一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，将透高频消减中、低频的吸收片和透低频消减中、高频的吸收片置于红外光源后的光路中，对光源发出的部分光能进行有频率针对性的吸收，从而达到均衡本底光谱能量分布的效果，之后通过提高光源光能使红外探测器上接收到的总能量与添置吸收片前接收到的总能量相同，此时本底光谱在原先低能量分布处的能量大幅提高，从而显著提高了这些频段的信噪比；本发明专利技术可以避免由于傅里叶红外光谱能量分布均衡性较差带来的一些频段的信噪比和探测灵敏度过低的问题。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，将透高频消减中、低频的吸收片和透低频消减中、高频的吸收片置于红外光源后的光路中，对光源发出的部分光能进行有频率针对性的吸收，从而达到均衡本底光谱能量分布的效果，之后通过提高光源光能使红外探测器上接收到的总能量与添置吸收片前接收到的总能量相同，此时本底光谱在原先低能量分布处的能量大幅提高，从而显著提高了这些频段的信噪比；本专利技术可以避免由于傅里叶红外光谱能量分布均衡性较差带来的一些频段的信噪比和探测灵敏度过低的问题。【专利说明】
本专利技术属于傅里叶红外光谱仪光谱测量领域，特别涉及。
技术介绍
为了解决严峻的环境污染问题，寻求一种强有力的监测手段是必不可少的。近年来傅里叶红外光谱仪(FTIR)由于其测量速度快、探测波数范围宽、可同时测量多种组分的显著优势被广泛应用于大气、水源中污染物的检测领域，尤其利于对突发性灾害事件中环境安全的紧急检测。通常FTIR检测气体的光路示意图如图2所示，图中，采用He-Ne激光器I和红外光源2，发出光线经分束器3后照射至动镜4和定镜5上，激光被激光探测器7接收，红外光经过抛物面镜一 6反射后照射至样品8，透射后再经过抛物面镜二 9的发射，经由探测器光阑10得到红外干涉信号11，并最终得到红外光谱信号12。FTIR的核心是采用了红外光束、激光束共用干涉仪的设计，采用激光干涉信号提供的位置信息完成红外干涉信号的等距离间隔采样。经过傅里叶变换最终将直接探测到的红外干涉信号解析为频域光谱信号，并通过对比背景光谱检出被放置于红外光束所经路径上的待测物的吸收光谱，从而得到待测物的组分信息。 FTIR对待测物的辨识度和检测精度直接取决于探测信号的信噪比。而由于FTIR中噪声的主要贡献来源探测器的热噪声是加性噪声，基本只与红外探测器本身性能相关，因此FTIR的信噪比主要由探测器接收到的有效干涉信号大小和探测器固有的噪声大小决定。然而，由于高灵敏度红外探测器(如MCT探测器)存在饱和电压限制，即探测器对入射光的响应电压只有在饱和电压以下才与入射光能量大小线性相关。为了使红外探测器工作在未饱和状态，各FTIR厂家通常还要在采用MCT探测器的光路中加装光强衰减片来限制入射光功率，一般建议MCT探测器测量样品的透过率(含光强衰减片)要小于20%。对于大气污染物监测等具有很高透过率的场合下，大量的光能无法被合理利用。 FTIR对待测物的辨识度和检测精度直接取决于探测信号的信噪比。而由于FTIR中噪声的主要贡献来源探测器的热噪声是加性噪声，基本只与红外探测器本身性能相关，详见 Griffiths, Peter R.and James A.de Haseth, Fourier Transform InfraredSpectroscopy, Wiley-1nterscience publicat1n, John Wiley&Son (1986),因此 FTIR 的信噪比主要由探测器接收到的有效干涉信号大小和探测器固有的噪声大小决定。然而，由于高灵敏度红外探测器(如MCT探测器)存在饱和电压限制，即探测器对入射光的响应电压只有在饱和电压以下才与入射光能量大小线性相关。为了使红外探测器工作在未饱和状态，各FTIR厂家通常还要在采用MCT探测器的光路中加装光强衰减片来限制入射光功率，一般建议MCT探测器测量样品的透过率(含光强衰减片)要小于20%。对于大气污染物监测等具有很高透过率的场合下，绝大部分的红外光能无法被合理利用。由于受到饱和电压的限制，FTIR本底光谱能量分布的不均衡程度将严重影响其在光谱上不同波数(频率)处的探测灵敏度。而现实中FTIR本底光谱的能量分布又极不均衡，图3展示了理想黑体在800K，1000K，1200K时的辐射亮度曲线，图中横坐标的高波数(wavenumber)对应高频率。