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工 业热电偶有哪些型号如何区分?

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 文章来源:未知编辑:admin时间:2019-10-24 14:17

  第1 章 过程检测技术基础 内容提要  测量过程与测量误差  测量仪表的品质指标  测量系统中的常见信号类型  检测系统中信号的传递形式  检测仪表与测量方法的分类  化工检测的发展趋势 什么是检测? 检测就是去认识 检测是认识自然界的主要手段 Л.И.МенДелеев W.Von.Siemens  从 信息论 角度讲,检测就是获得信息的过程。  在科研、生产和军事等领域,检测是必不可少的过程。  通常所讲的检测是指使用专门的工具,通过实验和计算,进行比较,找出被测参数的 量值 或判定被测参数的 有无 。 检测的过程就是用 敏感元件 将被测参数的信息转换成另一种形式的信息,通过 显示 或其它形式被人们所认知。 一、测量过程 ★ 测量: 以确定量程为目的,用试验方法将被测参数的量值(被测量)与标准量的量值作比较,确定出被测量的大小。 如:用精度为0.5 级,量程为0-300 毫米的直尺以毫米为单位测量物体的长度,若测得物体长度为60 毫米,相应最大误差是多大?若测得物体长度为200 毫米呢? 1.1 测量的概念 ★ 测量方法--- 按照测量方式分类 1 、直接测量 2 、间接测量 用标定的仪器、仪表进行测量,从而直接测得待测量的数值 这种方法是工程上广泛采用的方法 被测量本身不易直接测量,但可以通过与被测量有一定有关系的其他量(一个或几个),来求出被测量的数值。 优点:测量过程简单迅速。 缺点:测量精度不高。 例如测量某固体的密度时,可以通过称重、量出其几何尺寸,计算出体积,再计算密度。 1 、偏差法测量 用测量仪表的指针相对于刻度初始点的位移(偏差)来直接表示被测量的大小。在经过校准的仪器仪表上读取数值 特点 它是以间接的方式实现被测量与标准量(校准结果)的比较。 例如用电磁式仪表,测量电路中的电流、电压,就属于偏差式测量。 这种测量方法过程直观、方便、简单、迅速,但是精度较低、量程窄。 ★ 测量方法--- 按照测量原理分类 2 、零位法测量 在测量过程中,用指零仪表(如检流计)的零位指示测量系统的平衡状态。用已知的基准量决定被测量。 只要零指示器的灵敏度足够高,零位法测量的准确度几乎等同于标准量的准确度,因而测量准确度很高。 例如用惠斯登电桥测量电阻,天平称重也是这个道理。 是常用于在实验室和做精密测量的一种方法。 平衡状态,需要进行反复调节,即使采用一些自动平衡技术,检测速度仍然较慢,因此测量时间过长,不适用于快速变化的信号。 不足: 3 、微差法测量 偏差测量法和零位测量法相结合。 它通过测量被测量与标准量之差(通常这个差值很小)来测得被测量的值。 被测量X 标准量S P 差值 在实际测量中,由于测量设备不准确,测量方法不完善、测量程序不规范及测量环境因素的影响,都会导致测量结果或多或少地偏离被测量的真值。 测量本身所具有的真正的值。如三角形的内角和等于180 度 计量部门指定的值。如标准法码的重量、标准尺等。 1 、误差公理 2 、示值的表示 ( (1 )、理论真值 真值是个理想的概念,一般是很难知道的。( 制图中不允许标注“封闭”尺寸) ( (2 )、指定(约定)真值 “ “ 一切测量都有存在,误差自始至终存在于所有科学实验中 ”这就是误差公理。 1.2 测量误差及处理 上一级标准表所体现的值当作准确无误的值。如:标准温度计、标准仪器、测试带(语音、图象) 测量器具上所标定的数值。 灯泡:220V100W 由测量器具指示的被测量的值。 ( (3 )、实际值/ 相对线 )、标称值 标称值并不一定等于他的线 )、示值/ 测量值(X) 3 、误差的表示方法 绝对误差指仪表指示值与被测参数真值之间的差值,即 仪表指示值 T 被测量的真值 T X    概 述 另一种表示方法:测量值 绝对误差。如1000 ℃ 1 ℃ 绝对误差 0x x   由于真值无法得到 x :被校表的读数值 ,x 0 :标准表的读数值 概 述 xx xx0 用来说明测量精度的高低。 实际相对误差: 绝对误差与实际值(或测量值)的百分比。 