一种高光通量红外ATR探头制造技术

本发明专利技术公开了一种高光通量红外ATR探头，包括进光筒、第一反射镜、第二反射镜、第一内镀膜光管、第二内镀膜光管、外壳、第一透镜、第二透镜、晶体和出光筒，本发明专利技术采用大口径内镀红外高反射率膜的中空光管做为光导入部件和光导出部件，将ATR光导出的光信号送到MCT检测室进行光的检测。ATR探头中只含有光路，与检测器隔离开来，既增加了光的通透量，还使信号的检出更加容易，也不会因罐体的带电导致检测器的损坏；同时，由于采用MCT检测器，检测效果更好；因此，本发明专利技术与已有商品化ATR探头相比，其具备低成本、光通量大、高信噪比、结构简单、使用方便等优势；其在生物、医学、地质、材料学等诸多领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高光通量红外ATR探头
本专利技术属于物理光子学领域，特别是光谱分析仪器
，涉及一种高光通量 红外ATR探头，尤其涉及一种用于傅里叶变换红外光谱仪的ATR探头。
技术介绍
衰减全反射（Attenuated Total Reflectance, ATR)光谱技术是红外光谱测试技 术中的一种，在红外光谱测试技术中应用非常广泛。采用ATR光谱技术使得傅立叶红外光 谱仪在测试过程中，不需要对样品进行任何处理，省去了取样、制样等工作，还不会对样品 造成任何损坏。 随着傅立叶变换红外光谱仪的发展和广泛应用，这种技术已经成为经常使用的红 外样品测试的重要手段。ATR在实际应用中，从一开始便显示出其独特的优势和广阔的应用 前景。由于它是一种完全的非破坏性分析，在测试的过程中不需要对样品进行任何处理，而 是通过样品表面的反射信号获得样品表层有机成份的结构信息。不但简化了样品的制作过 程，而且极大地扩大了红外光谱法的应用范围。使许多采用传统透过法无法制样，或者样品 制备过程十分复杂、难度大、而效果又不理想的实验成为可能。因此，被广泛应用于塑料、纤 维、橡胶、涂料、粘合剂等高分子材料制品的表面成份分析。 对于ATR探头来说，它主要包含几个大的部分：光导入部件、ATR晶体、光导出部 件、MCT检测器等。目前市场上的ATR商品光导入和导出主要采用红外光纤，其价格昂贵。 也有少部分光导入和导出各采用一根中空光导管，由于光的损失较大，信号微弱。此前设计 的ATR探头采用DLATGS检测器嵌入到探头里面进行检测，在实际使用中，发现当探头插入 被检测溶液的罐体中时，由于罐体带静电，其电压足以导致DLATGS检测器损坏，使得ATR探 头无法使用。
技术实现思路
为了克服现有ATR探头的不足，本专利技术提供了一种成本低廉，稳定性更好，操作更 加方便的ATR探头。 本专利技术所采用的技术方案是：一种高光通量红外ATR探头，其特征在于：包括进 光筒、第一反射镜、第二反射镜、第一内镀膜光管、第二内镀膜光管、夕卜壳、第一透镜、第二透 镜、晶体和出光筒； 所述的第一反射镜和第二反射镜成V型连接，构成V型反射装置，所述的V型反射装置 一端设置在所述的进光筒出口处、另一端设置在所述的出光筒进口处，所述的外壳上端设 置在所述的V型反射装置下端、下端与所述的晶体固定连接，与所述的进光筒、V型反射装 置、晶体和出光筒组成密闭空间； 所述的第一内镀膜光管、第二内镀膜光管均设置在所述的外壳内，所述的第一内镀膜 光管位于所述的第一反射镜下端，所述的第二内镀膜光管位于所述的第二反射镜下端； 所述的第一透镜设置在所述的第一内镀膜光管和晶体之间，所述的第二透镜设置在所 述的第二内镀膜光管和晶体之间； 入射光射入所述的进光筒后，经所述的第一反射镜反射后进入所述的第一内镀膜光 管，通过所述的第一透镜汇聚后射入所述的晶体，在晶体内反射后射出，再经所述的第二透 镜射入到所述的第二内镀膜光管，经过所述的第二反射镜反射后，由所述的出光筒射出，最 后由MCT检测器将光信号转换成电信号。 