CN106018344A - 一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，包括底座、往复丝杠和准直光源，往复丝杠安装在底座上，往复丝杠上装有动镜基座，动镜基座上装有第一角镜和第二角镜，第一角镜和第二角镜背对背放置；往复丝杠的前后两侧分别设置有直线导轨，动镜基座的前后两端均与直线导轨相连，动镜基座能在直线导轨上滑动，往复丝杠的左右两侧分别设有支撑台，两个支撑台上分别安装有第一定镜和第二定镜，底座的前部装有分光镜，准直光源与分光镜之间的夹角呈45度。本发明选择双角镜差动干涉仪作为光谱仪核心部件，其动镜差动实现四倍光程差的结构设计简化了整个系统的体积，降低系统的复杂性，实现系统小型化。

Description

一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪

技术领域

本发明涉及光谱仪领域，具体涉及一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪。

背景技术

红外光谱仪是进行光谱学研究和物质光谱分析的仪器，通过对光谱的测量来完成对光源的分析和物质成分的鉴定。随着计算机、激光、光电子学及先进加工工艺的不断发展和引入，并伴随光谱学与化学计量技术有机结合，使光谱学快速发展，红外光谱仪的性能不断提高且应用领域不断扩大。傅里叶变换红外光谱仪具有测量速度快、分辨率高、信噪比高和测定范围宽的特点。目前应用的光谱仪尺寸和重量较大，只能在实验室等特定的场合适用，而且测量时需要准备样品制备工作，价格也较昂贵，不适用家庭生活场合。为了广泛应用在家庭生活，光谱仪产品有必要向小型化，轻便化迈进。

在现有技术中，傅里叶变换红外光谱仪种类多种多样。但不论哪一种形式的干涉仪结构，其内部基本组成相同，都包含分光镜、定镜和动镜这三个部件。(1)干涉仪根据动镜运动方式的不同，可分为转动和平动两种形式。双动镜机械转动式、双角动镜扭摆式和透射转镜式三种由动镜转动产生光程差的干涉仪结构，采用这三种形式干涉仪会使系统体积增大，并不是理想的小型化光谱仪选择，经典的迈克尔逊干涉仪是由动镜直线运动产生光程差，但是其复杂的定镜调整系统并不适用于小型化红外光谱仪；(2)让动镜做直线往复运动通常使用控制器编程来控制电机正反转，但电机从正转到反转的过程并不是匀减速和匀加速的过程，而是变减速和变加速的过程，此时动镜的有效行程无法精确得知，电机的频繁转换状态，减小了电机的使用寿命，而且为了保证动镜移动的安全性和可靠性，需要额外附加限位装置。(3)在红外光谱仪器中，一般采用He-Ne激光控制数据采集，仪器内部He-Ne激光光束和红外光束一起通过分束镜，共光路发生干涉。用He-Ne激光干涉信号的一个或者半个余弦波作为触发信号，触发数据采集卡采集干涉图样，即等位移采样，也就是等光程差采样。

发明内容

针对现有的红外光谱仪体积大、结构复杂的问题，本发明提供了一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪。

本发明采用以下的技术方案：

一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，包括底座、往复丝杠和准直光源，所述往复丝杠安装在底座上，往复丝杠上装有动镜基座，动镜基座上装有第一角镜和第二角镜，第一角镜和第二角镜均由两个呈直角的镀金反射镜连接组成，第一角镜和第二角镜背对背放置；往复丝杠的前后两侧分别设置有直线导轨，所述动镜基座的前后两端均与直线导轨相连，动镜基座能在直线导轨上滑动，所述往复丝杠的左右两侧分别设有支撑台，两个支撑台上分别安装有第一定镜和第二定镜，所述底座的前部装有分光镜，所述准直光源与分光镜之间的夹角呈45度。

优选地，所述底座上还装有探测器和载物板，探测器前端装有一个凸透镜，凸透镜与载物台之间的夹角呈45度。

优选地，还包括电机和联轴器，所述电机通过联轴器与往复丝杠相连。

优选地，所述往复丝杠上设有两条螺纹槽，两条螺纹槽的螺距相同且旋向相反，两条螺纹槽通过过度曲线连接。

优选地，所述动镜基座上还安装有光栅尺，所述光栅尺的读数头固定在底座上。

优选地，所述第一定镜和第二定镜均与水平方向呈67.5度。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供的基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，不仅吸收了经典迈克尔逊干涉仪动镜直线运动的优势，不需要实时调整系统，并且其动镜差动实现四倍光程差的结构设计简化了整个系统的体积；采用往复丝杠简化了系统结构，提高系统的可靠性；采用光栅实时反馈动镜位移来获得等间距光程差的方法，对干涉光信号进行采样控制。本发明简化光谱仪的系统结构，减小运动部件体积，有利于实现系统小型化；延长电机的使用寿命，增加系统的可靠性。