tt Ixx xxx xx   或000相对误差  引用误差( ( 相对百分误差) ) 绝对误差与量程的百分比 % 100 % 1000 Spx x x标尺下限值 标尺上限值 概 述 引用误差 SP 仪表量程 ■ 最大引用误差( 满度误差) 用于确定仪表的精度 maxmax max min100%,XY Y YY     4 、按误差出现的原因分类 (1) 系统误差 (2) 随机误差 在一定测量条件下, 测量值中含有不变或按一定规律变化的误差 。其大小和方向均不会改变。主要由仪表本身的缺陷,观测者的习惯或偏向等因素产生。 系统误差越小,测量就越准确 有很多复杂原因的微小变化的总合所引起的误差。 可以用统计规律来描述,可以从理论上估计对测量结果的影响。 如果一个测量结果的随机误差和系统误差均很小,则表明该测量既精密又正确即精确。 它表现测量结果的离散性,随机误差越小,精密度越高。 (3) 粗大误差(疏忽误差) 由于人为的原因和环境干扰等原因使测量结果显著偏离其实际值所造成的误差,如果确属粗大误差,该值应舍去不用。 (4) 缓变误差 特点 :变化难以预测,且随时间发生变化 误差产生的原因 :由仪表内部的元器件老化过程 引起的。 处理方法 :可更换元器件、零部件或通过不断 校正加以克服和消除。 5 、按误差测试的条件分类 (1) 基本误差 (2) 附加误差 在规定的工作条件下(如温度、湿度、电源电压等一定),仪表本身具有的误差。可用最大引用误差表示其大小 仪表的精度等级在数值上反映基本误差的大小。 当仪表的工作条件偏离正常范围时所引起的误差。 1、检测系统中的常见信号类型 作用于检测装置输入端的被测信号,通常要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型 1. 位移信号 2. 压力信号 3. 电气信号 4. 光信号 1.3 检测仪表的组成与分类 2、检测系统中信号的传递形式 1. 模拟信号 在时间上是连续变化的 , 即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。 2. 数字信号 数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号, ,通常用二进制数 “0 0” 和 “1 1” 组合的代码序列来表示。 3. 开关信号 用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。 3. 检测仪表的分类 ①依据 所测参数 的不同, , 可分成压力 ( ( 包括差压、负压) ) 检测仪表、流量检测仪表、物位 ( ( 液位) ) 检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。 ②按 表达示数 的方式不同, , 可分成指示型、记录型、信号型、远传指示型、累积型等。 ③按 精度等级及使用场合 的不同, , 可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表, , 分别使用在现场、实验室和标定室。 1 、测量范围和量程 测量范围 测量下限 测量上限 量程= 测量上限值-测量下限值 量程还与准确度及仪表选用有关 1.4 检测仪表的性能指标 2 、精确度(精度) 表示仪表测量结果的可靠程度。 仪表的精度是用基本误差表示的。 目前我国生产的仪表的精度等级有: 0 0. . 01, ,0 0. . 02, ,0 0. . 05, ,0 0. .1 1, ,0 0. .2 2, ,0 0. . 35, ,0 0. .5 5, ,1 1. .0 0, ,1 1. .5 5, ,2 2. .5 5, ,4 4. .0 0 等 数值越小 , 表示仪表的精度等级越高 。 1.0 1.0 仪表的精度等级以一定的符号形式表示在仪表标尺板上 , 如1 1. .0 0 外加一个圆圈或三角形 。 精度等级1 1. .0 0 , 说明该仪表允许误差为1 1. .0 0% % 。 1.0 1.0 仪表的 允 越大 , 表示它的精确度越低;反之 , 仪表的 允越小 , 表示仪表的精确度越高 。 将仪表的允许相对百分误差去掉 “ ” 号及 “ % ” 号 , 便可以用来确定仪表的精确度等级 。 