基于傅里叶红外光谱仪的处理电路及傅里叶红外光谱仪的制作方法

1.本实用新型涉及光谱检测技术领域，更具体地，涉及一种基于傅里叶红外光谱仪的处理电路及傅里叶红外光谱仪。


背景技术：

2.傅里叶红外光谱仪是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，可以对样品进行定性和定量分析，其广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定和刑侦鉴定等领域。
3.在相关技术中，光源发射的入射光被分束器分为两束，一束光经透射到达动镜，另一束光经反射到达定镜，两束光分别经定镜和动镜反射后再回到分束器，由于动镜是以恒定速度作直线运动，因此，经分束器分束后的两束光将形成光程差，由此形成干涉光。干涉光通过样品池后，携带样品信息的干涉信号将被信号采集模块采集到，后续再对干涉信号进行处理，得到输出信号。
4.在实现本实用新型构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题，采用相关技术得到的输出信号的稳定性和真实性较差以及信号处理速度较慢。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种基于傅里叶红外光谱仪的处理电路及傅里叶红外光谱仪。
6.本实用新型实施例的一个方面提供了一种基于傅里叶红外光谱仪的处理电路，包括：
7.信号采集模块，所述信号采集模块的输出端与信号转换模块的输入端连接，用于采集待处理信号，并将所述待处理信号发送至信号转换模块；
8.所述信号转换模块，所述信号转换模块的输出端与信号放大模块的输入端连接，用于对所述待处理信号进行光电转换，得到第一转换信号，并将所述第一转换信号发送至所述信号放大模块；
9.所述信号放大模块，所述信号放大模块的输出端与滤波选择模块的输入端连接，用于对所述第一转换信号进行放大，得到放大信号，并将所述放大信号发送至所述滤波选择模块；
10.所述滤波选择模块，所述滤波选择模块的输出端与整形放大模块的输入端连接，用于对所述放大信号进行滤波和频率选择，得到滤波选择信号，并将所述滤波选择信号发送至所述整形放大模块；
11.所述整形放大模块，所述整形放大模块的输出端与信号处理模块的输入端连接，用于对所述滤波选择信号进行整形和至少一级放大，得到整形放大信号，并将所述整形放大信号发送至所述信号处理模块；以及
12.所述信号处理模块，用于对所述整形放大信号进行处理，得到输出信号。
13.根据本实用新型的实施例，所述滤波选择模块，包括：
14.滤波单元，所述滤波单元的输入端与所述信号放大模块的输出端连接，所述滤波单元的输出端与所述选择单元的输入端连接，用于对所述放大信号进行滤波，得到滤波信号，并将所述滤波信号发送至选择单元；以及
15.所述选择单元，所述选择单元的输出端与所述整形放大模块的输入端连接，用于对所述滤波信号进行频率选择，得到所述滤波选择信号，并将所述滤波选择信号发送至所述整形放大模块。
16.根据本实用新型的实施例，所述滤波单元，所述滤波单元包括m个第一电阻，所述m个第一电阻中的每个第一电阻的第一端作为所述滤波单元的输入端，每个第一电阻的第二端作为所述滤波单元的输出端，其中，m≥1。
17.根据本实用新型的实施例，所述选择单元，包括：多路器开关，所述多路器开关包括n个第一端和第二端，所述多路器开关的n个第一端中的每个第一端作为所述选择单元的输入端，所述多路器开关的第二端作为所述选择单元的输出端，所述多路器开关的n个第一端中的每个第一端分别与对应的第一电阻的第二端连接，形成频率选择通路，每条所述频率选择通路用于产生与所述第一电阻对应的滤波选择信号，不同所述频率选择通路的滤波选择信号的频率不同，其中，1≤m≤n。
18.根据本实用新型的实施例，所述滤波选择模块还包括：