附图说明

图1为一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明：

结合图1，一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，包括底座、往复丝杠9、准直光源1、电机13和联轴器14，电机13通过联轴器14与往复丝杠9相连。

其中，往复丝杠9安装在底座上，往复丝杠9上设有两条螺纹槽，两条螺纹槽的螺距相同且旋向相反，两条螺纹槽通过过度曲线连接。往复丝杠9上装有动镜基座10，动镜基座10上装有第一角镜5和第二角镜6，第一角镜5和第二角镜6均由两个呈直角的镀金反射镜连接组成，第一角镜5和第二角镜6背对背放置。动镜基座10上还安装有光栅尺11，光栅尺11跟随动镜基座10一起移动，光栅尺11的读数头固定在底座上。

往复丝杠9的前后两侧分别设置有直线导轨12，所述动镜基座10的前后两端均与直线导轨12相连，动镜基座10能在直线导轨12上滑动，往复丝杠的左右两侧分别设有支撑台，两个支撑台上分别安装有第一定镜3和第二定镜4，第一定镜3和第二定镜4均与水平方向呈67.5度。

电机13运行，带动往复丝杠9转动，从而使得动镜基座10在往复丝杠9上做往复运动，产生干涉光程差，光程差由光栅尺的读数头读出，通过实时反馈两个角镜位移对干涉光信号进行等间距光程差采样。动镜基座10依靠直线导轨12进行导向，保证了动镜基座10运动过程中，光线的空间位置保持不变。

底座的前部装有分光镜2，准直光源1与分光镜2之间的夹角呈45度。底座上还装有探测器8和载物板7，探测器8前端装有一个凸透镜，凸透镜用来汇聚光线，凸透镜与载物台7之间的夹角呈45度，载物台7上可以放置待检测样品，干涉光照射到待测样品上，光谱中包含有样品信息并漫反射到探测器中。

准直光源1发出的光以45度角入射到分光镜2中，光线经分光镜2后，分别透射和反射到第一定镜3和第二定镜4，然后再分别反射到第一角镜5和第二角镜6，第一角镜和第二角镜将光线翻转180度后分别再次经第一定镜3和第二定镜4反射回分光镜2，两束光发生干涉，经过载物板7上的样品反射至探测器8。

动镜基座10移动位移d，就会产生4d光程差。

分光镜2在光线45度入射时，分光比为1:1。

第一定镜3、第二定镜4、第一角镜5和第二角镜6均为镀金反射镜。

第一定镜3和第二定镜4分别将来自分光镜2的光线反射45度。

本发明选择双角镜差动干涉仪作为光谱仪核心部件，其动镜差动实现四倍光程差的结构设计简化了整个系统的体积，降低系统的复杂性，实现系统小型化。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，其特征在于，包括底座、往复丝杠和准直光源，所述往复丝杠安装在底座上，往复丝杠上装有动镜基座，动镜基座上装有第一角镜和第二角镜，第一角镜和第二角镜均由两个呈直角的镀金反射镜连接组成，第一角镜和第二角镜背对背放置；往复丝杠的前后两侧分别设置有直线导轨，所述动镜基座的前后两端均与直线导轨相连，动镜基座能在直线导轨上滑动，所述往复丝杠的左右两侧分别设有支撑台，两个支撑台上分别安装有第一定镜和第二定镜，所述底座的前部装有分光镜，所述准直光源与分光镜之间的夹角呈45度。

2.根据权利要求1所述的一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，其特征在于，所述底座上还装有探测器和载物板，探测器前端装有一个凸透镜，凸透镜与载物台之间的夹角呈45度。

3.根据权利要求1所述的一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，其特征在于，还包括电机和联轴器，所述电机通过联轴器与往复丝杠相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，其特征在于，所述往复丝杠上设有两条螺纹槽，两条螺纹槽的螺距相同且旋向相反，两条螺纹槽通过过度曲线连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，其特征在于，所述动镜基座上还安装有光栅尺，所述光栅尺的读数头固定在底座上。

6.根据权利要求1所述的一种基于直线往复丝杠的小型化傅里叶光谱仪，其特征在于，所述第一定镜和第二定镜均与水平方向呈67.5度。