基于光谱测量的旋转平移样品杯及样品旋转平移光谱仪的制作方法

本技术涉及光谱仪，具体涉及基于光谱测量的旋转平移样品杯及样品旋转平移光谱仪。

背景技术：

1、现有的近红外光谱仪有两种，一种是光栅型光谱仪，光源发出的光经过样品吸收后，剩余的光经过光谱仪中的衍射光栅分光衍射，通过检测器接收后经数据处理后获得光谱，虽然光栅型光谱仪抗干扰能力好，但是精度低，信噪比低，光源与衍射光栅之间，衍射光栅与检测器之间采用光纤进行光传播，造成光信号衰减，另一种是傅里叶光谱仪，光源发出的光被干涉仪的分束器分为两束，一束经透射到达干涉仪的动镜，另一束经反射到达干涉仪的定镜，两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会合后通过样品杯，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的近红外吸收光谱图。

2、现有的傅里叶光谱仪有以下问题：

3、第一，现有技术的近红外光谱仪的样品杯是沿着光入射的方向旋转，这种旋转使得光只能照射在样品杯底部的样品上，无法获得样品杯顶部样品的光谱，光谱的鲁棒性差。

4、第二，光源与干涉仪是一体的，光源发出的光先经过干涉仪干涉之后才通过样品，光源和干涉仪固定设置，当样品信号强度过低时，无法对光源更换成高功率的光源，因此如果要改变光源，需要对干涉仪的镜片之间位置进行调整，甚至要更换成其他参数的镜片；

5、第三，光源与干涉仪之间，干涉仪与检测器之间采用离轴抛物镜进行光路变换，光转换效率低，体积大。

技术实现思路

1、针对现有技术存在问题中的一个或多个，本实用新型提供一种基于光谱测量的旋转平移样品杯，包括样品杯和旋转机构，所述旋转机构包括支撑平台、平移台、第一电机、滚珠丝杆、第二电机、第一旋转轴、多个主动齿轮和多个从动齿轮，所述滚珠丝杆穿过平移台与支撑平台固定连接，所述第一旋转轴与所述平移台可转动连接，所述多个主动齿轮设置在第一旋转轴上，所述多个从动齿轮设置在样品杯上，所述主动齿轮和所述从动齿轮啮合，所述第一电机驱动滚珠丝杆转动，所述平移台沿滚珠丝杆平移，所述第二电机带动第一旋转轴旋转，第一旋转轴带动主动齿轮旋转，主动齿轮带动从动齿轮旋转，从动齿轮带动样品杯旋转。

2、根据本实用新型的一个方面，所述旋转机构还包括滑轨，所述滑轨穿过平移台与支撑平台固定连接，所述滑轨与滚珠丝杆分别设置在样品杯两侧，所述平移台的一端沿滚珠丝杆平移时，所述平移台的另一端沿滑轨平移。

3、根据本实用新型的一个方面，所述旋转机构还包括第二旋转轴，所述第二旋转轴与所述平移台可转动连接，所述第二旋转轴和第一旋转轴分别设置在样品杯的两侧，所述第二旋转轴上设置有多个从动齿轮，第一旋转轴上的主动齿轮带动样品杯上的从动齿轮旋转，样品杯上的从动齿轮旋转带动第二旋转轴上的从动齿轮旋转。

4、根据本实用新型的第二方面，提供一种样品旋转平移光谱仪，包括上述旋转平移样品杯、积分球、第一同轴光路、光谱仪、第二同轴光路和光源，所述光源发出的光经过第二同轴光路后到达样品杯，样品杯内的样品的反射光经过积分球多次漫反射后通过第一同轴光路进入光谱仪，所述第一同轴光路与积分球的出光方向和光谱仪的进光方向沿y轴同轴，所述第二同轴光路与积分球的进光方向沿x轴同轴，所述样品杯的沿y轴尺寸最大，所述样品杯能够沿y轴旋转且能够沿着y轴移动。

5、根据本实用新型的第二方面，所述第一同轴光路包括第一汇聚透镜和第一准直透镜，所述第一汇聚透镜将从积分球射出的漫反射光汇聚到第一准直透镜，所述第一准直透镜将汇聚光束转变为平行光束传输到光谱仪；

6、优选地，所述第一准直透镜设置在光谱仪内。

7、根据本实用新型的第二方面，所述第二同轴光路包括第二准直透镜和第二汇聚透镜，所述第二准直透镜将光源发出的光束转换成平行光束传输到第二汇聚透镜，所述第二汇聚透镜将平行光束转换成汇聚光束传输到样品杯。