FTIR本底光谱不但与光源温度有关，还与所使用探测器的响应率以及分束镜的透过率有关，但在绝大多数情况下，其本地光谱能量分布都表现为中部高两边低的波峰状，十分不均衡。图4为采用相同Global (Everglo) source光源，不同探测器(MCT，DTGS)、分束镜(XT-KBr, KBr, CaF2)时的 FTIR 本底光谱曲线的图例，引自 King, P.L.，Ramsey, M.S.，McMillan, P.F.and Swayze, G., Laboratory fourier transform infrared spectroscopymethods for geologic samples, in Infrared Spectroscopy in Geochemistry,Explorat1n, and Remote Sensing, Mineral.Assoc, of Canada, London, ON,33,57—91,2004.其中36000^1与1600c!]! — 1波数的吸收峰是由于水蒸气造成的。 FTIR本底光谱能量分布的不均衡会造成其在部分探测频段的灵敏度和信噪比很低。以图4中的能量分布曲线为例，FTIR的本底能量分布在中间频段分布高，可得到较高信噪比，而在两端频段分布低，获得的信噪比较低，因此对于特征谱线在两端的气体的检测灵敏度就较低。例如图5显示了 16种典型气体在红外波段的吸收光谱，引自LouiseC.Speitel.Fourier Transform Infrared Analysis of Combust1n Gases, Departmentof transportat1n Washington DC, 2001 ;其中 HCN, HF, C2H2, C2H4 等的检测灵敏度由于处在光谱两端低能量分布区域而较低，然而HCN与HF不但有很强的毒性，需要在较小浓度下即被探知，它们同时还是水溶性气体，由于在气体预处理的除水过程中会有部分损失，对它们的最低检出限要求更严苛。 为了尽量避免光谱本底能量分布较薄弱处的检测精度过低，现有的FTIR产品中广泛采用光源发射曲线与探测器响应曲线的相互匹配的方法，即尽量选取对特定的红外光源发射曲线具有互补响应曲线的探测器以减小其本底光谱的能量分布的差异，提高低能量分布处的能量，但目前能选出的较为匹配的体系仍难以得到很好的能量分布效果。有些国外高档FTIR还采用在一台FTIR中同时安装两个或更多个响应曲线不同的探测器的方法来在光谱不同频段处均获得较好的检测精度。其不同探测器间的切换由控制系统来实施，但光谱仪的造价会大幅提高。对于单探测器的通用型FTIR，本底光谱的不均衡性至今仍是一个有待解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，对FTIR本底光谱上的能量分布通过有频率选择性的吸收消减来达到均衡本底光谱能量，可有效避免光谱本底能量分布较弱处的辨识度和检测精度过低缺陷，从而解决傅里叶红外光谱仪中本底光谱能量分配不均衡、部分频段信噪比过低不利于检测的问题。 为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是: ，对傅里叶红外光谱仪中使用的红外光源发出的光线的一部分进行有频率或波数选择性的拦阻吸收，消减红外光源光谱中能量分布集中频段的能量，以减小整个光谱本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，其特征在于，对傅里叶红外光谱仪中使用的红外光源发出的光线的一部分进行有频率或波数选择性的拦阻吸收，消减红外光源光谱中能量分布集中频段的能量，以减小整个光谱能量分布曲线的不均衡程度；同时加大光通量，提高探测器上接收到的经过吸收消减后的本底光谱总能量，使其达到未进行消减时的总能量，最终在不使红外探测器出现过饱和的前提下，达到提高傅里叶红外光谱仪本底光谱中偏低信噪比频段的信噪比的效果。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，李岩，尉昊赟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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