论文部分内容阅读
低成本、高性能微型近红外光谱仪是制约近红外光谱分析技术快速发展的主要瓶颈，是当前世界各国研究的热点。论文针对低成本、高性能微型近红外光谱仪存在的科学与关键技术问题，开展基于MOEMS集成扫描光栅微镜的双单管探测宽光谱微型近红外光谱仪关键技术研究，具有重要的科学意义和迫切的需求。 论文在分析国内外微型近红外光谱仪研究现状的基础上，针对存在的近红外波段低成本、宽光谱范围等问题，首次提出一种基于MOEMS集成扫描光栅微镜的双单管探测宽光谱微型近红外光谱仪新结构。论文开展了从核心分光器件—MOEMS集成扫描光栅微镜到双单管探测宽光谱微型近红外光谱仪的系统探索研究。建立了MOEMS集成扫描光栅微镜的理论模型，完成了结构参数的优化，突破了MOEMS集成扫描光栅微镜的一体化三维集成加工工艺，成功研制出波长范围为800nm～2500nm的MOEMS集成扫描光栅微镜原理样机;基于研制的MOEMS集成扫描光栅微镜，开展了双单管探测宽光谱微型近红外光谱仪系统设计理论与方法研究，首次成功研制出双单管探测宽光谱微型近红外光谱仪原理样机，工作波长范围为800nm～2532nm;800nm～1600nm波段光谱分辨率为:＜12nm、波长准确性:＜1.2nm、波长重复性:＜3.1nm，1600nm～2532nm波段光谱分辨率为:＜17nm、波长准确性:＜1.4nm、波长重复性:＜3.8nm。实验结果表明:拓展了微型近红外光谱仪的工作光谱范围、有效消除了光谱级次重叠。 论文主要工作: ①分析了微型近红外光谱仪的国内外研究现状和存在的科学与技术问题，确定了论文的研究目标和研究内容; ②开展核心分光器件—MOEMS集成扫描光栅微镜的研究，建立了集成角传感器的电磁式MOEMS扫描光栅微镜的理论模型，进行了结构参数的优化，采用ANSYS有限元仿真软件验证了模型的正确性; ③研究了MOEMS集成扫描光栅微镜的关键加工工艺，制定了加工工艺流程，完成了版图设计，成功研制出集成角传感器的电磁式MOEMS扫描光栅微镜原理样机，完成了器件的主要性能测试与分析; ④基于研制的MOEMS集成扫描光栅微镜，首次提出了双单管探测宽光谱微型近红外光谱仪新结构，采用Zemax光学仿真软件完成了光学系统设计，通过引入公差分析研究了系统各光学器件装配误差对微型近红外光谱仪整体性能的影响; ⑤研究了系统机械结构设计与装调方法，首次成功研制出具有完全自主知识产权的可覆盖整个近红外波段(800nm～2500nm)的双单管探测宽光谱微型近红外光谱仪原理样机，完成了原理样机的性能测试与分析。