一種便攜式紅外分光光度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種便攜式紅外分光光度計(jì)，包括：發(fā)射紅外光的紅外激光光源；與所述紅外激光光源相連，獲取所述紅外激光光源發(fā)射的紅外光，將所述紅外光射入待測(cè)溶液，并獲取所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)，輸出所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)的光纖探頭取樣器；與所述光纖探頭取樣器相連，檢測(cè)所述光纖探頭取樣器所輸出的光信號(hào)，將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電檢測(cè)裝置；與所述光電檢測(cè)裝置相連，將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置相連，根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)計(jì)算所述待測(cè)溶液中設(shè)定成分的含量的核心微控制器。本實(shí)用新型實(shí)施例加快了待測(cè)溶液的設(shè)定成分的含量的測(cè)定速度，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，且提升了儀器的便攜性。
【專利說明】一種便攜式紅外分光光度計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及檢測(cè)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種便攜式紅外分光光度計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002]分光光度計(jì)又稱光譜儀(spectoometer)，是將成分復(fù)雜的光，分解為光譜線的科學(xué)儀器，其可在特定波長(zhǎng)處或一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)根據(jù)物質(zhì)對(duì)光的吸收度，對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行定性或定量測(cè)定。分光光度計(jì)的一個(gè)重要應(yīng)用是對(duì)農(nóng)作物中直鏈淀粉含量進(jìn)行測(cè)定，直鏈淀粉是小麥、玉米、大米、高粱、馬鈴薯等農(nóng)作物的主要營(yíng)養(yǎng)成分，直鏈淀粉含量是影響食品食用品質(zhì)和工藝品質(zhì)的重要因素，因此對(duì)農(nóng)作物中直鏈淀粉含量進(jìn)行測(cè)定具有重要意義。
[0003]目前市場(chǎng)上使用的，對(duì)農(nóng)作物中直鏈淀粉的含量進(jìn)行測(cè)定的分光光度計(jì)主要由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院的王一鳴教授等人在“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“稻谷品質(zhì)快速檢測(cè)裝置研制與開發(fā)”的資助下于2004年研制出DPCZ-1I型稻谷品質(zhì)快速檢測(cè)
>j-U ρ?α裝直。
[0004]圖1示出了該檢測(cè)裝置的主要結(jié)構(gòu)，參照?qǐng)D1，該檢測(cè)裝置主要包括:激光光源10，比色皿11，檢測(cè)電路12，光電池13，吸入管14，吸出管15，蠕動(dòng)泵16，7012模塊17，計(jì)算機(jī)18 ;其中，比色皿11中盛有待測(cè)溶液(待測(cè)溶液可以為具有直鏈淀粉的農(nóng)作物按國(guó)標(biāo)GB7648-87預(yù)處理后得到的顯色溶液，未經(jīng)脫脂)，蠕動(dòng)泵16，吸入管14和吸出管15用于對(duì)比色皿11中盛有的待測(cè)溶液進(jìn)行吸入和吸出，以更換每次測(cè)試的待測(cè)溶液，激光光源10發(fā)射的激光照攝在比色皿11上，一部分激光被比色皿11吸收，一部分激光透射到檢測(cè)電路12，檢測(cè)電路12將所接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過7012模塊17將該電信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)輸出至計(jì)算機(jī)18，由計(jì)算機(jī)18計(jì)算出待測(cè)溶液中直鏈淀粉含量。圖中虛線表示光線。
[0005]本實(shí)用新型的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，圖1所示的對(duì)農(nóng)作物中直鏈淀粉含量進(jìn)行測(cè)定的檢測(cè)裝置存在如下問題:現(xiàn)有檢測(cè)裝置采用蠕動(dòng)泵自動(dòng)進(jìn)樣(即進(jìn)待測(cè)溶液)的方式，在每次測(cè)定新待測(cè)溶液前，為了避免上一待測(cè)溶液對(duì)本次待測(cè)溶液測(cè)量的影響，都需要清洗比色皿，導(dǎo)致待測(cè)溶液的測(cè)定速度較慢；同時(shí)，采用蠕動(dòng)泵自動(dòng)進(jìn)樣時(shí)，吸入和吸出管采用的橡皮管易受到溫度，氧化等影響而老化，易產(chǎn)生微小氣泡附著在管壁上，導(dǎo)致氣泡流進(jìn)比色皿，嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致測(cè)量的準(zhǔn)確性較差；并且現(xiàn)有檢測(cè)裝置的便攜性較差，測(cè)定儀需得與計(jì)算機(jī)配套使用，這不但提高了儀器的使用成本，而且降低了儀器的便攜程度，不適合應(yīng)用于糧食收購、品質(zhì)檢測(cè)、食品加工等部門的現(xiàn)場(chǎng)或是在線的測(cè)定。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]有鑒于此，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種便攜式紅外分光光度計(jì)，以解決現(xiàn)有對(duì)農(nóng)作物中直鏈淀粉的含量進(jìn)行測(cè)定的檢測(cè)裝置，所存在的待測(cè)溶液的測(cè)定速度較慢，測(cè)量的準(zhǔn)確性較差，且便攜性較差的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種便攜式紅外分光光度計(jì)，包括:
[0009]發(fā)射紅外光的紅外激光光源；
[0010]與所述紅外激光光源相連，獲取所述紅外激光光源發(fā)射的紅外光，將所述紅外光射入待測(cè)溶液，并獲取所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)，輸出所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)的光纖探頭取樣器；
[0011 ] 與所述光纖探頭取樣器相連，檢測(cè)所述光纖探頭取樣器所輸出的光信號(hào)，將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電檢測(cè)裝置；
[0012]與所述光電檢測(cè)裝置相連，將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；
[0013]與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置相連，根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)計(jì)算所述待測(cè)溶液中設(shè)定成分的含量的核心微控制器。
[0014]其中，所述光纖探頭取樣器包括:
[0015]連接所述紅外激光光源，接收所述紅外光的第一接頭；
[0016]與所述第一接頭相連，傳輸所述紅外光的照明光纖；
[0017]連接所述光電檢測(cè)裝置，將所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)傳輸至所述光電檢測(cè)裝置的弟~■接頭；
[0018]與所述第二接頭相連，將所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)傳輸至所述第二接頭的讀取光纖;
[0019]與所述照明光纖和所述讀取光纖相接的連接頭；
[0020]與所述連接頭相連，由所述照明光纖和所述讀取光纖合并成的合并光纖；
[0021]與所述合并光纖相接，將所述照明光纖所傳輸?shù)募t外光射入待測(cè)溶液，獲取待測(cè)溶液透射的光，將待測(cè)溶液透射的光聚焦于所述讀取光纖，以便所述讀取光纖將所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)傳輸至所述第二接頭的探頭帽。
[0022]其中，所述第一接頭為SMA905接頭，所述第二接頭為SMA905接頭。
[0023]其中，所述光纖探頭取樣器為T300-RT類型的浸入式透射探頭，或T200-RT類型的浸入式透射探頭。
[0024]其中，所述探頭帽的光程為10毫米。
[0025]其中，所述光電檢測(cè)裝置包括:
[0026]與所述第二接頭相接，檢測(cè)所述讀取光纖輸出的光信號(hào)，并將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電探測(cè)電路；
[0027]與所述光電探測(cè)電路相連，對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行放大處理的光電檢測(cè)電路。
[0028]其中，所述光電檢測(cè)電路包括:
[0029]非線性放大電路，所述非線性放大電路包括采用溫度補(bǔ)償?shù)膶?duì)數(shù)放大器。
[0030]其中，所述對(duì)數(shù)放大器為對(duì)數(shù)放大器AD8304。
[0031]其中，所述便攜式紅外分光光度計(jì)還包括:
[0032]設(shè)置于所述光纖探頭取樣器和所述紅外激光光源之間，對(duì)所述紅外激光光源發(fā)射的紅外光進(jìn)行聚焦，并將聚焦的紅外光傳輸入所述光纖探頭取樣器的第一凸透鏡；
[0033]設(shè)置于所述光纖探頭取樣器和所述光電檢測(cè)裝置之間，對(duì)所述光纖探頭取樣器輸出的所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)進(jìn)行聚焦，并將聚焦的光信號(hào)傳輸入所述光電檢測(cè)裝置的第二凸透鏡。
[0034]其中，所述便攜式紅外分光光度計(jì)還包括:
[0035]分別與所述控制器和所述紅外激光光源相連，在所述控制器的控制下，驅(qū)動(dòng)所述紅外激光光源發(fā)射紅外光的驅(qū)動(dòng)電路。
[0036]基于上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)，由光纖探頭取樣器獲取紅外激光光源發(fā)射的紅外光，并將獲取的紅外光射入待測(cè)溶液，將獲取的待測(cè)溶液透射的光信號(hào)傳輸至光電檢測(cè)裝置，通過光電檢測(cè)裝置將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后由核心微控制器根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)計(jì)算所述待測(cè)溶液中設(shè)定成分的含量，該設(shè)定成分可以為直鏈淀粉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)待測(cè)溶液中直鏈淀粉含量的測(cè)定。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)采用光纖探頭取樣器代替比色皿，簡(jiǎn)化了檢測(cè)流程，無需進(jìn)樣等待過程，加快了待測(cè)溶液中直鏈淀粉的含量的測(cè)定速度，同時(shí)也不存在氣泡對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性；同時(shí)由微核心微控制器實(shí)現(xiàn)待測(cè)溶液中設(shè)定成分的含量的計(jì)算，相比現(xiàn)有檢測(cè)裝置，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更便于攜帶。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0038]圖1為現(xiàn)有檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光纖探頭取樣器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光電檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的AD8304的輸入電流與輸出電壓的關(guān)系示意圖；