8、根据本实用新型的第二方面，所述积分球包括光源入口、样品反射口和漫反射出口，所述光源发出的光经过第二同轴光路从光源入口进入后汇聚到样品反射口，样品的反射光在积分球内多次漫反射后从漫反射出口输出。

9、根据本实用新型的第二方面，还包括窗片，所述窗片设置在样品反射口。

10、根据本实用新型的第二方面，所述积分球还包括挡光板，所述挡光板的一端固定于漫反射出口朝向样品反射口的积分球内壁上，所述挡光板的另一端相对于积分球内壁倾斜呈沿漫反射出口光轴线方向的锐角。

11、根据本实用新型的第二方面，所述光谱仪包括干涉仪、检测器和处理器，所述干涉仪用于产生衍射，所述检测器用于将衍射转换为电信号，所述处理器用于将电信号转换成光谱数据。

12、根据本实用新型的第二方面，所述干涉仪包括动镜、分束镜和定镜，所述分束镜用于将所述第一准直透镜射出的平行光束分成两束，两束光经定镜和动镜反射后返回到分束器再次相遇，形成干涉光束，干涉光束汇聚到检测器，动镜沿入射光方向的运动改变两条不同路径反射光束之间的光程差，产生时间序列干涉信号，检测器接收干涉信号并将之转化为电信号输出。

13、本实用新型所述基于光谱测量的旋转平移样品杯的样品杯通过旋转机构的驱动不仅能够旋转还能够移动，旋转时，样品杯内的样品从顶部落到底部，可以实现样品杯照射部位的从顶部到底部任意位置的样品的光谱采集，移动时，使得样品杯可以依次通过光的照射，移动和旋转结合可以实现样品杯内任意位置的样品的光谱采集。

14、本实用新型所述样品旋转平移光谱仪的第一同轴光路与积分球的出光方向和光谱仪的进光方向沿y轴同轴，所述第二同轴光路与积分球的进光方向沿x轴同轴，所述样品杯的沿y轴尺寸最大，所述样品杯能够沿y轴旋转且能够沿着y轴移动，将与积分球靠近的样品作为底层，顶层的样品通过旋转不断下降，底层样品通过旋转上升，能够实现同一y轴位置的任意样品的光谱采集，样品杯沿着y轴移动，可以实现不同y轴位置的任意样品的光谱采集，可以采用多个光谱的平均值作为样品的光谱，增加了光谱的鲁棒性。

15、本实用新型所述样品旋转平移光谱仪的光源和光谱仪是分开的，方便光源的更换，对吸光度高的样品可以采用高功率的光源，对吸光度低的样品可以采用低功率的光源。

16、本实用新型光路依次经过光源-第二同轴光路-积分球的光源入口-积分球的样品反射口-积分球的漫反射出口-第一同轴光路-光谱仪，省去了离轴抛物镜，体积减小；相较于通过光纤进入光谱仪，空间光更加稳定、空间光通过积分球直接进入光谱仪，提高了信噪比；防止了光源发出的光在积分球漫反射后才进行样品反射甚至光源发出的光经过积分球漫反射后不经过样品反射直接进入光谱仪的情形，从而杜绝了上述情形产生的杂散光对光谱数据的影响，提高了信噪比。

技术特征：

1.一种基于光谱测量的旋转平移样品杯，其特征在于，包括样品杯和旋转机构，所述旋转机构包括支撑平台、平移台、第一电机、滚珠丝杆、第二电机、第一旋转轴、多个主动齿轮和多个从动齿轮，所述滚珠丝杆穿过平移台与支撑平台固定连接，所述第一旋转轴与所述平移台可转动连接，所述多个主动齿轮设置在第一旋转轴上，所述多个从动齿轮设置在样品杯上，所述主动齿轮和所述从动齿轮啮合，所述第一电机驱动滚珠丝杆转动，所述平移台沿滚珠丝杆平移，所述第二电机带动第一旋转轴旋转，第一旋转轴带动主动齿轮旋转，主动齿轮带动从动齿轮旋转，从动齿轮带动样品杯旋转。

2.根据权利要求1所述的基于光谱测量的旋转平移样品杯，其特征在于，所述旋转机构还包括滑轨，所述滑轨穿过平移台与支撑平台固定连接，所述滑轨与滚珠丝杆分别设置在样品杯两侧，所述平移台的一端沿滚珠丝杆平移时，所述平移台的另一端沿滑轨平移。

