一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108801972A(43)申请公布日2018.11.13(21)申请号201810659959.4(22)申请日2018.06.25(71)申请人中国计量大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号(72)发明人王赟金怀洲金尚忠严永强张淑琴陈智慧侯彬(51)Int.Cl.G01N21/359(2014.01)G01N21/01(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪(57)摘要本发明公开了一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪，包括光源、狭缝、准直透镜Ⅰ、带通滤光片、衍射光栅、聚焦透镜、数字微镜DMD芯片、准直透镜Ⅱ、混合和聚焦光器件组、样品池、探测器、I/V转换放大器、模数转换器、微处理器和液晶显示屏。本发明系统通过使用DMD芯片基于频分复用的方法对探测光源进行时间和空间调制，然后对样品进行检测得到调制光探测信号，最后利用数字傅里叶变换技术对探测信号进行解调得到样品的完整光谱。相较传统傅里叶光谱仪，使用DMD芯片取代了迈克逊干涉仪这类精密机械移动组件，大大增加了可靠性，降低了成本，缩小了仪器的体积，达到便携的目的，对使用环境要求很低，且检测过程快速准确、信噪比高。CN108801972ACN108801972A权利要求书1/1页1.一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪，其特征在于：包括光源(1)、狭缝(2)、准直透镜Ⅰ(3)、带通滤光片(4)、衍射光栅(5)、聚焦透镜(6)、数字微镜DMD芯片(7)、准直透镜Ⅱ(8)、混合和聚焦光器件组(9)、样品池(10)、探测器(11)、I/V转换放大器(12)、模数转换器(13)、微处理器(14)和液晶显示屏(15)，光源(1)产生所需要测量波段的光线，所述光线依次经过狭缝(2)、准直透镜Ⅰ(3)和带通滤光片(4)照射到衍射光栅(5)上产生色散光束，色散光束经聚焦透镜(6)聚焦后照射到DMD芯片(7)上，DMD芯片(7)依据频分复用方法对色散光束进行时间和空间调制，调制后的色散光束经过混合和聚焦光器件组(9)后形成一束复色光照射在样品池(10)上，经过样品池(10)后的光束被探测器(11)接收，再经I/V转换放大器(12)、模数转换器(13)、微处理器(14)和液晶显示屏(15)显示被测信号。2.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪，其特征在于：所述聚焦透镜(6)是柱面聚焦透镜，将色散光束在光栅分光方向上进行聚焦，在垂直于分光方向上不聚焦，形成矩形光斑，照在数字微镜DMD芯片(7)的矩形面积上。3.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪，其特征在于：所述数字微镜DMD芯片(7)的分辨率为1024×768～1920×1200像素，最高帧频率可达22kHz，且芯片内部集成与微处理器(14)相连的控制单元(16)和存储单元(17)。所述微处理器(14)按照存储单元(17)存储的时空调制要求，驱动控制单元(16)依据图像控制芯片上微镜的开或关。4.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪，其特征在于：所述DMD芯片(7)上的微镜阵列以列为单位对应衍射色散光的不同的色散波长；或将相邻几列微镜阵列合并为一个波长，整个芯片的微镜阵列可以被分成N个波长；每个波长对应的微镜阵列在列的方向上反射的光强按相同频率的正弦波调制；对各个波长光的强度同时进行调制，从起始列到终止列的不同波长光对应的调制频率模拟傅里叶变换的1倍频、2倍频、3倍频，…，直至N倍频产生的光强调制。5.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪，其特征在于：所述DMD芯片(7)上每一模式中微镜的投影图像为按时间排序的一组代表不同频率正弦波图案的位图图像，即某一列中开状态下的微镜数量对应于该列调制频率的正弦函数的幅值大小，投影图像由微处理器(4)依据算法预先生成并按顺序实时传输到芯片中的存储单元(17)中。6.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪，其特征在于：所述探测器(11)检测到的信号经I/V转换放大器(12)放大后再由模数转换器(13)进行量化，且量化是由DMD芯片(7)上的控制单元(16)产生的离散触发信号进行时间控制。7.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪，其特征在于：所述微处理器(14)接收到模数转换器(13)传输的包含样品信息的调制信号后，通过高分辨率快速傅立叶逆变换对数据信号进行解调，然后用基于线搜索的基音检测算法找到确切的频率和幅度，最后计算得到样品完整的光谱图并传输到液晶屏(15)进行实时显示。8.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜器件的傅里叶光谱仪，其特征在于：支持自建或导入