说明: 仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同 。 因此 ,常说的 “ 绝对误差 ” 指的是绝对误差中的最大值 max。 。 仪表的准确度等级 是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 。 准确度等级数值越小 , 就表征该仪表的准确度等级越高 ,仪表的准确度越高 。 工业现场用的测量仪表 , 其准确度大多在0 0. .5 5 级以下。 。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上 。 举例 1.5 1.0 如: 高 高 精度等级 低 低 0.02 ,0.05 0.5 ,1.0 1.5 ,2.5 ,4.0 标准仪表用 准确测量用 一般工业用 例 例1 1.5 级电压表, 量程:0 ~100V, 最大绝对误差? 例 例2 1.0 级电流表, 量程100A ,测量值分别为100 、80、 、20A ,绝对误差、示值相对误差? ) ( 5 . 1 1001005 . 1V x xm m m        % 1 % 1001001% 100 % 1001 11    xxxxmx) ( 1 1001001A x xm m m         % 25 . 1 % 100801% 100 % 1002 22    xxxxmx% 5 % 100201% 100 % 1003 33    xxxxmx绝对误差均认为是最大绝对误差 误差的整量化 100A时 时 80A时 时 20A时 时 在同一量程内,测量值越小,示值相对误差越大 % 100 mmmxx 检测仪表的品质指标 % 8 . 0 % 100200 7004   举例 例3 某台测温仪表的测温范围为200~700 ℃ , 校验该表时得到的最大绝对误差为 4 ℃ , 试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级 。 解 该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的 去掉 “ ” 号与 “ % ” 号 , 其数值为0 0. .8 8 。 由于国家规定的精度等级中没有0 0. .8 8 级仪表 , 同时 ,该仪表的误差超过了0 0. .5 5 级仪表所允许的最大误差 , 所以 ,这台测温仪表的精度等级为1 1. .0 0 级 。 (3) 允许误差,就是满度相对误差、引用误差 例 例4 要测量100℃ ℃ 的温度,现有0.5 级、0 ~300 ℃ ℃和 和1.0 级、0 ~100 ℃ ℃ 的两个温度计,示值相对误差? % 5 . 1 % 1001005 . 1% 100111   xxx) ( 5 . 1 3001005 . 01000111 1 1 1C xSx x xm m m m            0.5 级 1.0 级 ) ( 1 1001000 . 11000222 2 2 2C xSx x xm m m m            % 1 % 1001001% 100222   xxx应选用1.0 级的温度计,价格低、误差小 [ [ 例 5] 某台测温仪表的量程是 600 -- 1100℃ ,其最大绝对误差为 4 ℃ ℃ ,试确定该仪表的精度等级。 max4100% 0.8%1100 600   由于国家规定的精度等级中没有 0.8 级仪表,而该仪表的最大引用误差超过了 0.5 级仪表的允许误差,所以这台仪表的精度等级应定为 1.0 级。 解 仪表的最大允许误差为 [ [ 例 6] 某台测温仪表的量程是 600 -- 1100℃ , 工艺要求 该仪表指示值的误差不得超过 4 ℃ ℃ ,应选 精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。 max4100% 0.8%1100 600   0.8% 介于允许误差 0.5%与 与 1.0% 之间 , 如果选择允许误差为 1.0%, 则其精度等级应为1.0级 级 。 量程为 为600 ~1100℃ ℃ , 精确度为1.0 级的仪表 , 可能产生的最大绝对误差为 5℃ ℃ , 超过了工艺的要求 。 