專利名稱：近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，用于液體、固體和高光散射 的液體的分析。
背景技術：
近紅外光(Near Infrared, NIR)是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR)之間的電 磁波，即波長在780 2500nm范圍內的電磁波。習慣上又將近紅外區(qū)劃分為近紅外短波 和近紅外長光譜區(qū)；1900年前后，近紅外光(NIR)光譜儀器使用玻璃棱鏡和膠片記錄器，其 光譜范圍局限于700nm-1600nm.由于物質在該譜區(qū)的倍頻和合頻吸收信號弱，譜帶重疊， 解析復雜，受當時的技術水平限制，近紅外光譜“沉睡” 了近一個半世紀，直到20世紀50年 代，才開始將近紅外光譜技術，應用在農(nóng)副產(chǎn)品分析中，50年代的商品近紅外光(OTR)光譜 儀使用硫化鉛光敏電阻作檢測器，其波長范圍可至3000nm，用于定量分析，但由于近紅外光 (NIR)消光系數(shù)低和譜帶寬而解析困難，該技術并沒有獲得廣泛應用，60年代，開始使用漫 反射技術對麥子水分、蛋白和脂肪含量進行研究，發(fā)現(xiàn)近紅外光(NIR)光譜用于常規(guī)分析 的實用價值。隨著計算機發(fā)展和化學計量學的誕生，近紅外光(NIR)和化學計量學結合產(chǎn) 生了現(xiàn)代近紅外光(NIR)光譜學。近紅外光(NIR)最先應用于農(nóng)業(yè)領域。到60年代中后 期，隨著各種新的分析技術的出現(xiàn)，加之經(jīng)典近紅外光譜分析技術暴露出的靈敏度低、抗干 擾性差的弱點，使人們淡漠了該技術在分析測試中的應用，從此，近紅外光譜進入了一個沉 默的時期。80年代后期，隨著計算機技術的迅速發(fā)展，帶動了分析儀器的數(shù)字化和化學計 量學的發(fā)展，通過化學計量學方法在解決光譜信息提取和背景干擾方面取得的良好效果， 加之近紅外光譜在測樣技術上所獨有的特點，使人們重新認識了近紅外光譜的價值，近紅 外光譜在各領域中的應用研究陸續(xù)展開。進入90年代，近紅外光譜在工業(yè)領域中的應用全 面展開，有關近紅外光譜的研究及應用文獻幾乎呈指數(shù)增長，成為發(fā)展最快、最引人注目的 一門獨立的分析技術。由于近紅外光在常規(guī)光纖中具有良好的傳輸特性，使近紅外光譜在 在線分析領域也得到了很好的應用，并取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益，從此近紅外光譜 技術進入一個快速發(fā)展的新時期，現(xiàn)代近紅外光譜(OTR)分析技術是近年來分析化學領域 迅猛發(fā)展的高新分析技術，越來越引起國內外分析專家的注目，在分析化學領域被譽為分 析“巨人”，它的出現(xiàn)可以說帶來了又一次分析技術的革命。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足，提供一種應用領域廣、測量精確的近紅外 在線檢測漫反射光譜分析儀。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)一種近紅外在線檢測漫反射光譜分析 儀，包括殼體，在殼體內部設有探頭、光學分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)，探頭、 光學分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)共同連接有一供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)置于殼體 外部，探頭用于收集被測物體漫反射后的光線，并將收集后的光線傳送給光學分光系統(tǒng)，光學分光系統(tǒng)利用光學分光將光線分光形成單色光，通過信號采集系統(tǒng)將光信號采集，并處 理形成電信號，再經(jīng)過AD處理，形成數(shù)字信號，光譜處理系統(tǒng)將所述信號采集系統(tǒng)中形成 的數(shù)字信號進行分析、處理和顯示，從而確定檢測結果。本發(fā)明的進一步改進在于所述探頭包括探鏡和光纖，探鏡用來擴大采光面積，使 更多的光線進入分光系統(tǒng)，光纖用來傳輸光信號。本發(fā)明的進一步改進在于所述光學分光系統(tǒng)主要采用光柵單色儀，光柵單色儀 是通過旋轉光柵的角度，從而產(chǎn)生不同波長的進紅外光信號。本發(fā)明的進一步改進在于所述信號采集系統(tǒng)包括接收單元、信號放大系統(tǒng)和AD 采集單元，所述接收單元將接收到的光信號轉換成微弱電信號傳送到信號放大系統(tǒng)，所述 信號放大系統(tǒng)將接收單元發(fā)送來的微弱電信號放大到能夠采集的信號，所述AD采集單元 用于將計算機不能識別的電信號即模擬信號轉換成計算機可識別的數(shù)字信號。