3.根据权利要求2所述的基于光谱测量的旋转平移样品杯，其特征在于，所述旋转机构还包括第二旋转轴，所述第二旋转轴与所述平移台可转动连接，所述第二旋转轴和第一旋转轴分别设置在样品杯的两侧，所述第二旋转轴上设置有多个从动齿轮，第一旋转轴上的主动齿轮带动样品杯上的从动齿轮旋转，样品杯上的从动齿轮旋转带动第二旋转轴上的从动齿轮旋转。

4.一种样品旋转平移光谱仪，其特征在于，包括上述权利要求1-3中任一所述的旋转平移样品杯、积分球、第一同轴光路、光谱仪、第二同轴光路和光源，所述光源发出的光经过第二同轴光路后到达样品杯，样品杯内的样品的反射光经过积分球多次漫反射后通过第一同轴光路进入光谱仪，所述第一同轴光路与积分球的出光方向和光谱仪的进光方向沿y轴同轴，所述第二同轴光路与积分球的进光方向沿x轴同轴，所述样品杯的沿y轴尺寸最大，所述样品杯能够沿y轴旋转且能够沿着y轴移动。

5.根据权利要求4所述的样品旋转平移光谱仪，其特征在于，所述第一同轴光路包括第一汇聚透镜和第一准直透镜，所述第一汇聚透镜将从积分球射出的漫反射光汇聚到第一准直透镜，所述第一准直透镜将汇聚光束转变为平行光束传输到光谱仪。

6.根据权利要求5所述的样品旋转平移光谱仪，其特征在于，所述第一准直透镜设置在光谱仪内。

7.根据权利要求4所述的样品旋转平移光谱仪，其特征在于，所述第二同轴光路包括第二准直透镜和第二汇聚透镜，所述第二准直透镜将光源发出的光束转换成平行光束传输到第二汇聚透镜，所述第二汇聚透镜将平行光束转换成汇聚光束传输到样品杯。

8.根据权利要求4所述的样品旋转平移光谱仪，其特征在于，所述积分球包括光源入口、样品反射口和漫反射出口，所述光源发出的光经过第二同轴光路从光源入口进入后汇聚到样品反射口，样品的反射光在积分球内多次漫反射后从漫反射出口输出。

9.根据权利要求8所述的样品旋转平移光谱仪，其特征在于，还包括窗片，所述窗片设置在样品反射口。

10.根据权利要求8所述的样品旋转平移光谱仪，其特征在于，所述积分球还包括挡光板，所述挡光板的一端固定于漫反射出口朝向样品反射口的积分球内壁上，所述挡光板的另一端相对于积分球内壁倾斜呈沿漫反射出口光轴线方向的锐角。

11.根据权利要求6所述的样品旋转平移光谱仪，其特征在于，所述光谱仪包括干涉仪、检测器和处理器，所述干涉仪用于产生衍射，所述检测器用于将衍射转换为电信号，所述处理器用于将电信号转换成光谱数据。

12.根据权利要求11所述的样品旋转平移光谱仪，其特征在于，所述干涉仪包括动镜、分束镜和定镜，所述分束镜用于将所述第一准直透镜射出的平行光束分成两束，两束光经定镜和动镜反射后返回到分束器再次相遇，形成干涉光束，干涉光束汇聚到检测器，动镜沿入射光方向的运动改变两条不同路径反射光束之间的光程差，产生时间序列干涉信号，检测器接收干涉信号并将之转化为电信号输出。

技术总结
本技术提供基于光谱测量的旋转平移样品杯及样品旋转平移光谱仪，旋转平移样品杯包括样品杯和旋转机构，旋转机构包括支撑平台、平移台、第一电机、滚珠丝杆、第二电机、第一旋转轴、多个主动齿轮和多个从动齿轮，滚珠丝杆穿过平移台与支撑平台固定连接，第一旋转轴与所述平移台可转动连接，多个主动齿轮设置在第一旋转轴上，多个从动齿轮设置在样品杯上，主动齿轮和所述从动齿轮啮合，第一电机驱动滚珠丝杆转动，平移台沿滚珠丝杆平移，第二电机带动第一旋转轴旋转，第一旋转轴带动主动齿轮旋转，主动齿轮带动从动齿轮旋转，从动齿轮带动样品杯旋转。本技术样品杯旋转加移动，能够获得任意位置样品的光谱。

技术研发人员：周一飞,袁野,赵晶,陈晓翔,张佩玉,付家煜,邢东贺,郝璐,何佳,徐晓雯,赵爱国,王志伟,郭峰
受保护的技术使用者：北京易兴元石化科技有限公司
技术研发日：20230509
技术公布日：2024/1/14