其原理是：光源S的两束光通过两对对称的反射镜M1M2和M3M4，分别通过样品池和参比池，得到两束同样强度的平行光，通过M5和M6反射镜，从而改变方向。
切光器匀速旋转，样品与参考光束交替进入检测器，检测器显示脉冲信号，经放大器放大后通过伺服系统记录。
如果样本和参比光束都是空的，或者两个光束的吸收是一样的，检测器上就不会产生信号。样品存在且吸收了红外线，则达到检测器的样品光束减弱，两光束不平衡，探测器出现信号。当信号被放大后，驱动一个衰减器(梳状或双向剪切式)，衰减参比光束，直到参比光束到达检测器的强度与样品光束到达检测器的强度相等，这就是双光束光束光束路径中的“光学零位自动平衡系统”。衰减笔和记录笔的驱动相同。记录笔也会在衰减直至平衡的过程中停止记录。随着样品的吸收，当记录笔移动时，光栅也会以一定的速度移动。这样，到达探测器的入射光波数也会随著到达探测器的波数而变化，同时记录纸张和光栅的同步运动，从而绘制出随波数变化的红外光谱。由于采用了这种光学零点法，双光束红外光谱仪消除了光源波动、探测器、大气中水、二氧化碳等因素对测量的干扰。
栅格红外光谱配置有微机，由微机进行仪器操作、控制、谱图处理(平滑、差谱、导数、坐标变换、零点校正等)和定量分析、谱图检索等，都达到了较完善的水平。尽管现在已经进入了傅里叶变换干涉红外光谱仪时代，但是还有大量的光栅仪器仍然在使用。
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