精密仪器设计17第七章1-2.ppt

1、通过对便携式近红外光谱仪器、激光干通过对便携式近红外光谱仪器、激光干涉测长仪涉测长仪*设计分析，掌握精密仪器的特点、设计分析，掌握精密仪器的特点、要求、结构及设计方法。要求、结构及设计方法。7.1*近红外光谱仪器设计近红外光谱仪器设计7.2 激光干涉仪设计激光干涉仪设计一、一、近红外光谱仪器概述近红外光谱仪器概述二、总体设计三、主要模块设计一、一、近红外光谱仪器概述近红外光谱仪器概述1.原理原理2.结构结构3.性能指标性能指标4.分类分类光源光源分光系统分光系统检测器检测器放大转放大转换电路换电路计算机计算机取样器取样器样样品品样样品品（1）仪器的波长范围）仪器的波长范围（2）吸光度范围）吸光

2、度范围（1）光谱的分辨率）光谱的分辨率（2）波长准确性）波长准确性（3）波长重现性）波长重现性（4）吸光度准确性）吸光度准确性（5）吸光度噪音）吸光度噪音（6）基线稳定性）基线稳定性（7）杂散光）杂散光1测量范围测量范围2精度精度3测量速度测量速度4取样方式取样方式5软件功能软件功能 1扫描速度扫描速度 2数据采样间隔数据采样间隔 光谱范围主要取决于仪器的光路设计、检光谱范围主要取决于仪器的光路设计、检测器的类型以及光源。测器的类型以及光源。近红外光谱仪器的波长范围通常分两段，近红外光谱仪器的波长范围通常分两段，7001100nm的短波近红外光谱区域和的短波近红外光谱区域和11002500nm

3、的长波近红外光谱区域。的长波近红外光谱区域。测量范围测量范围 测量范围测量范围精度精度精度精度 对样品进行多次扫描，谱峰位置间的差对样品进行多次扫描，谱峰位置间的差异，通常用多次测量某一谱峰位置所得波异，通常用多次测量某一谱峰位置所得波长或波数的标准偏差表示（许多傅立叶变长或波数的标准偏差表示（许多傅立叶变换的近红外光谱仪器习惯用波数换的近红外光谱仪器习惯用波数cm-1表表示）。示）。仪器稳定性的一个重要指标仪器稳定性的一个重要指标精度精度精度精度 精度精度精度精度（7）杂散光）杂散光 除要求的分析光外其它到达样品和检测器除要求的分析光外其它到达样品和检测器的光量总和。的光量总和。杂散光对仪器

4、的噪音、基线及光谱的稳杂散光对仪器的噪音、基线及光谱的稳定性均有影响。一般要求杂散光小于透过率定性均有影响。一般要求杂散光小于透过率的的0.1。精度精度（1）扫描速度）扫描速度 在一定的波长范围内完成在一定的波长范围内完成1次扫描所需要次扫描所需要的时间。的时间。仪器的设计方式（原理）仪器的设计方式（原理）测量速度测量速度测量速度测量速度 固定波长固定波长 滤光片滤光片 激光二极管激光二极管 光栅扫描光栅扫描（SCANNING）傅立叶变换（傅立叶变换（FT）光栅阵列检测（光栅阵列检测（ARRAY DECTING）声光过滤（声光过滤（AOTF）阿达玛变换式阿达玛变换式（Hadamard）多通道傅

5、里叶变换式多通道傅里叶变换式 LEDLED的发出的光不是单色光，一般半高宽为的发出的光不是单色光，一般半高宽为101025nm25nm，大多用来测量色度、水分等；，大多用来测量色度、水分等；光栅光栅光源光源狭狭缝缝样品样品传传感感器器)2cos()()()(xEExIx=v0td)2cos()(d)()(2121xEExIx=v0t在一定波数范围内在一定波数范围内=1/=f/C傅立叶变换傅立叶变换频域信号时域信号t0d2cos)()(xxxIEd)2cos()()(21xExIDetector123256255Sample电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）硅基（硅基（Si：4001100nm

6、），多用于近红外短波区域的光谱仪），多用于近红外短波区域的光谱仪二极管阵列（二极管阵列（PDA）硫化铅基（硫化铅基（PbS：11002500nm）/铟铟-镓镓-砷基（砷基（InGaAs：8001700nm），用于长波近红外区域。），用于长波近红外区域。fVanVfN，a光栅光栅光源光源传传感感器器样品样品s=1 s1+0s2+1 s3+0 s4+0s5解方程得 s1、s2、s3、s4、s5类型类型特点特点分辨率分辨率扫描速度扫描速度信噪比信噪比滤光片滤光片结构简单结构简单单一功能单一功能低低中中低低光栅扫描光栅扫描移动部件移动部件光通量低光通量低高高慢慢低低傅立叶傅立叶移动部件移动部件光通量高光通量高高高中中高高AOTFAOTF无移动部件无移动部件光通量中光通量中低低快快中中阵列阵列无移动部件无移动部件光通量中光通量中中中快快中中阿达玛阿达玛无移动部件无移动部件光通量大光通量大低低快快中中