19.跟随单元，所述跟随单元的输入端与所述选择单元的输出端连接，所述跟随单元的输出端与所述整形放大模块的输入端连接，用于对所述滤波选择信号进行处理，得到处理后的滤波选择信号，并将所述处理后的滤波选择信号发送至所述整形放大模块，其中，所述处理后的滤波选择信号的阻抗小于所述滤波选择信号的阻抗；所述整形放大模块对所述处理后的滤波选择信号进行整形和至少一级放大，得到所述整形放大信号。
20.根据本实用新型的实施例，所述跟随单元，包括：
21.电压跟随器，所述电压跟随器的同相输入端分别与所述多路器开关的第二端和电容的第一端连接，所述电压跟随器的反相输入端与第二电阻的第一端连接；
22.所述电容，所述电容的第二端接地；以及
23.所述第二电阻，所述第二电阻的第二端作为所述跟随单元的输出端。
24.根据本实用新型的实施例，所述整形放大模块，包括：
25.整形单元，所述整形单元的输入端与所述滤波选择模块的输出端连接，所述整形单元的输出端与放大单元组的输入端连接，用于对所述滤波选择信号进行整形，得到整形信号，并将所述整形信号发送至所述放大单元组；以及
26.所述放大单元组，所述放大单元组包括依次串联的至少一个放大单元，所述放大单元组的输出端与所述信号处理模块的输入端连接，用于对所述整形信号进行至少一级放大，得到所述整形放大信号。
27.根据本实用新型的实施例，所述信号处理模块，包括：
28.计数器，所述计数器的输入端与所述整形放大模块的输出端连接，所述计数器的输出端与处理器的输入端连接，用于对所述整形放大信号进行处理，得到运动信号，并将所述运动信号发送至所述处理器；
29.所述处理器，所述处理器的输出端与数模转换器的输入端连接，用于对所述运动
信号进行处理，得到处理信号，并将所述处理信号发送至所述数模转换器；
30.所述数模转换器，所述数模转换器的输出端与功率放大单元的输入端连接，用于对所述处理信号进行模数转换，得到第二转换信号，并将所述第二转换信号发送至所述功率放大单元；以及
31.所述功率放大单元，用于对所述第二转换信号进行功率放大，得到所述输出信号。
32.本实用新型实施例的另一个方面提供了一种傅里叶红外光谱仪，包括本实用新型如上所述的基于傅里叶红外光谱仪的处理电路。
33.根据本实用新型的实施例，还包括：
34.电机，所述电机的控制端与所述信号处理模块的输出端连接，所述电机在所述输出信号的驱动下运动。
35.根据本实用新型的实施例，由于滤波选择模块可以对放大信号进行滤波和频率选择，因此，使得得到的滤波选择信号的毛刺较少，进而使得根据滤波选择信号得到的输出信号的稳定性较高，并有效保证了输出信号的真实性。同时，由于对滤波选择信号进行了放大处理，因此，提高了整形放大信号的上升速度，进而提高了信号处理速度，因而，至少部分地克服了采用相关技术得到的输出信号的稳定性和真实性较差以及信号处理速度较慢的技术问题。
附图说明
36.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
37.图1示意性示出了根据本实用新型实施例的一种基于傅里叶红外光谱仪的处理电路的框图；
38.图2示意性示出了根据本实用新型实施例的信号转换模块和信号放大模块的电路示意图；
39.图3示意性示出了根据本实用新型实施例的放大信号的示意图；
40.图4示意性示出了根据本实用新型实施例的滤波选择信号的示意图；
41.图5示意性示出了根据本实用新型实施例的滤波选择模块的框图；
42.图6示意性示出了根据本实用新型实施例的滤波选择模块的电路示意图；
43.图7示意性示出了根据本实用新型实施例的整形放大模块的电路示意图；
44.图8示意性示出了根据本实用新型实施例的整形信号的示意图；
45.图9示意性示出了根据本实用新型实施例的整形放大信号的示意图；
46.图10示意性示出了根据本实用新型实施例的信号处理模块的框图；
47.图11示意性示出了根据本实用新型实施例的输出信号的示意图；以及
48.图12示意性示出了根据本实用新型实施例的信号处理模块的部分的电路示意图；
具体实施方式
49.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中
仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
