CN108254331A - 一种新型红外光谱仪 - Google Patents

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吴军
王安静
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G—PHYSICS
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum

Abstract

本发明公开了一种新型红外光谱仪。所述新型红外光谱仪包括：干涉仪、可见光相机、滤光片、反射镜以及黑体；所述可见光相机与所述滤光片设于同一水平面上；所述滤光片与所述反射镜设于同一垂直面上；所述干涉仪、所述反射镜以及所述黑体同轴光路设置；所述反射镜用于旋转角度阈值以切换当前状态；所述当前状态包括遥测状态以及定标状态。采用本发明提供的新型红外光谱仪实现了遥测状态与定标状态自动切换，提高了定标效率。

Description

一种新型红外光谱仪
技术领域
本发明涉及红外光谱仪测量与定标领域，特别是涉及一种新型红外光谱仪。
背景技术
红外光谱遥测光谱仪都有一定的测量视场角，遥测获取的光谱数据是测量路径上圆锥形视场范围内的红外积分信息，测量视场的大小是随测量目标距离变化的。如图1所示，现有的红外测量光路和可见监测光路离轴布置的结构，有几点缺点：首先，光路的同轴校准难度大、校准后的同轴精度低；其次，在一定距离内可见视场相对红外视场存在一定的盲区，近距离无法使用；第三、离轴监测要在可见图像中准确标示出红外测量视场大小和位置，则必须在图像上进行后期的同轴修正，将进一步引进误差，导致定位精度下降，尤其对于红外视场角较小或者增加望远镜的光谱仪，有可能导致两个视场的较大偏离。
如图2-3所示，红外光谱仪的定标一般采用单独的黑体设备进行定标，在标定时，由图3中黑体设备放置在图2中所示的光谱仪镜头前进行标定，且必须由人工手持放置在光谱仪镜头前进行定标，无法满足自动化和野外长期工作要求，无法进行自动定标操作，由于人工手动操作，因此，重复性差，定标精度低；且部分仪器采用外部外挂黑体，黑体暴露在空气中，易受环境影响，黑体表面温度稳定性差，黑体涂层易老化，导致发射率下降，影响定标精度；且红外光谱仪在实际测量时需要及时定标和遥测状态的自动切换，使用现有的黑体设备无法实现两种状态快速切换，且光谱仪器无法快速自动定标。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型红外光谱仪，以解决现有技术无法实现遥测状态与定标状态自动切换以及定标效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种新型红外光谱仪，包括：干涉仪、可见光相机、滤光片、反射镜以及黑体；
所述可见光相机与所述滤光片设于同一水平面上；
所述滤光片与所述反射镜设于同一垂直面上；所述干涉仪、所述反射镜以及所述黑体同轴光路设置；所述反射镜用于旋转角度阈值以切换当前状态；所述当前状态包括遥测状态以及定标状态。
可选的，所述反射镜与入射光的夹角为45°或90°。
可选的，当所述红外光谱仪处于所述遥测状态时，所述反射镜与所述入射光的夹角为45°。
可选的，当所述红外光谱仪处于所述定标状态时，所述反射镜与所述入射光的夹角为90°。
可选的，所述反射镜为镀金反射镜。
可选的，所述黑体具有自动控温功能。
可选的，所述滤光片在2μm-15μm波段的透过率≥98％。
可选的，所述滤光片与入射光的夹角为45°。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种新型红外光谱仪，由于所述滤光片与所述反射镜设于同一垂直面上；所述干涉仪、所述反射镜以及所述黑体同轴光路设置，相当于在红外光路中集成了一个黑体，并利用旋转反射镜进行定标状态和遥测状态的切换，从而实现了遥测状态与定标状态自动切换，同时，实现了光谱仪器快速自动定标；又由于本发明将黑体集成在所述红外光谱仪内部，不会受到外部环境因素的影响，无需人工进行操作，大大降低了人力资源，提高了定标速度，且由于黑体温度稳定性好，定标精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的传统的红外光谱仪可见光与红外光离轴视场示意图；
图2为本发明所提供的传统的红外光谱仪实际图；
图3为本发明所提供的传统的红外光谱仪用于定标的黑体实际图；
图4为本发明所提供的新型红外光谱仪可见光与红外光同轴视场示意图；
图5为本发明所提供的在遥测状态下的红外光谱仪示意图；
