用于分析目标物的化学成分的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于分析目标物的化学成分的方法和系统。根据本发明专利技术的示例性方面，提供了一种用于分析目标物(5)的化学成分的方法，该方法包括将电可调法布里‑珀罗干涉仪(4)放置在由辐射源(2)发射的辐射路径中，并且利用检测器(6)来检测通过法布里‑珀罗干涉仪(4)并且通过目标物(5)或被目标物(5)反射的辐射(3)，并且其中进行检测使得允许同时检测多个通带。

【技术实现步骤摘要】
用于分析目标物的化学成分的方法和系统
本专利技术涉及一种用于分析目标物的化学成分的方法。特别地，本专利技术涉及一种包括使用法布里-珀罗干涉仪的方法。此外，本专利技术涉及一种用于分析目标物的化学成分的系统。特别地，本专利技术涉及一种包括法布里-珀罗干涉仪的系统。
技术介绍
分析样品的化学成分在很多情况下都很重要。有几种可用的分析方法。光学测量系统例如用于分析物体的特性或材料含量。光谱学通过读取光谱图案来识别各种未知物质。可通过使用包括法布里-珀罗干涉仪和用于监测透射过法布里-珀罗干涉仪的光强度的检测器的光谱仪来测量物体的光谱。光学光谱系统通常还包括用于照亮物体的光源。一些光学材料分析仪是在实验室使用的大型、非便携式单元。其他光学材料分析仪是便携式的。法布里-珀罗干涉仪基于两个反射镜，即输入反射镜以及经由间隙面向输入反射镜设置的输出反射镜。在本文中，“反射镜”是一种具有反射光的层或一组层的结构。可通过调节反射镜之间的距离，即间隙的宽度来控制通带波长。法布里-珀罗干涉仪可提供窄的透射峰，该透射峰具有可调节的光谱位置，并且可用于光谱分析。光谱仪可提供指示镜间隙的控制信号。控制信号例如可由控制单元提供，并且可根据控制信号来控制镜间隙。或者，可通过监测镜间隙，例如通过使用电容传感器来提供控制信号。控制信号可为例如数字控制信号或模拟控制信号。每个频谱位置可与控制信号相关联。文献US2015/0253189A1教导了扫描法布里-珀罗干涉仪需要带宽小于设备的单个自由光谱范围的光学输入。这是由于由任何法布里-珀罗干涉仪的一个自由光谱范围分离的颜色所产生的信号之间的不明确性。文献US2015/0253189A1进一步教导法布里-珀罗理论仅在一个自由光谱范围内有效，并且不能解复用混合信号。目前用于实现用于材料分析的小型化近红外光谱仪的方法已经发挥了最大的潜力。当考虑各种移动和手持应用的尺寸和成本要求时，最有前景的是基于法布里-珀罗干涉仪的MEMS系统。这是由于占地空间非常小，系统实现简单，并且仅需要单像素检测器。使用微机械技术生产法布里-珀罗干涉仪是常见的。例如，文献US2012/0026503A1和US2013/0329232A1公开了利用微机械(MEMS)技术生产的可控法布里-珀罗干涉仪。在许多应用中的一个主要缺点是，单MEMSFPI元件仅在有限的波长范围内工作，从而减少了可以用单个设备实现的应用的数量，并且降低了测量的选择性和灵敏度。三个因素限制可用的光谱范围。具体地，反射镜的工作范围限制可用的光谱范围。在MEMS设备中，反射镜是利用优化到特定波长的介电层来实现的。如果波长偏离该波长的例如±30％，则反射镜不再反射，因此也不会发生干涉。此外，MEMS反射镜的调谐范围限制了可用的机械范围。这通常受到所谓的引入现象的限制，该引入现象将干涉仪间隙的移动限制在标称间隙的约1/3。另外，多级透射(multipleordertransmission)限制了可用的光谱范围。法布里-珀罗干涉仪同时透射几个波长，其被多级半波长分离。在MEMSFPI设备中，范围限制因素在3-2-1的级别，使得多级问题成为最大的范围限制因素。如果镜反射表面是用金属涂层而不是电介质制成的，并且镜子的移动不是通过静电调谐实现的(而是例如通过压电元件实现)，那么多级限制可被认为是法布里-珀罗干涉仪的光谱范围的唯一实际限制。通过使用镜叠层中的高折射率差材料和少量的层来解决第一个问题。另一种选择是使用金属层，但这对于MEMSFPI来说通常是不可能的。在任何情况下，都会有传输边带通过，这会增加分析难度，因此总是使用不同的滤波器、检测器和光源解决方案去除不需要的边带。通过尽可能使用低阶干扰来部分地避免第二个问题，使得光谱透射峰在扫描期间尽可能地移动。此外，还提出了电流驱动或不同反馈方案等方案来扩展移动范围。在系统中使用限带滤波器来处理第三个问题，限带滤波器将待测量的范围限制为明确的峰。从相邻峰获取信号是不希望发生的情况，因为它会破坏测量光谱的形状。此外，统计数学分析(也称为化学计量学)现在通常用于解释和建模重叠光谱数据。从特异性和准确度的角度来看，来自尽可能宽的光谱范围内的更多数据提供最好的结果。到目前为止，仅使用该方法使得光谱仪提供的数据为明确的，但是测量的光谱会具有许多重叠的形状。现在，实际上，对于统计工具而言，无论光谱在样品中还是在测量设备中或在两者中是否是重叠的，这都没有区别。如果利用此属性，则能够完全省去或明显放宽多阶滤波。如果利用检测器同时检测通过多个透射峰的辐射，移动间隙并重复测量，则获得关于待测材料的所有相同信息，并且因此，与扫描更宽范围的单峰相比，化学计量工具将提供同样好的结果。鉴于上述情况，至少针对上述第三个问题提供一种解决方案是有益的。该解决方案还可实现其他一些有益的特征。
技术实现思路
本专利技术由独立权利要求的特征来限定。在从属权利要求中限定了一些特定实施例。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于分析目标物的化学成分的方法，该方法包括将电可调谐法布里-珀罗干涉仪放置在由辐射源发射的辐射路径中，并且利用检测器来检测通过法布里-珀罗干涉仪并且通过目标物或被目标物反射的辐射，并且其中进行检测使得允许同时检测多个通带。第一方面的各种实施例可包括以下项目符号列表中的至少一个特征：·检测器仅包括一个用于检测辐射的像素·检测器包括用于成像目的的像素矩阵·允许单个检测器同时检测多个通带·故意生成对特定化学物质敏感的伪光谱·同时扫描多个透射峰·同时测量至少两个透射峰·分析检测信号的组合·分析混合信号·在不使用信号分离技术的情况下分析混合信号·分析信号的总和·在不使用信号分离技术的情况下分析信号的总和·使用带宽大于法布里-珀罗干涉仪的单个自由光谱范围的光学输入·在该方法中不使用限带滤波器·选择限带滤波器的截止值，使得光谱仪的检测范围大于自由光谱范围·选择限带滤波器的截止值，使得与其他透射峰重叠的光谱分量传播到检测器·该方法还包括将电可调谐法布里-珀罗干涉仪放置在由辐射源发射的辐射路径中，并且利用检测器来检测通过法布里-珀罗干涉仪并且通过已知参考物质或被已知参考物质反射的辐射，并且其中进行检测使得允许同时检测多个通带·存储至少一种已知参考物质的参考数据·将扫描的目标数据与至少一种已知参考物质的参考数据进行比较·该方法是成像方法或非成像方法。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于分析目标物的化学成分的系统，该系统包括电可调法布里-珀罗干涉仪，该电可调法布里-珀罗干涉仪能够放置在由辐射源发射的辐射路径中；该系统还包括检测器，该检测器用于检测通过法布里-珀罗干涉仪并且通过目标物或被目标物反射的辐射，并且其中检测器配置为允许同时检测多个通带。第二方面的各种实施例可包括以下项目符号列表中的至少一个特征：·本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分析目标物(5)的化学成分的方法，该方法包括：/n–将电可调谐法布里-珀罗干涉仪(4)放置在由辐射源(2)发射的辐射路径中，以及/n–利用检测器(6)检测通过所述法布里-珀罗干涉仪(4)并且通过所述目标物(5)或被所述目标物(5)反射的辐射(3)，并且其中进行检测使得允许同时检测多个通带。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于分析目标物(5)的化学成分的方法，该方法包括：
–将电可调谐法布里-珀罗干涉仪(4)放置在由辐射源(2)发射的辐射路径中，以及
–利用检测器(6)检测通过所述法布里-珀罗干涉仪(4)并且通过所述目标物(5)或被所述目标物(5)反射的辐射(3)，并且其中进行检测使得允许同时检测多个通带。