50.图1示意性示出了根据本实用新型实施例的一种基于傅里叶红外光谱仪的处理电路的框图。
51.如图1所示，处理电路可以包括信号转换模块100、信号放大模块200、滤波选择模块300、整形放大模块400和信号处理模块500。
52.信号转换模块100，信号转换模块100的输出端与信号放大模块200的输入端连接，用于对待处理信号进行光电转换，得到第一转换信号，并将第一转换信号发送至信号放大模块200。
53.信号放大模块200，信号放大模块200的输出端与滤波选择模块300的输入端连接，用于对第一转换信号进行放大，得到放大信号，并将放大信号发送至滤波选择模块300。
54.滤波选择模块300，滤波选择模块300的输出端与整形放大模块400的输入端连接，用于对放大信号进行滤波和频率选择，得到滤波选择信号，并将滤波选择信号发送至整形放大模块400。
55.整形放大模块400，整形放大模块400的输出端与信号处理模块500的输入端连接，用于对滤波选择信号进行整形和至少一级放大，得到整形放大信号，并将整形放大信号发送至信号处理模块500。
56.信号处理模块500，用于对整形放大信号进行处理，得到输出信号。
57.根据本实用新型的实施例，待处理信号可以是由信号采集模块采集得到的，即信号采集模块采集干涉光通过样品池后携带样品信息的干涉信号，其中，可以将干涉信号作为待处理信号。信号采集模块可以为光电管。信号采集模块将待处理信号发送至信号转换模块100。
58.根据本实用新型的实施例，信号转换模块100先对待处理信号进行光电转换，得到转换后的电信号，其中，转换后的电信号是电流信号，再对转换后的电信号进行电流电压转换，得到第一转换信号，其中，第一转换信号即是电压信号并将第一转换信号发送至信号放大模块200。第一转换信号在信号放大模块200中进行信号放大得到放大信号。针对信号转换模块100和信号放大模块200的电路图可以参见图2，图2示意性示出了根据本实用新型实施例的信号转换模块和信号放大模块的电路示意图。放大信号可以参见图3，图3示意性示出了根据本实用新型实施例的放大信号的示意图。
59.根据本实用新型的实施例，信号放大模块200将放大信号发送至滤波选择模块300，滤波选择模块300对放大信号进行滤波和频率选择，得到滤波选择信号。在本实施例中，由于需要滤除高频信号，因此，滤波选择模块300中用于执行滤波操作的部分可以是实现滤波高频信号的结构，例如低通滤波器，即可以通过低通滤波器将放大信号中的高频部分滤除，得到保留低频部分的放大信号。同时，由于在实际应用中，不同应用场景的要求不同，因此，需要对放大信号的截止频率进行选择，由此，滤波选择模块300还可以用于进行频率选择，使得通过滤波选择模块300输出的滤波选择信号是满足预设截至频率的滤波选择信号。
60.图4示意性示出了根据本实用新型实施例的滤波选择信号的示意图。从图4可以看出，滤波选择信号具有较少的毛刺，使得其比较平滑。与图3中未经过滤波选择模块300处理的放大信号相比，减少了信号毛刺。根据本实用新型的实施例，由于滤波选择模块300可以
对放大信号进行滤波和频率选择，因此，使得得到的滤波选择信号的毛刺较少。
61.根据本实用新型的实施例，滤波选择模块300将滤波选择信号发送至整形放大模块400，滤波选择模块300对滤波选择信号进行整形和至少一级放大处理后，得到整形放大信号，并将整形放大信号发送至信号处理模块500，信号处理模块500可以对整形放大信号进行处理，得到输出信号。其中，整形放大信号可以是方波信号。
62.根据本实用新型的实施例，如果对滤波选择信号进行多级放大处理，则可以提高整形放大信号的上升速度，进而提高信号处理速度。例如，可以进行两级放大。根据本实用新型实施例的技术方案，由于滤波选择模块可以对放大信号进行滤波和频率选择，因此，使得得到的滤波选择信号的毛刺较少，进而使得根据滤波选择信号得到的输出信号的稳定性较高，并有效保证了输出信号的真实性。同时，由于对滤波选择信号进行了放大处理，因此，提高了整形放大信号的上升速度，进而提高了信号处理速度，因而，至少部分地克服了采用相关技术得到的输出信号的稳定性和真实性较差以及信号处理速度较慢的技术问题。
