合的光被反射回凹镜2进行聚焦(成像)投射到检测器6，考虑到降低成本的需要检测器6可以采用单检测器。
由于将经微镜阵列5完成调制后的光遵循入射光经过的路径回传到入射点1附近，这就避免了单独设立从微镜阵列到检测器的光的传递路径，从而有效减小了阿达玛变换近红外光谱仪的体积。本发明在光的传递路径上采用的光栅、聚焦、准直部件都是反射式的，使得光路能够产生折叠，这可以进一步减小光谱仪的体积。
下面对图3和图4进行说明，阐明本发明的阿达玛变换近红外光谱仪，其中采用与图1、图2相同标示的部件意味着与图1、图2中的对应部件具有同样的功能。
图3为本发明阿达玛变换近红外光谱仪的一个实施例，包括在入射光路上顺序设置的第一凹镜7、光栅3、第二凹镜8、调制用反射式微镜阵列5和设置在入射光进入的入射点1附近的单检测器6。第一凹镜7、光栅3、第二凹镜8均为反射式光学器件。下面对图3中各部件的功能进行说明，由于光的反射遵循反射定律，因此对于功能的说明也就表明了各部件间的相对位置关系。以下对各部件功能的描述按照光的行进顺序进行说明。
第一凹镜7用于对透过样品的入射光准直并反射出a光。反射式光栅3用于对第一凹镜7反射的a光进行第一次衍射并反射出b光。第二凹镜8用于将反射式光栅3反射的b光准直后反射出c光。所述反射式微镜阵列5将第二凹镜8反射的c光调制并反射出d光。第二凹镜8还用于将微镜阵列5反射出的d光准直并反射出e光。反射式光栅3还用于将第二凹镜8反射的e光进行第二次衍射并反射出f光。第一凹镜7还用于将反射式光栅3反射出的f光准直后反射到所述单检测器。
图4为本发明阿达玛变换近红外光谱仪的另一个实施例。图4与图3的区别在于增设了反射式第三凹镜9和反射式第四凹镜10，第三凹镜9与第二凹镜8并列设置，第四凹镜10与第一凹镜7并列设置。在微镜阵列5调制后反射的d光被投射到第三凹镜9，第三凹镜9将微镜阵列5反射出的d光准直并反射出e光。反射式光栅3将第三凹镜9反射的e光进行第二次衍射并反射出f光。第四凹镜10用于将光栅反射出的f光准直后反射到所述 单检测器。这样将微镜阵列5反射回的光经第三凹镜9、光栅3和第四凹镜10单独处理，不与入射方向的光共用第一凹镜7与第二凹镜8，虽然增加了部件占用了多一些的空间，但由于与入射到微镜阵列5的光分别处理，使得检测精度更高。本发明避免了单独设立从微镜阵列5到检测器6的光的传递路径所占据的空间，这一部分空间对缩小光谱仪的体积作用更大，相对而言增设的第三凹镜9和第四凹镜10占用的空间比较小。
在实施本发明的方案过程中，图3和图4所述的光谱仪中各部件在实现其功能的前提下可以尽可能紧凑设置，使得光谱仪的体积可以很小，实施本发明方案的一个光谱仪的光路体积仅有90毫米×120毫米×60毫米。

Claims (3)

1.阿达玛变换近红外光谱仪检测光的方法，包括入射光被准直后投射到光栅的步骤、投射到光栅的光发生第一次衍射并经准直后投射到微镜阵列的步骤，其特征在于还包括如下步骤：
A、经微镜阵列调制并反射的光被准直后投射到所述光栅进行第二次衍射；
B、聚焦步骤A第二次衍射的光到检测器；
所述准直和聚焦步骤采用凹镜反射实现，用凹镜反射实现的准直步骤包括入射光被准直、第一次衍射后准直及步骤A中的准直步骤；所述微镜阵列采用反射式微镜阵列，所述光栅采用反射式光栅。
2.阿达玛变换近红外光谱仪，包括入射光路上依次设置的第一凹镜、光栅、第二凹镜和微镜阵列，其特征在于还包括设置在入射光入射口附近的检测器，所述第一凹镜、光栅、第二凹镜和微镜阵列均为反射式器件；入射光射到第一凹镜被准直并反射出a光；a光射到光栅被衍射并反射出b光；b光射到第二凹镜被准直后反射出c光；c光射到微镜阵列被调制并反射出d光；d光射到第二凹镜被准直并反射出e光；e光射到所述光栅被衍射并反射出f光；f光射到第一凹镜被准直后反射到所述检测器。
3.阿达玛变换近红外光谱仪，包括入射光路上依次设置的第一凹镜、光栅、第二凹镜和微镜阵列，其特征在于还包括设置在入射光入射口附近的检测器，所述第一凹镜、光栅、第二凹镜和微镜阵列均为反射式器件；入射光射到第一凹镜被准直并反射出a光；a光射到光栅被衍射并反射出b光；b光射到第二凹镜被准直后反射出c光；c光射到所述微镜阵列被调制并反射出d光；还包括在d光光路上依次设置的第三凹镜与第四凹镜，第三凹镜与第四凹镜均为反射式器件；d光射到第三凹镜被准直并反射出e光；e光射到所述光栅被衍射并反射出f光；f光射到第四凹镜被准直后反射到所述检测器。
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