【摘要】：中紅外光譜檢測(cè)技術(shù)是一種利用有機(jī)化合物在中紅外波段的光學(xué)特性進(jìn)行檢測(cè)物質(zhì)的方法。主要對(duì)有機(jī)化合物分子的振動(dòng)躍遷基頻現(xiàn)象進(jìn)行研究,可用于獲取有機(jī)化合物的組織成分和結(jié)構(gòu)信息。中紅外光譜技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用分析中憑借其特征性強(qiáng),分析時(shí)間短、所需樣品量少等優(yōu)勢(shì)在有機(jī)化學(xué)、生態(tài)環(huán)境、制藥工程等領(lǐng)域占有重要的一席之地。基于平板波導(dǎo)的小型紅外光譜儀具有體積小、重量輕、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)令其在中紅外光譜分析中具有不可替代的地位,在微小型中紅外光譜儀中獨(dú)樹(shù)一幟。目前,實(shí)驗(yàn)室前期研制的平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀樣機(jī)存在內(nèi)部背景雜散輻射嚴(yán)重、光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)精度低、探測(cè)對(duì)象單一等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題,全面展開(kāi)了基于平板波導(dǎo)技術(shù)的光譜儀的內(nèi)部雜散輻射分析與抑制、光譜定標(biāo)及輻射定標(biāo)等核心關(guān)鍵技術(shù)研究。主要工作內(nèi)容概括如下:1、平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀自身雜散輻射分析與抑制。在研究雜散輻射傳輸?shù)幕灸芰總鬏敺匠痰幕A(chǔ)上,結(jié)合雜散輻射理論基本輻射量和基本定律,分析了平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀內(nèi)部自身雜散輻射的主要影響因素,并計(jì)算了不同元件表面發(fā)射率下及不同元件表面溫度下的理論輻射功率。利用Trace Pro軟件建立模型進(jìn)行了相關(guān)仿真研究,為平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀內(nèi)部自身雜散輻射的研究提供了理論依據(jù)。根據(jù)仿真結(jié)果,提出采取添加冷屏和探測(cè)器二級(jí)制冷結(jié)合的方法來(lái)抑制光譜儀內(nèi)部自身雜散輻射的影響,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了采取抑制措施前后的平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀系統(tǒng)的雜散輻射系數(shù)。最后分析表明:采取添加冷屏和探測(cè)器二級(jí)制冷結(jié)合的方法能明顯減小平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀內(nèi)部的自身雜散輻射。在常溫環(huán)境下(298K),平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀的雜散輻射系數(shù)能達(dá)到5%以下。2、平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀的光譜定標(biāo)方法研究。分析了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室紅外光譜儀光譜定標(biāo)方法的優(yōu)缺點(diǎn),提出了基于激光器結(jié)合積分球的改進(jìn)方法對(duì)平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀進(jìn)行光譜定標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)室完成搭建激光器和積分球結(jié)合的定標(biāo)裝置,利用該實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀進(jìn)行了光譜定標(biāo),其中心波長(zhǎng)定標(biāo)精度能達(dá)到0.02μm。并與采用測(cè)量?jī)善瓗V光片中心波長(zhǎng)對(duì)光譜儀定標(biāo)的方法進(jìn)行了對(duì)比,解決了平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀在光譜定標(biāo)過(guò)程中因光源本身光譜帶寬導(dǎo)致光譜中心波長(zhǎng)偏移和光譜分辨率低的問(wèn)題,定標(biāo)精度更高。3、平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀的輻射定標(biāo)方法研究。針對(duì)平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀在中紅外波段對(duì)目標(biāo)測(cè)量隨環(huán)境溫度敏感的特點(diǎn),分析了環(huán)境溫度變化對(duì)平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀輸出灰度值的影響,提出了基于環(huán)境溫度變化量的平板波導(dǎo)紅外光譜儀輸出灰度值修正補(bǔ)償?shù)妮椛涠?biāo)方法。降低了平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀輻射定標(biāo)和測(cè)量過(guò)程中環(huán)境溫度的變化對(duì)目標(biāo)輻射測(cè)量精度的影響。完成了相應(yīng)的漂移補(bǔ)償實(shí)驗(yàn),補(bǔ)償后的輸出灰度值與理論計(jì)算值的最大誤差不超過(guò)2.4%,驗(yàn)證了該定標(biāo)模型在不同環(huán)境溫度下進(jìn)行紅外輻射測(cè)量的準(zhǔn)確性。4、平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀的性能測(cè)試。針對(duì)衰減全反射光譜測(cè)量應(yīng)用,開(kāi)展了衰減全反射附件的設(shè)計(jì)與研制,并對(duì)典型樣品(液體和薄膜)進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。在上述研究的基礎(chǔ)上,用平板波導(dǎo)小型紅外光譜儀對(duì)典型氣體(氨氣和六氟化硫)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量,并與用傅里葉變換光譜儀測(cè)得的光譜圖進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)證明,自主研制的小型紅外光譜儀能夠完成對(duì)液體、薄膜及氣體等物質(zhì)的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。此外,衰減全反射附件體積小,易攜帶且操作簡(jiǎn)單,非常適用于非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的檢測(cè)。
【圖文】：