所以只能选择一台允许误差为 0.5%, , 即精确度等级为0.5级的仪表 , 才能满足工艺要求。 。 解 根据工艺要求,仪表的最大允许误差为 结论: 校表: 选表: 仪表精度与量程有关,量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程,可以减小测量误差,提高测量准确性。 计算 所选等级 max  计算 所选等级 max   式中 , f 为线性度 ( 又称非线性误差 ) ;f max 为校准曲线对于理论直线的最大偏差 ( 以仪表示值的单位计算 ) 。 输入值 输出值输出值 max   3 、线性度 输入- - 输出特性曲线对相应直线%   m ax量程非线性误差 线性度差就要降低仪表精度。 4 、输入 输出特性   灵敏度 ySx   线性仪表 非线性仪表 S  S  Const. ( ) S x   死区( 不灵敏区 ) 输入变化不致引起输出 可察觉 变化的区间。 灵敏度为零  起因:电路偏置不当、机械传动中的摩擦和间隙  有时故意将死区调大,防止输出随输入变化过快   分辨率(灵敏限 ) 数字显示器最末位数字间隔代表被测量的变化与量程的比值。即仪表最低量程上最末一位改变一个数所表示的被测参数变化量。   灵敏限 指能引起仪表指针发生动作的被测参数最小 变化量、通常应不大于仪表最大允许误差的一半。 注意: 上述指标仅适用于指针式仪表 。 在数字式仪表中 ,往往用分辨率表示 。 % 100 标尺下限值 标尺上限值最大绝对差值变差5 5. . 检测仪表的恒定度 变差 是指在外界条件不变的情况下 , 用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程 ( 即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小 ) 测量时 , 被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线 测量仪表的变 差 仪表的变差不能超出仪表的允许误差,否则应及时检修。 0% 25% 50% 75% 100% 输入值 输出值输出值 max 100%   m ax量程回差 同一被测量在上升和下降时输出值间的最大差值 注意: 仪表的变差不能超出仪表允许误差,否则仪表应及时检修。 形成原因:传动机构的间隙、运动部件的摩擦、弹性元件 弹性滞后的影响 6. 重复性 重复性 表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致, , 重复性就好, , 重复性误差就小。 图 图2-3 重复性示意图 % 100max仪表量程ZZ 以下三个量的关系如何? 再现性 回差 重复性 回差 重复性 再现性  重复性: 在相同条件下,按 同一方向 多次测量同一被测 量时,仪表提供相近输出的能力  再现性: 在相同条件下,在规定的较长时间内,对同一被测量从 两个方向 测量时,仪表输出值的一致程度 检测仪表的品质指标 6 6. . 反应时间 反应时间 就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标 。 反应时间长 , 说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值 , 那就不宜用来测量变化频繁的参数 。 仪表反应时间的长短 , 实际上反映了仪表动态特性的好坏 。 仪表的反应时间有不同的表示方法 当输入信号突然变化一个数值后 , 输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值 。 仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的 63. .2 2 % ( 95 % ) 所用的时间 , 可用来表示反应时间 。  