63.根据本实用新型的实施例，如图5所示，滤波选择模块300可以包括滤波单元301和选择单元302。
64.滤波单元301，滤波单元301的输入端与信号放大模块200的输出端连接，滤波单元301的输出端与选择单元302的输入端连接，用于对放大信号进行滤波，得到滤波信号，并将滤波信号发送至选择单元302。
65.选择单元302，选择单元302的输出端与整形放大模块400的输入端连接，用于对滤波信号进行频率选择，得到滤波选择信号，并将滤波选择信号发送至整形放大模块400。
66.根据本实用新型的实施例，滤波单元301可以包括至少一个第一电阻，选择单元302可以包括一个输出端和至少一个输入端，每个输入端可以作为选择单元302的输入端，每个第一电阻的第一端可以作为滤波单元301的输入端，每个第一电阻的第二端可以作为滤波单元301的输出端。
67.根据本实用新型的实施例，每个第一电阻的第一端与信号放大模块200的输出端连接，每个第一电阻的第二端可以分别与选择单元302中对应的输入端连接，以形成频率选择通路。滤波选择单元301如果包括至少两个第一电阻，则由于不同第一电阻的电阻值不同，因此，不同频率选择通路的截止频率不同。
68.根据本实用新型的实施例，可以根据预设截止频率，确定连入电路中的第一电阻，并使得与该第一电阻对应的选择单元302中的输入端处于选通状态，由此，得到与该第一电阻对应的频率选择通路，相应的，得到的滤波选择信号即是滤除高频部分且具有预设截止频率的信号。
69.根据本实用新型的实施例，滤波单元301可以包括m个第一电阻，m个第一电阻中的每个第一电阻的第一端作为滤波单元301的输入端，每个第一电阻的第二端作为滤波单元301的输出端，其中，m≥1。
70.根据本实用新型的实施例，不同第一电阻能够允许通过的截止频率互不相同。m的数值可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，可以为m＝4。第一电阻的电阻值可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，m＝4，即包括第一电阻r1、第一电阻r2、第一电阻r3和第一电阻r4，其中，r1＝68kω，r2＝15kω，r3＝3.9kω，r4＝10kω。
71.根据本实用新型的实施例，选择单元302可以包括多路器开关。
72.多路器开关可以包括n个第一端和第二端，多路器开关的n个第一端中的每个第一端可以作为选择单元的输入端，多路器开关的第二端可以作为选择单元的输出端，多路器开关的n个第一端中的每个第一端分别与对应的第一电阻的第二端连接，形成频率选择通路，每条频率选择通路用于产生与第一电阻对应的滤波选择信号，不同频率选择通路的滤波选择信号的频率不同，其中，1≤m≤n。
73.根据本实用新型的实施例，多路器开关可以包括一个第二端和n个第一端，即一个输出端和n个输入端。多路器开关的型号可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，多路器开关可以为型号为dg409dj-e3的模拟开关。n的数值可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，可以为n＝4。
74.根据本实用新型的实施例，每个第一电阻的第一端与信号放大模块200的输出端连接，每个第一电阻的第二端可以分别与多路器开关包括的n个第一端中的对应的第一端连接，以形成频率选择通路。
75.根据本实用新型的实施例，可以根据预设截止频率，确定连入电路中的第一电阻，并使得与该第一电阻对应的多路器开关包括的n个第一端中的对应的第一端处于选通状态，由此，得到与该第一电阻对应的频率选择通路，相应的，得到的滤波选择信号即是滤除高频部分且具有预设截止频率的信号。
76.根据本实用新型的实施例，如图5所示，上述滤波选择模块300还可以包括跟随单元303。