图6为本发明所提供的在遥测状态下的红外光谱仪示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种新型红外光谱仪，能够实现遥测状态以及定标状态的自动切换，提高定标精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图4所示，本发明为了解决现有技术中红外测量光路和可见监测光路离轴布置所带来的问题，将可见监测光路与红外测量光路同轴布置，提高红外测量中对测量目标和测量范围的定位精度。
图5为本发明所提供的在遥测状态下的红外光谱仪示意图，如图5所示，一种新型红外光谱仪，包括：干涉仪5-1、可见光相机5-2、滤光片5-3、反射镜5-4以及黑体5-5；所述可见光相机5-2与所述滤光片5-3设于同一水平面上；所述滤光片5-3与所述反射镜5-4设于同一垂直面上；所述干涉仪5-1、所述反射镜5-4以及所述黑体5-5同轴光路设置；所述反射镜5-4用于旋转角度阈值以切换当前状态；所述当前状态包括遥测状态以及定标状态；其中，入射光包括可见光以及红外光，所述反射镜5-4与入射光的夹角为45°，可见光光路5-6以及红外光光路5-7如图5所示。
本发明所提供的新型红外光谱仪在现有红外光谱仪的光路中同轴设计了一套分光和可见成像系统，用来实现红外测量范围同视场的可见监测系统，实现了“所见即所得”。如图5所示，本发明在光路中与入射光呈45°夹角处设计了一个滤光片，用于分光；滤光片设为在2μm-15μm波段的透过率≥98％，则在仪器测量范围2μm-15μm波段的红外光近似可以全部透射，而可见光则被反射到与光路垂直放置的可见光相机视场内。
图6为本发明所提供的在遥测状态下的红外光谱仪示意图，如图6所示，一种新型红外光谱仪，包括：干涉仪6-1、可见光相机6-2、滤光片6-3、反射镜6-4以及黑体6-5；所述可见光相机6-2与所述滤光片6-3设于同一水平面上；所述滤光片6-3与所述反射镜6-4设于同一垂直面上；所述干涉仪6-1、所述反射镜6-4以及所述黑体6-5同轴光路设置；所述反射镜6-4用于旋转角度阈值以切换当前状态；所述当前状态包括遥测状态以及定标状态；其中，入射光包括可见光以及红外光，所述反射镜6-4与所述入射光的夹角为90°，其中，可见光光路6-6以及红外光光路6-7如图6所示。
采用本发明所提供的新型红外光谱仪实现了同轴视场范围内的可见波段和红外波段的分光和检测。在可见光相机入瞳处，可见波段和红外波段的光束是物理同轴的，只需对可见光相机的位置和角度做简单的校准，即可通过可见光相机测量得到的图像对红外光谱仪的测量的位置和视场大小实现精准定位。
本发明所提供的新型红外光谱仪在现有红外光谱仪的同轴光路中还设计了一个可旋转的镀金反射镜和一个可自动控温的黑体。如图5-图6所示，只需通过旋转反射镜，将反射镜与入射光夹角在45°或90°的两个角度位置，则可实现光谱仪的遥测状态和定标状态之间的切换。通过控制黑体温度的变化，即可实现不同温度下的多点自动定标。
综上，本发明所提供的红外测量光路和可见监测光路同轴设置的新型红外光谱仪，具有以下优点：
1、同轴校准容易，精度高，只需在不同距离上测量红外辐射值，调整红外光路至红外辐射值最大位置时，将可见的图像中心校准至光源中心即可；
2、任何测量距离上都不存在可见的视场盲区；
3、由于可见光和红外光路物理同轴，无需对图像进行后期的同轴修正，所见即所得，保证了定位精度。
4、现有的傅里叶红外光谱仪以前仅用于实验室内使用，因此实验室设备不需要将黑体集成在光谱仪内部，而本发明将黑体集成在新型光谱仪内部，实现测量状态和定标状态通过内部的反射镜旋转来切换，测量重复性好，黑体温度稳定性好，定标精度高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种新型红外光谱仪，其特征在于，包括：干涉仪、可见光相机、滤光片、反射镜以及黑体；
所述可见光相机与所述滤光片设于同一水平面上；
所述滤光片与所述反射镜设于同一垂直面上；所述干涉仪、所述反射镜以及所述黑体同轴光路设置；所述反射镜用于旋转角度阈值以切换当前状态；所述当前状态包括遥测状态以及定标状态。
2.根据权利要求1所述的红外光谱仪，其特征在于，所述反射镜与入射光的夹角为45°或90°。
3.根据权利要求2所述的红外光谱仪，其特征在于，当所述红外光谱仪处于所述遥测状态时，所述反射镜与所述入射光的夹角为45°。
4.根据权利要求2所述的红外光谱仪，其特征在于，当所述红外光谱仪处于所述定标状态时，所述反射镜与所述入射光的夹角为90°。
5.根据权利要求1所述的红外光谱仪，其特征在于，所述反射镜为镀金反射镜。
6.根据权利要求1所述的红外光谱仪，其特征在于，所述黑体具有自动控温功能。
7.根据权利要求1所述的红外光谱仪，其特征在于，所述滤光片在2μm-15μm波段的透过率≥98％。
8.根据权利要求1所述的红外光谱仪，其特征在于，所述滤光片与入射光的夹角为45°。
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