作为优选，所述的第一内镀膜光管、第二内镀膜光管为石英中空玻璃光管。 作为优选，所述的第一内镀膜光管、第二内镀膜光管内径为0.5 mm - 5mm。 作为优选，所述的晶体为锥形或截锥形，使入射光线的入射角为45°或60°，其 中入射角是指入射光线射入晶体全反射面的角度。 作为优选，所述的晶体由ZnSe材料、KBr、金刚石、蓝宝石或Ge材料制作而成。 作为优选，所述的外壳上设置有密封圈安装槽，用于安装密封圈，使所述的ATR探 头能够密封安装在标准化合物反应器上对液体进行检测，可有效保证探头插入液体后不会 有液体渗漏到壳体内部，从而保护置于壳体内部的光管、透镜等不受损坏。 作为优选，所述的外壳上设置有挡板，用于在ATR探头插入到反应器中的时候，定 位ATR探头，将ATR探头固定在合适的位置处。 作为优选，所述的第一内镀膜光管、第二内镀膜光管通过槽型结构插入并固定在 所述的外壳内部。 作为优选，所述的外壳采用不锈钢材料制作而成。 本专利技术的有益效果是： 1. 采用了大口径中空内镀红外高反膜光管作为入射光和出射光的传导部件，其具备光 通量大，光能损失小的特点； 2. 增加出射光传导部件，将红外光引出去，就可以不受空间限制，采用更高灵敏度的 MCT检测器。使高信噪比、高灵敏度检测成为可能； 3. 由于减少了光能量损失，使可检测的光能量较大，因此红外光经过ATR之后，可以选 择MCT检测器，同时也可以选择灵敏度稍低的DLATGS检测器。大大提高了使用的可选择性， 使ATR探头具有更广泛的用途； 4. ATR探头完全隔离电路部分，使得信号不会受到干扰，信噪比更高，稳定性更强，使用 寿命更长； 5. ATR探头可以应用在生物在线反应罐中，避免了采样、制样等工作，使用非常便利，实 时性更好。 【附图说明】 图1 :是本专利技术实施的ATR探头整体结构示意图。 图2:是本专利技术实施的45° ATR探头晶体结构示意图。 图3:是本专利技术实施的60° ATR探头晶体结构示意图。 图4 :是本专利技术实施的ATR探头中的光路示意图。 【具体实施方式】 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作 进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于 限定本专利技术。 请见图1，本专利技术所采用的技术方案是：一种高光通量红外ATR探头，包括进光筒 1、第一反射镜2、第二反射镜11、第一内镀膜光管3、第二内镀膜光管10、夕卜壳4、第一透镜 7、第二透镜9、晶体8和出光筒12 ;第一反射镜2和第二反射镜11成V型连接，构成V型反 射装置，V型反射装置一端设置在进光筒1出口处、另一端设置在出光筒12进口处，外壳4 上端设置在V型反射装置下端、下端与晶体8固定连接，与进光筒1、V型反射装置、晶体8 和出光筒12组成密闭空间；第一内镀膜光管3、第二内镀膜光管10均设置在外壳4内，第 一内镀膜光管3位于第一反射镜2下端，第二内镀膜光管10位于第二反射镜11下端；第一 透镜7设置在第一内镀膜光管3和晶体8之间，第二透镜9设置在第二内镀膜光管10和晶 体8之间；外壳4上设置有密封圈安装槽6,用于安装密封圈，使ATR探头能够密封安装在 标准化合物反应器上对液体进行检测；外壳4上设置有挡板5,用于在ATR探头插入到反应 器中的时候，定位ATR探头，将ATR探头固定在合适的位置处。 请见图2和图3,本实施例所采用的晶体8采用截锥形结构，也可以直接采用锥形 结构，光线进入晶体后，反射2次，入射角选45°，入射角是指入射光线射入晶体全反射面 的角度。