77.跟随单元303，跟随单元303的输入端与选择单元302的输出端连接，跟随单元303的输出端与整形放大模块400的输入端连接，用于对滤波选择信号进行处理，得到处理后的滤波选择信号，并将处理后的滤波选择信号发送至整形放大模块400，其中，处理后的滤波选择信号的阻抗小于滤波选择信号的阻抗。所述整形放大模块400对所述处理后的滤波选择信号进行整形和至少一级放大，得到所述整形放大信号。
78.根据本实用新型的实施例，跟随单元303可以用于将具有第一阻抗的信号转换为具有第二阻抗的信号，其中，第一阻抗大于第二阻抗。在本实用新型实施例中，具有第一阻抗的信号可以指滤波选择信号，具有第二阻抗的信号可以指处理后的滤波选择信号。
79.根据本实用新型的实施例，跟随单元303可以包括电压跟随器、电容和第二电阻。
80.电压跟随器，电压跟随器的同相输入端分别与多路器开关的第二端和电容的第一端连接，电压跟随器的反相输入端与第二电阻的第一端连接。
81.电容，电容的第二端接地。
82.第二电阻，第二电阻的第二端作为跟随单元303的输出端。
83.根据本实用新型的实施例，电压跟随器的型号、电容的电容值和第二电阻的电阻值可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，电压跟随器的型号可以为opa2604。电容的电容值可以为330pf。第二电阻的电阻值可以为10kω。下面通过具体示例对滤波选择模块300进行说明。
84.示例性的，图6示意性示出了根据本实用新型实施例的滤波选择模块的电路示意图。图6中sig表征放大信号，out表征处理后的滤波选择信号。滤波单元301包括m＝4个第一电阻，4个第一电阻的电阻值分别为68kω、15kω、3.9kω和10kω。多路器开关的型号为dg409dj-e3，包括一个第二端和n＝4个第一端。电压跟随器的型号为opa2604。电容的电容
值为330pf。第二电阻的电阻值为10kω。
85.根据本实用新型的实施例，根据预设截止频率，确定连入电路中的第一电阻，并使得与该第一电阻对应的多路器开关包括的4个第一端中的对应的第一端处于选通状态，由此，得到与该第一电阻对应的频率选择通路，相应的，得到的滤波选择信号即是滤除高频部分且具有预设截止频率的信号。
86.电压跟随器对滤波选择信号进行处理，得到处理后的滤波选择信号，其中，处理后的滤波选择信号的阻抗小于滤波选择信号的阻抗。处理后的滤波选择信号通过第二电阻发送至整形放大模块400。
87.根据本实用新型的实施例，如图7所示，整形放大模块400可以包括整形单元401和放大单元组402。
88.整形单元401，整形单元401的输入端与滤波选择模块300的输出端连接，整形单元401的输出端与放大单元组402的输入端连接，用于对滤波选择信号进行整形，得到整形信号，并将整形信号发送至放大单元组402。
89.放大单元组402，放大单元组402包括依次串联的至少一个放大单元，放大单元组402的输出端与信号处理模块500的输入端连接，用于对整形信号进行至少一级放大，得到整形放大信号。
90.根据本实用新型的实施例，整形单元401可以包括电压比较器，还可以包括至少一个二极管和至少一个第三电阻，电压比较器的型号和二极管的型号可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，电压比较器的型号可以为lm311m，二极管的型号可以为diode0603。放大单元组402包括的放大单元的数量可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，放大单元的数量包括两个。
91.图7示意性示出了根据本实用新型实施例的整形放大模块的电路示意图。图7中整形单元401包括电压比较器、两个二极管和三个第三电阻，其中，两个二极管分别与电压比较器的反相输入端连接，两个二极管背靠背连接。电压比较器的型号为lm311m，二极管的型号为diode0603。三个第三电阻的电阻值分别为10kω、1mω和3.3kω。放大单元组402包括两个放大单元。
