高温条件下不透明样品法向光谱辐射率的测量(7)
基于不透明样品是漫射体的假设， 由下式给出：
（2.2）
表示样品的有效辐射。式（2.1）中 ，则联立式（2.1）（2.2）得，
（2.3）
用 表示光路系统的损失系数，它为离轴抛物面镜1，2和平面镜的损失系数之积。则进入傅立叶红外光谱仪的能量为 ，黑体摆放在样品系统的对侧，其几何条件与样品系统相同，因此进入傅立叶红外光谱仪的能量为 ，且 满足（2.3）式，只需将式中的 替换为 即可。
2．2 傅立叶红外光谱仪分析
傅立叶红外光谱仪的原理图如图2-4所示。样品和黑体的投射辐射通过迈克尔逊干涉仪产生干涉光，干涉光作用于探测器产生电压信号，经模数转换后进入计算机进行傅立叶运算，即可得到红外光谱图。迈克尔逊干涉仪的存在使得单色光辐射能量的测量得以实现。
图2-4 傅立叶红外光谱仪原理图
2.2.1 迈克尔逊干涉仪分析
傅立叶红外光谱仪选用的型号为德国BRUKER VERTEX 80v，内部结构如图2-5所示，包括红外光源、样品室、检测器、迈克尔逊干涉仪和控制电路。红外光源和样品室实验中不会用到，图2-5中没有标出。
来自于样品和黑体的投射辐射 首先经过迈克尔逊干涉仪，其基本部件为固定镜、动镜和分束器。投射辐射通过分束器后分为两部分：一部分到达固定镜，另一部分到达动镜。固定镜是不动的，动镜可以自由移动，但有一定的范围。到达固定镜、动镜的投射辐射经反射后又重新返回分束器并发生干涉，所走距离的差值为光程差 。动镜可以移动，所以 是变化的，到达检测器的投射辐射 是 的函数。
图2-5 傅立叶红外光谱仪内部结构简图
当 （ 为整数）时， 。当 取其他值时， 由下式给出： （2.4）
由固定值 和变化值 组成，检测器只能检测交变辐射，则 为：
（2.5）
式（2.5）是在分束器为理想的条件下得出的，即到达迈克尔逊干涉仪的投射辐射经过分束器时，50%的光反射到固定镜，又从固定镜反射回分束器，另外50%的光投射过分束器到达动镜，又从动镜反射回到分束器。考虑到分束器的非理想化，引入修正系数 。 进一步表示为：
（2.6）
2.2.2 检测器分析
傅立叶红外光谱仪使用的检测器分为两类：一类是DTGS检测器；另一类是MCT检测器。它们测定的是中红外光谱。不同的检测器能够测定不同波段的红外光谱，目前还没有一种检测器能够检测整个红外波段。
DTGS检测器是由氚代硫酸三苷肽晶体制成的。将DTGS晶体切成几十微米厚的薄片，薄片越薄，灵敏度越高。制成薄片后，在薄片两面引出两个电极通至检测器的前置放大器。DTGS是一种热检测器。晶体受热产生温度变化，原子排列发生变化，晶体自然极化，两表面产生电荷，将负载电阻与晶体相连，就会有电信号输出。DTGS晶体在红外干涉光的照射下产生的极微弱信号，经前置放大器放大并进行模数转化后，送给计算机进行傅立叶变换。只有晶体的温度不断变化，才会有电信号输出。
MCT检测器是由宽频带的半导体碲化镉和半金属化合物碲化贡混合制成的，改变混合物成分的比例，可以获得测量范围不同，检测灵敏度不同的各种MCT检测器。MCT是一种光电导检测器，晶体受热温度变化，光电导率也发生变化，通过测试其电阻值即可得到入射的红外辐射的强弱。
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