也可以反射3次，入射角为60°。优选45°，红外光的穿透深度更合适。 图2所示的光路，光线在晶体8内发生了 3次反射。但实际上，本专利技术对于的晶体 8截锥形设计中，只要改变截锥的位置和角度，就可以在晶体内发生2次或者多次的反射。 因此，本专利技术所要主张的权利并不局限于2次反射。 本实施例所采用的晶体8为ZnSe材料，不排除Ge本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高光通量红外ATR探头，其特征在于：包括进光筒（1）、第一反射镜（2）、第二反射镜（11）、第一内镀膜光管（3）、第二内镀膜光管（10）、外壳（4）、第一透镜（7）、第二透镜（9）、晶体（8）和出光筒（12）；所述的第一反射镜（2）和第二反射镜（11）成V型连接，构成V型反射装置，所述的V型反射装置一端设置在所述的进光筒（1）出口处、另一端设置在所述的出光筒（12）进口处，所述的外壳（4）上端设置在所述的V型反射装置下端、下端与所述的晶体（8）固定连接，与所述的进光筒（1）、V型反射装置、晶体（8）和出光筒（12）组成密闭空间；所述的第一内镀膜光管（3）、第二内镀膜光管（10）均设置在所述的外壳（4）内，所述的第一内镀膜光管（3）位于所述的第一反射镜（2）下端，所述的第二内镀膜光管（10）位于所述的第二反射镜（11）下端；所述的第一透镜（7）设置在所述的第一内镀膜光管（3）和晶体（8）之间，所述的第二透镜（9）设置在所述的第二内镀膜光管（10）和晶体（8）之间；入射光射入所述的进光筒（1）后，经所述的第一反射镜（2）反射后进入所述的第一内镀膜光管（3），通过所述的第一透镜（7）汇聚后射入所述的晶体（8），在晶体（8）内反射后射出，再经所述的第二透镜（9）射入到所述的第二内镀膜光管（10），经过所述的第二反射镜（11）反射后，由所述的出光筒（12）射出，最后由MCT检测器将光信号转换成电信号。...

【技术特征摘要】
1. 一种高光通量红外ATR探头，其特征在于：包括进光筒（1)、第一反射镜（2)、第二 反射镜（11)、第一内镀膜光管（3)、第二内镀膜光管（10)、夕卜壳（4)、第一透镜（7)、第二透镜 (9)、晶体（8)和出光筒（12); 所述的第一反射镜（2)和第二反射镜（11)成V型连接，构成V型反射装置，所述的V型 反射装置一端设置在所述的进光筒（1)出口处、另一端设置在所述的出光筒（12)进口处， 所述的外壳（4)上端设置在所述的V型反射装置下端、下端与所述的晶体（8)固定连接，与 所述的进光筒（1 )、V型反射装置、晶体（8 )和出光筒（12 )组成密闭空间； 所述的第一内镀膜光管（3)、第二内镀膜光管（10)均设置在所述的外壳（4)内，所述的 第一内镀膜光管（3)位于所述的第一反射镜（2)下端，所述的第二内镀膜光管（10)位于所 述的第二反射镜（11)下端； 所述的第一透镜（7)设置在所述的第一内镀膜光管（3)和晶体（8)之间，所述的第二透 镜（9 )设置在所述的第二内镀膜光管（10 )和晶体（8 )之间； 入射光射入所述的进光筒（1)后，经所述的第一反射镜（2)反射后进入所述的第一内 镀膜光管（3)，通过所述的第一透镜（7)汇聚后射入所述的晶体（8)，在晶体（8)内反射后射 出，再经所述的第二透镜（9)射入到所述的第二内镀膜光管（10)，经过所述的第二反射镜 (11)反射后，由所述的出光筒（12)射出，最后由MCT检测器将光信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢非，吴琼水，曾立波，石磊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42