92.整形单元401对滤波选择信号进行一次放大，得到整形信号，其中，两个二极管实现选择预设电压范围内的滤波选择信号，选择后的滤波选择信号通过电压比较器进行放大，输出整形信号。其中，预设电压范围可以是由-0.7v和+0.7v组成的范围，即如果滤波选择信号的电压在-0.7v～+0.7v之间，则两个二极管可以将其选择出来。整形信号可以参见图8，图8示意性示出了根据本实用新型实施例的整形信号的示意图。
93.放大单元组402对整形信号继续进行两级放大，得到整形放大信号。整形放大信号可以参见图9，图9示意性示出了根据本实用新型实施例的整形放大信号的示意图。
94.根据本实用新型的实施例，如图10所示，信号处理模块500可以包括计数器501、处理器502、数模转换器503和功率放大单元504。
95.计数器501，计数器501的输入端与整形放大模块400的输出端连接，计数器501的输出端与处理器502的输入端连接，用于对整形放大信号进行处理，得到运动信号，并将运动信号发送至处理器502。
96.处理器502，处理器502的输出端与数模转换器503的输入端连接，用于对运动信号
进行处理，得到处理信号，并将处理信号发送至数模转换器504。
97.数模转换器503，数模转换器503的输出端与功率放大单元504的输入端连接，用于对处理信号进行模数转换，得到第二转换信号，并将第二转换信号发送至功率放大单元504。
98.功率放大单元504，用于对第二转换信号进行功率放大，得到输出信号。
99.根据本实用新型的实施例，处理器502的型号、数模转换器503的型号和功率放大单元504的型号可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，数模转换器503的型号可以为dac8043e，功率放大单元504的型号可以为opa549t1。
100.根据本实用新型的实施例，计数器501可以对整形放大信号进行分析，得到位置信息和速度信息，根据位置信息和速度信息生成运动信号。处理器502对运动信号进行处理，得到处理信号，并将处理信号发送至数模转换器503，数模转换器503可以对处理信号进行数模转换，得到第二转换信号，其中，数模转换器503可以是电流驱动型的数模转换器，即第二转换信号是模拟电压信号，处理信号是数字电流信号。功率放大单元504对第二转换信号进行功率放大，得到输出信号。输出信号可以参见图11，图11示意性示出了根据本实用新型实施例的输出信号的示意图，图11中输出信号的周期为20us。下面通过具体示例对数模转换器503和功率放大单元504进行说明。
101.示例性的，图12示意性示出了根据本实用新型实施例的信号处理模块的部分的电路示意图。图12中数模转换器503的型号为dac8043e，功率放大单元504的型号为opa549t1。
102.本实用新型的实施例还提供了一种傅里叶红外光谱仪，可以包括本实用新型实施例所述的基于傅里叶红外光谱仪的处理电路。
103.根据本实用新型实施例的技术方案，通过采用上述基于傅里叶红外光谱仪的处理电路，由于滤波选择模块可以对放大信号进行滤波和频率选择，因此，使得得到的滤波选择信号的毛刺较少，进而使得根据滤波选择信号得到的输出信号的稳定性较高，并有效保证了输出信号的真实性。同时，由于对滤波选择信号进行了放大处理，因此，提高了整形放大信号的上升速度，进而提高了信号处理速度，因而，至少部分地克服了采用相关技术得到的输出信号的稳定性和真实性较差以及信号处理速度较慢的技术问题。
104.根据本实用新型的实施例，傅里叶红外光谱仪还可以包括电机。
105.电机，电机的控制端与信号处理模块500的输出端连接，电机在输出信号的驱动下运动。
106.根据本实用新型的实施例，电机与信号处理模块的输出端进行连接，信号处理模块500输出的输出信号驱动电机进行转动。电机用于驱动动镜进行移动。
107.根据本实用新型的实施例，由于输出信号较为稳定，因此，使得电机也能较为稳定地转动，进而使得动镜的运动也能较为稳定。
108.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。