可靠度 R(t): : 规定时间内无故障的概率 不可靠度 F(t) = 1 - R(t)  故障率 : : 仪表工作到 t t 时刻时 单位时间内发生故障的概率  ( )tR t e      平均无故障工作时间(Mean Time Between Failure ) 仪表在相邻两次故障间隔内有效工作的平均时间  平均工作时间(Mean Time To Failure ) 不可修复产品从开始工作到发生故障前的平均时间 平均寿命 平均寿命 1 故障率 平均故障修复时间(Mean Time To Repair ) 仪表出现故障到恢复工作时的平均时间 7 、可靠性 主要指标 例题  故障率 =2%/1000h ,即:100 台仪表在1000 小时内故障2台 台   可靠度 R(t)=exp(-0.02/1000.t) T=100;R=99.8%;T=1000,R=98%;t=10000,R=82% 平均寿命=1000/0.02=50000h  相对误差  绝对误差  引用误差  仪表基本误差  仪表满刻度相对误差  允许误差 0x x x   0100%xx   100%x   量程 标准条件下,仪表全量程范围内各输出值误差中绝对值最大者 100%   基本 差准确度量程误 误 制造单位为保证仪表不超过基本误差而设的限值 一般希望被测量 接近仪表上限值, 故多用引用误差 复习 判定仪表测量精确性?  用仪表 满刻度相对误差 来衡量 准确度(精度、精确度) 仪表给出接近于真值的响应能力 准确度与准确度等级 先用满刻度相对误差略去百分号作为仪表的准确度,再选数值上与它最接近又比它大的等级作为该仪表的准确度等级。 仪表基本误差越小,准确度越高;基本误差不变时,量程越大,准确度越高。 准确度等级: ,0.05,0.1,0.25,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0, 例: 仪表基本误差=2.3 ;量程=200 仪表满刻度相对误差=1.15%; 准确度等级:1.5 敏感元件( (sensor ):感受被测参数并将其变化转换成另一种物理量的变化。 传感器( (transducer ):直接感受被测参数,并将其变化转换成易于传送的物理量。 变送器( (transmitter ):一种特殊的传感器,使用统一动力源,输出标准信号。 被测参数( (measured ):用敏感元件直接感受的测量参数。 待测参数( (parameter to be measured ):需要获取的测量参数。 直接测量( (direct measurement ):不必测量与待测参数有关系的其它量,而直接得到待测量的量值。 间接测量( (indirect measurement ):通过测量与待测参数有关系的其它量,经一定数学处理得到待测量的量值。 一些重要术语   [ [ 例 1] 某台测温仪表的测量范围是 200 -- 1000℃ ,工艺要求 该仪表测温误差不能大于 5℃ ℃ ,试确定应选 仪表的准确度等级。 max5100% 0.625%1000 200   0.625% 介于允许误差 0.5%与 与 1.0% 之间 , 如果选择允许误差为 1.0%, 则其精度等级应为1.0级 级 。 量程为200 ~1000℃ ℃ , 精确度为1.0 级的仪表 , 可能产生的最大绝对误差为 8℃ ℃ , 超过了工艺的要求 。 所以只能选择一台允许误差为 0.5%, , 即精确度等级为0.5 级的仪表 , 才能满足工艺要求 。 当然仪表的准确度等级越高, 能使测温误差越小, 但为了不增加投资费用, 不宜选过高准确度的仪表 。 解 根据工艺要求,仪表的最大允许误差为 [ [ 例 2] 某台测温仪表的量程是 200 -- 1000℃ , 准确度等级为 0.5 级,试问此温度表的允许最大绝对误差是多少?在校验点为 500 ℃ 时,温度表的指示值为504℃ ,试问该温度表在这一点上的准确度等级是否符合 1.0 级,为什么?  练习 有两台测温仪表,它们的测温范围分别为0~100℃ 和 100~300℃ ,校验表时得到它们的最大绝对误差均为 2℃ ,试确定这两台仪表的精度等级。 % 1 % 100100 3002% 2 % 1000 100221   概 述 解 这两台仪表的最大引用误差分别为 一台仪表的精度等级为 2.5 级,而另一台仪表的精度等级为1 1 级。 [ [ 例 3] 用一只标准压力表校验一只待校压力表,待校压力表的测量范围为0 0 100KPa ,校验结果如下表所示。试计算各点的绝对误差、变差。并确定待校压力表的精确度等级。 