2.根据权利要求1所述的方法，其中同时扫描多个透射峰，或者其中同时测量至少两个透射峰。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，分析检测信号的组合，分析混合信号，或分析检测信号的总和。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用具有大于所述法布里-珀罗干涉仪(4)的单个自由光谱范围的带宽的光学输入。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述方法中不使用限带滤波器。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，选择限带滤波器的截止值，使得光谱仪的检测范围大于自由光谱范围，或者选择限带滤波器的截止值，使得与其他透射峰重叠的光谱分量传播到所述检测器(6)。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，进行检测使得允许由仅包括一个用于检测辐射(3)的像素的检测器(6)同时检测多个通带。


8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述干涉仪的相邻峰不被自由光谱范围分离。


9.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：
–将电可调谐法布里-珀罗干涉仪(4)放置在由辐射源(2)发射的辐射路径中，以及
–利用检测器(6)检测通过所述法布里-珀罗干涉仪(4)并且通过已知参考物质或被已知参考物质反射的辐射，并且其中进行检测使得允许同时检测多个通带。


10.根据权利要求9所述的方法，其中存储至少一种已知参考物质的参考数据，并且其中将扫描的目标数据与所述至少一种已知参考物质的参考数据进行比较。


11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法是成像方法或非成像方法。


12.一种用于分析目标物(5)的化学成分的系统(1)，该系统(1)包括：–电可调谐法布里-珀罗干涉仪(...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚尔科·安蒂拉，乌拉·坎托雅尔维，
申请(专利权)人：光谱引擎股份公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI