基于CPLD和嵌入式微机技术开发傅立叶变换红外光谱仪

　　绪论

　　傅立叶变换红外光谱仪(Fourier Transform工nfrared Spectrometer简称FT工R)是在红外光谱分析中引进傅立叶变换技术制成的，是集光、机、电、分析软件于一身的高档光谱分析仪器。

　　傅立叶变换红外光谱仪具有光通量大、测量精度高、可以一次获得全波段光谱测量结果、信噪比高、测量速度快、分辨率高等优点，它正在取代棱镜式、光栅式红外分光光度计，成为红外光谱分析研究与应用领域的主导产品。并广泛应用于石油、化工、医药、环保、教学、科研等各个领域。

　　经过多年的研发和生产实践，国产傅立叶变换红外光谱仪日渐成熟，但是，随着科技的进步，光谱仪技术老化问题越来越突出。原来的某些关键芯片已难以买到，甚至由于通讯卡接口是ISA总线方式使得对上位机的挑选也成了问题，上位机软件也过于落后，这些已严重地影响了仪器的生产和销售。

　　目前，国外同类仪器大多已更新换代，由于新技术不断被采用，仪器的各项指标有了很大提高。为了赶上国际先进水平，旧仪器改造势在必行。

　　一、傅立叶变换红外光谱仪原理

　　傅立叶变换红外光谱仪由红外光谱仪的光机系统一干涉仪和电气系统构成，它与上位机一起组成一个完整的红外光谱分析系统。

　　1、干涉仪基本原理

　　迈克尔逊干涉仪是最基本的干涉仪，所有干涉仪都是在它基础上发展而来的，下面通过对它的分析来说明红外干涉仪的原理。

　　如图1-1所示:典型的迈克尔逊干涉仪由光源、固定镜、动镜、分束器、补偿镜和探测器组成。光源发出的光经准直镜形成平行光束，当其通过分束器时，一半透过分束器，再由固定镜反射回来;另一半经分束器反射，再由动镜反射回来。由于动镜沿垂直于镜面的方向移动引起了其中一臂光程的改变，所以当这两束光再一次会合于分束器时，它们将产生干涉。干涉光通过抛物镜汇聚到探测器。探测器经过光电转换，可输出干涉强度和光程差之间的函数关系一干涉图。

　　当光源为复色光时，各入射波长分别在不同的动镜位移处发生相长和相消干涉，每一时刻探测器所接收的信号都是各个波长在同一位移处的余弦波的叠加。在零光程差点，所有波长光的干涉都是相长的，探测器探测到的混合波强度最大。当动镜偏离分束器越远时，混合波逐渐变平。图1-2给出的是单色光的干涉图和复色光的干涉图。利用快速傅立叶变换可将干涉图转换成强度与波长(或频率)的函数关系一光谱图。

　　2、傅立叶变换红外光谱仪电气系统工作原理