待校压力表读数/KPa 0 25 50 75 100 标准压力表读数/KPa 正行程 0 24.9 49.6 74.3 99.6 反行程 0 25.1 49.8 74.8 99.9 绝对误差/KPa 正行程 反行程 变差/KPa 精确度等级 绝对误差= 测量值( 被校表的示值)- 标准值( 标准表的示值) 最大基本误差= 变差 max = = max100% 最大绝对误差量程maxmax100%-100%最大正反行程误差示值量程正行程误差示值 反行程误差示值量程 测量仪表的变 差 0% 25% 50% 75% 100% 输入信号 温度(℃) 0 50 100 150 200 输出(mA) 正行程 4 8 12.01 16.01 20 反行程 4.02 8.1 12.1 16.09 20.01 标准表读数(MPa) 0 2 4 6 8 10 被校表正行程读数(MPa) 0 1.97 3.95 5.84 7.98 10 被校表反行程读数(MPa) 0 2.02 4.03 6.05 8.03 10.01 作业:

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  (2)光谱分辩率:如上所说,经过单色仪分光后的值是单色仪的带宽和LED实际发出光谱的卷积。倘若LED的光谱带宽大于单色仪的光谱分辩率,则被测光谱不会因带宽引起变化。相反地,一个窄带的单色LED在通过低光谱分辩率的单色仪时光谱会引发变化。表3显示了一个半宽度(FWHM)约20nm的红色LED通过设置成不同带宽的单色仪时其光谱分辩率对测量结果的影响。

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  光学显微镜由目镜,物镜,粗准焦螺旋,细准焦螺旋,压片夹,通光孔,遮光器,转换器,反光镜,载物台,镜臂,镜筒,镜座,聚光器,光阑组成。显微镜分辨率:D=0.61λ/N*sin(α/2),D:分辨率,λ:光源波长,α:物镜镜口角(标本在光轴的一点对物镜镜口的张角)

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  一、红外光谱仪的种类 红外光谱仪的种类有: ①棱镜和光栅光谱仪。属于色散型,它的单色器为棱镜或光栅,属单通道测量。 ②傅里叶变换红外光谱仪。它是非色散型的,其核心部分是一台双光束干涉仪。 当仪器中的动镜移动时,经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变,探测器所测得的 光强也随之变化,从而得到干涉图。经过傅里叶变换的数学运算后,就可得到入射光的光谱。 这种仪器的优点: ①多通道测量,使信噪比提高。 ②光通量高,提高了仪器的灵敏度。 ③波数值的精确度可达 0.01 厘米-1。 ④增加动镜移动距离,可使分辨本领提高。 ⑤工作波段可从可见区延伸到毫米区,可以实现远红外光谱的测定。 近红外光谱仪种类繁多,根据不用的角度有多种分类方法。 从应用的角度分类,可以分为在线过程监测仪器、专用仪器和通用仪器。从仪器获得的 光谱信息来看,有只测定几个波长的专用仪器,秒速时时彩也有可以测定整个近红外谱区的研究型仪器; 有的专用于测定短波段的近红外光谱,也有的适用于测定长波段的近红外光谱。较为常用的 分类模式是依据仪器的分光形式进行的分类,可分为滤光片型、色散型(光栅、棱镜)、傅里 叶变换型等类型。下面分别加以叙述。 二、滤光片型近红外光谱仪器: 滤光片型近红外光谱仪器以滤光片作为分光系统,即采用滤光片作为单色光器件。滤光 片型近红外光谱仪器可分为固定式滤光片和可调式滤光片两种形式,其中固定滤光片型的仪 器时近红外光谱仪最早的设计形式。 仪器工作时,由光源发出的光通过滤光片后得到一宽带的单色光,与样品作用后到达检 测器。 该类型仪器优点是:仪器的体积小,可以作为专用的便携仪器;制造成本低,适于大面 积推广。 该类型仪器缺点是:单色光的谱带较宽,波长分辨率差;对温湿度较为敏感;得不到连续 光谱;不能对谱图进行预处理,得到的信息量少。故只能作为较低档的专用仪器。 三、色散型近红外光谱仪器: 色散型近红外光谱仪器的分光元件可以是棱镜或光栅。为获得较高分辨率,现代色散型 仪器中多采用全息光栅作为分光元件,扫描型仪器通过光栅的转动,使单色光按照波长的高 低依次通过样品,进入检测器检测。根据样品的物态特性,可以选择不同的测样器件进行投 射或反射分析。 