本發(fā)明的進一步改進在于所述光譜處理系統(tǒng)包括處理器和數(shù)學模型，所述處理 器將采集的光譜信號進行預處理，減小光譜中的噪聲信號，提高光譜信噪比，所述數(shù)學模型 針對某一物質通過大量的前期試驗得到的模型，將預處理的光譜信號經(jīng)過該模型計算后， 可以得到特定物質的含量。本發(fā)明的進一步改進在于所述光源照射到被測物體上，近紅外波段光線與被測 物體相互作用后，產(chǎn)生漫反射光線，經(jīng)探頭中的探鏡收集并通過探頭中的光纖傳送，由所述 光學分光系統(tǒng)分光后形成單色光，通過所述信號采集系統(tǒng)采集，并由所述光譜處理系統(tǒng)中 的處理器進行光譜處理的定性和定量分析，從而確定被測物體中的物質含量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點應用領域廣、測量精確，可用于多種行業(yè)的 測量。


圖1為本發(fā)明的結構示意具體實施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結合實施例對本發(fā)明作進一步詳述，該實施例 僅用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限定。本發(fā)明示出了一種近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀的實施方式，包括殼體，在 殼體內部設有探頭、光學分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)，探頭、光學分光系統(tǒng)、信 號采集系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)共同連接有一供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)置于殼體外部，探頭用于收 集被測物體漫反射后的光線，并將收集后的光線傳送給光學分光系統(tǒng)，光學分光系統(tǒng)利用 光學分光將光線分光形成單色光，通過所述信號采集系統(tǒng)將光信號采集，并處理形成電信 號，再經(jīng)過AD處理，形成數(shù)字信號，光譜處理系統(tǒng)將所述信號采集系統(tǒng)中形成的數(shù)字信號 進行分析、處理和顯示，從而確定檢測結果，探頭包括探鏡和光纖，探鏡用來擴大采光面積， 使更多的光線進入分光系統(tǒng)，光纖用來傳輸光信號，光學分光系統(tǒng)主要采用光柵單色儀，通 過旋轉光柵的角度，從而產(chǎn)生不同波長的進紅外光信號，信號采集系統(tǒng)包括接收單元、信號 放大系統(tǒng)和AD采集單元，接收單元將接收到的光信號轉換成微弱電信號傳送到信號放大 系統(tǒng)，信號放大系統(tǒng)將接收單元發(fā)送來的微弱電信號放大到能夠采集的信號，并將計算機
4不能識別的電信號即模擬信號傳送到AD采集單元轉換成計算機可識別的數(shù)字信號，光譜 處理系統(tǒng)包括處理器和數(shù)學模型，所述處理器將采集的光譜信號進行預處理，減小光譜中 的噪聲信號，提高光譜信噪比，所述數(shù)學模型針對某一物質通過大量的前期試驗得到的模 型，將預處理的光譜信號經(jīng)過該模型計算后，可以得到特定物質的含量，通過光源照射到被 測物體上，近紅外波段光線與被測物體相互作用后，產(chǎn)生漫反射光線，經(jīng)探頭中的探鏡收集 并通過探頭中的光纖傳送，由所述光學分光系統(tǒng)分光后形成單色光，通過所述信號采集系 統(tǒng)采集，并由所述光譜處理系統(tǒng)中的處理器進行光譜處理的定性和定量分析，從而確定被 測物體中的物質含量，且近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀的應用測量范圍廣，可用于石 油及石油化工、基本有機化工、精細化工、冶金、生命科學、制藥、醫(yī)學臨床、農(nóng)業(yè)、食品、飲 料、煙草、紡織、造紙、化妝品、質量監(jiān)督、環(huán)境保護、高校及科研院所等，在石化領域可測定 油品的辛烷值、族組成、十六烷值、閃點、冰點、凝固點、餾程、MTBE含量等，在農(nóng)業(yè)領域可以 測定谷物的蛋白質、糖、脂肪、纖維、水分含量等，在醫(yī)藥領域可以測定藥品中有效成分，組 成和含量，亦可進行樣品的種類鑒別，如酒類和香水的真假辨別，環(huán)保廢棄物的分檢等，在 使用時，將被測物體放置在傳送帶上進行自動傳輸，到達工作區(qū)域后，光源將近紅外波段的 光線投射到被測物體上，在被測物體表面產(chǎn)生漫反射，透鏡將漫反射光線收集并通過光纖 傳輸?shù)絻x器中，經(jīng)過光柵分光后，由光電探測器接收，最后交由計算機進行測量分析。這種 近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀的分析檢測結果較為精確，且對被測物體無損害，無須 進行預處理，這樣測量時較為簡便。