１９２８年，印度物理學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)了光的非彈性散射效應(yīng)Ｉ１＇根據(jù)逡逑該效應(yīng)為基本理論建立起來(lái)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)稱(chēng)為拉曼光譜學(xué)［２ＱＰ１１。逡逑拉曼散射本質(zhì)是光波在被散射后頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。如圖１．２所示，，描繪逡逑了拉曼散射和瑞利散射的量子理論能級(jí)示意圖。如圖所示，可以假設(shè)散射物體的逡逑分子原先處于最低能級(jí)狀態(tài)。當(dāng)物體分子被某一入射光束照射時(shí)，因激發(fā)出光子逡逑２逡逑

檢剩Ｂ逡逑圖１．５近紅外常見(jiàn)技術(shù)方法逡逑圖１．５為獲得近紅外光譜常見(jiàn)的幾種技術(shù)方法。近紅外光譜技術(shù)可分為透射逡逑近紅外光譜技術(shù)、漫反射近紅外光譜技術(shù)和透漫射式近紅外光譜技術(shù)［４＜）］［４１］。采逡逑用透射光譜近紅外光譜技術(shù)（一般用于短波近紅外區(qū)，光譜范圍一般在逡逑７００￣１１００ｎｍ之間）檢測(cè)時(shí)，待測(cè)樣品通常安放在紅外光源與檢測(cè)器之間。當(dāng)待逡逑測(cè)樣品為透明物質(zhì)（溶液），若在物質(zhì)內(nèi)部不存在光的反射、散射等現(xiàn)象，只存逡逑在光的吸收時(shí)，其吸光度遵循朗伯－比爾定律：逡逑Ａ｛Ｘ）＾＼ｇ［ｌ，｛Ｘ）ｌ邋Ｉ，｛Ｘ）］邋＝邋＼ｇ［＼ｉｎＸ）］＾ｓ－ｃ－ｄ邐（１－１）逡逑式（１－１）中：光路長(zhǎng)度Ａ濃度ｃ；邋Ｊ（義）為被測(cè)物的吸光度（或稱(chēng)絕對(duì)吸光度）；／０（又）逡逑為入射光強(qiáng)度；／，（２）為透射光強(qiáng)度；ｒ（２）為透射比；ｓ為吸光系數(shù)。逡逑但是，有時(shí)一些待測(cè)樣品是不透明的。當(dāng)光束入射到樣品表面時(shí)，樣品中的逡逑粒子會(huì)引起光散射。因?yàn)闃悠分械墓馐窂绞遣淮_定的
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TH744.122;O657.33

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3 鄧常R

本文編號(hào)：2596928