该类型仪器的优点:是使用扫描型近红外光谱仪可对样品进行全谱扫描,扫描的重复性 和分辨率叫滤光片型仪器有很大程度的提高,个别高端的色散型近红外光谱仪还可以作为研 究级的仪器使用。化学计量学在近红外中的应用时现代近红外分析的特征之一。采用全谱分 析,可以从近红外谱图中提取大量的有用信息;通过合理的计量学方法将光谱数据与训练集 样品的性质(组成、特性数据)相关联可得到相应的校正模型;进而预测未知样品的性质。 该类型仪器的缺点:是光栅或反光镜的机械轴承长时间连续使用容易磨损,影响波长的 精度和重现性;由于机械部件较多,仪器的抗震性能较差;图谱容易受到杂散光的干扰;扫描速 度较慢,扩展性能差。由于使用外部标准样品校正仪器,其分辨率、信噪比等指标虽然比滤 光片型仪器有了很大的提高,但与傅里叶型仪器相比仍有质的区别。 四、傅里叶变换型近红外光谱仪器: 傅里叶变换近红外分光光度计简称为傅里叶变换光谱仪,它利用干涉图与光谱图之间的 对应关系,通过测量干涉图并对干涉图进行傅里叶积分变换的方法来测定和研究近红外光 谱。其基本组成包括五部分:①分析光发生系统,由光源、分束器、样品等组成,用以产生 负载了样品 信息的分析光;②以传统的麦克尔逊干涉仪为代表的干涉仪,以及以后的各类改 进型干涉仪,其作用是使光源发出的光分为两束后,造成一定的光程差,用以产生空间(时 间)域中表达的分析光,即干涉光;③检测器,用以检测干涉光;④采样系统,通过数模转换器 把检测器检测到的干涉光数字化,并导入计算机系统;⑤计算机系统和显示器,将样品干涉 光函数和光源干涉光函数分别经傅里叶变换为强度俺频率分布图,二者的比值即样品的近红 外图谱,并在显示器中显示。 在傅里叶变换近红外光谱仪器中,干涉仪是仪器的心脏,它的好坏直接影响到仪器的心 梗,因此有必要了解传统的麦克尔逊干涉仪以及改进后的干涉仪的工作原理。 ⑴ 传统的麦克尔逊(Michelson)干涉仪:传统的麦克尔逊干涉仪系统包括两个互成 90 度角的平面镜、光学分束器、光源和检测器。平面镜中一个固定不动的为定镜,一个沿图示 方向平行移动的为动镜。动镜在运动过程中应时刻与定镜保持 90 度角。为了减小摩擦,防 止振动,通常把动镜固定在空气轴承上移动。光学分束器具有半透明性质,放于动镜和定镜 之间并和它们成 45 度角,使入射的单色光 50%透过,50%反射,使得从光源射出的一束光 在分束器被分成两束:反射光 A 和透射光 B。A 光束垂直射到定镜上;在那儿被反射,沿原 光路返回分束器;其中一半透过分束器射向检测器,而另一半则被反射回光源。B 光束以相 同的方式穿过分束器射到动镜上;在那儿同样被反射,沿原光路返回分束器;再被分束器反 射,与 A 光束一样射向检测器,而以另一半则透过分束器返回原光路。A、B 两束光在此会 合,形成为具有干涉光特性的相干光;当动镜移动到不同位置时,即能得到不同光程差的干 涉光强。 ⑵改进的干涉仪:干涉仪是傅里叶光谱仪最重要的部件,它的性能好坏决定了傅里叶光 谱仪的质量,在经典的麦克尔逊干涉仪的基础上,近年来在提高光通量、增加稳定性和抗震 性、简化仪器结构等方面有不少改进。 五、传统的麦克尔逊干涉仪工作过程中,当动镜移动时,难免会存在一定程度上的摆动, 使得两个平面镜互不垂直,导致入射光不能直射入动镜或反射光线偏离原入射光的方向,从 而得不到与入射光平行的反射光,影响干涉光的质量。外界的振动也会产生相同的影响。因 此经典的干涉仪除需经十分精确的调整外,还要在使用过程中避免振动,以保持动镜精确的 垂直定镜,获得良好的光谱图。为提高仪器的抗振能力,Bruker 公司开发出三维立体平面 角镜干涉仪,采用两个三维立体平面角镜作为动镜,通过安装在一个双摆动装置质量中心处 的无摩擦轴承,将两个立体平面角镜连接。 三维立体平面角镜干涉仪的实质是用立体平面角镜代替了传统干涉仪两干臂上的平面 反光镜。由立体角镜的光学原理可知,当其反射面之间有微小的垂直度误差及立体角镜沿轴 方向发生较小的摆动时,反射光的方向不会发生改变,仍能够严格地按与入射光线平行的方 向射出。由此可以看出,采用三维立体角镜后,可以有效地消除动镜在运动过程中因摆动、 外部振动或倾斜等因素引起的附加光程差,从而提高了一起的抗振能力

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