權利要求
一種近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于所述光譜分析儀包括殼體，所述殼體內部設有探頭、光學分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)，所述探頭、光學分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)共同連接有一供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)置于殼體外部，所述探頭用于收集被測物體漫反射后的光線，并將收集后的光線傳送給光學分光系統(tǒng)，所述光學分光系統(tǒng)利用光學分光將光線分光形成單色光，通過所述信號采集系統(tǒng)將光信號采集，并處理形成電信號，再經(jīng)過AD處理，形成數(shù)字信號，所述光譜處理系統(tǒng)將所述信號采集系統(tǒng)中形成的數(shù)字信號進行分析、處理和顯示，從而確定檢測結果。
2.根據(jù)權利要求1所述近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于所述探頭包 括探鏡和光纖，探鏡用來擴大采光面積，使更多的光線進入分光系統(tǒng)，光纖用來傳輸光信 號。
3.根據(jù)權利要求1所述近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于所述光學分 光系統(tǒng)主要采用光柵單色儀，光柵單色儀是通過旋轉光柵的角度，從而產(chǎn)生不同波長的進 紅外光信號。
4.根據(jù)權利要求1所述近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于所述信號采 集系統(tǒng)包括接收單元、信號放大系統(tǒng)和AD采集單元，所述接收單元將接收到的光信號轉換 成微弱電信號傳送到信號放大系統(tǒng)，所述信號放大系統(tǒng)將接收單元發(fā)送來的微弱電信號放 大到能夠采集的信號，所述AD采集單元用于將計算機不能識別的電信號即模擬信號轉換 成計算機可識別的數(shù)字信號。
5.根據(jù)權利要求1所述近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于所述光譜處 理系統(tǒng)包括處理器和數(shù)學模型，所述處理器將采集的光譜信號進行預處理，減小光譜中的 噪聲信號，提高光譜信噪比，所述數(shù)學模型針對某一物質通過大量的前期試驗得到的模型， 將預處理的光譜信號經(jīng)過該模型計算后，可以得到特定物質的含量。
6.根據(jù)權利要求1所述近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于所述光源照 射到被測物體上，近紅外波段光線與被測物體相互作用后，產(chǎn)生漫反射光線，經(jīng)探頭中的探 鏡收集并通過探頭中的光纖傳送，由所述光學分光系統(tǒng)分光后形成單色光，通過所述信號 采集系統(tǒng)采集，并由所述光譜處理系統(tǒng)中的處理器進行光譜處理的定性和定量分析，從而 確定被測物體中的物質含量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，包括殼體，在殼體內部設有探頭、光學分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)，探頭、光學分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)共同連接有一供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)置于殼體外部，探頭用于收集被測物體漫反射后的光線，并將收集后的光線傳送給光學分光系統(tǒng)，光學分光系統(tǒng)利用光學分光將光線分光形成單色光，通過所述信號采集系統(tǒng)將光信號采集，并處理形成電信號，再經(jīng)過AD處理，形成數(shù)字信號，光譜處理系統(tǒng)將所述信號采集系統(tǒng)中形成的數(shù)字信號進行分析、處理和顯示，從而確定檢測結果。本發(fā)明具有應用領域廣、測量精確的優(yōu)點。
文檔編號G01N21/01GK101923047SQ20101017394
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權日2010年5月17日
發(fā)明者丁峰, 劉混海, 周峰, 李漢琪, 杜偉 申請人:南通北極光自動控制技術有限公司