[0044]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)的又一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的控制器的連接示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0046]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0047]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖，參照?qǐng)D2，該便攜式紅外分光光度計(jì)可以包括:紅外激光光源20，光纖探頭取樣器21，光電檢測(cè)裝置22，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置23和核心微控制器24 ;圖中虛線箭頭表示光線。
[0048]其中，紅外激光光源20與光纖探頭取樣器21相連接，紅外激光光源20發(fā)射的紅外光可傳輸入光纖探頭取樣器21 ;光纖探頭取樣器21與光電檢測(cè)裝置22相連接，光纖探頭取樣器21將所述紅外光射入待測(cè)溶液，獲取所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)后，可將待測(cè)溶液透射的光信號(hào)傳輸入光電檢測(cè)裝置22 ;光電檢測(cè)裝置22與模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置23相連接，光電檢測(cè)裝置22在檢測(cè)到光纖探頭取樣器21輸出的光信號(hào)后，可將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將電信號(hào)輸送至模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置23 ;模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置23與核心微控制器24相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置23將光電檢測(cè)裝置22傳輸?shù)碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將所述數(shù)字信號(hào)傳輸至核心微控制器24，核心微控制器24可根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)計(jì)算所述待測(cè)溶液中設(shè)定成分的含量。
[0049]可選的，該設(shè)定成分可以為直鏈淀粉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)待測(cè)溶液中直鏈淀粉含量的測(cè)定。
[0050]可選的，光纖探頭取樣器21的末端可設(shè)置探頭帽，以通過探頭帽將所述紅外光射入待測(cè)溶液，獲取所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)。
[0051]本實(shí)用新型實(shí)施例實(shí)現(xiàn)待測(cè)溶液中直鏈淀粉的含量測(cè)定的過程可以為:
[0052]紅外激光光源20發(fā)射紅外光；可選的，該紅外光可以為可見近紅外光，紅外光的波長(zhǎng)可以為635 (納米)nm。
[0053]與紅外激光光源20相連的光纖探頭取樣器21，獲取紅外激光光源20發(fā)射的紅外光，將獲取的紅外光射入待測(cè)溶液，獲取所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)，并輸出所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)；
[0054]與光纖探頭取樣器21相連的光電檢測(cè)裝置22，檢測(cè)光纖探頭取樣器21所輸出的光信號(hào)，將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0055]與光電檢測(cè)裝置22相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置23，將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0056]與模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置23相連的核心微控制器，根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)計(jì)算所述待測(cè)溶液中設(shè)定成分的含量。
[0057]可選的，光電檢測(cè)裝置22所轉(zhuǎn)換的電信號(hào)可經(jīng)過光電檢測(cè)裝置22的放大處理后再傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置23。
[0058]可選的，本實(shí)用新型實(shí)施例可采用比色法進(jìn)行待測(cè)溶液中直鏈淀粉的含量的測(cè)定；比色法(colorimetry)是通過比較或測(cè)量有色物質(zhì)溶液顏色深度來確定待測(cè)組分含量的方法。碘比色法是最經(jīng)典的直鏈淀粉測(cè)定方法，其原理是，淀粉與碘形成碘-淀粉復(fù)合物，并具有特殊的顏色反應(yīng)。直鏈淀粉與碘生成深藍(lán)色復(fù)合物，支鏈淀粉與碘生成紅棕色復(fù)合物。淀粉隨著兩種組分含量的不同而呈現(xiàn)不同程度的藍(lán)紫色，用比色法可通過比較待測(cè)物與已知直鏈淀粉含量的標(biāo)樣的顏色，即可測(cè)出樣品中直鏈淀粉的含量。
[0059]核心微控制器在獲取所述數(shù)字信號(hào)后，可根據(jù)朗伯-比爾定律計(jì)算待測(cè)溶液中直鏈淀粉的含量；朗伯-比爾定律是指，溶液對(duì)光的吸收程度與溶液濃度、液層厚度及入射光波長(zhǎng)等因素有關(guān)。若入射光的波長(zhǎng)保持不變，則溶液對(duì)光的吸收程度只與溶液濃度和液層厚度有關(guān)。朗伯-比爾定律方程如下:
[0060]Kbc
[0061]式中A稱為吸光度，b為液層厚度，c為吸光物質(zhì)的濃度，K是與吸光物質(zhì)的性質(zhì)入射光波長(zhǎng)及溫度等因素有關(guān)的常數(shù)，10為入射光強(qiáng)，It為透射光強(qiáng)。該關(guān)系式表明，在當(dāng)一束平行單色光垂直照射均勻、非散射的溶液的前提下，A與C、b成正比；
[0062]光電檢測(cè)裝置所輸出的電信號(hào)(可選為電壓信號(hào))，反映了待測(cè)溶液的吸光度信息，根據(jù)朗伯-比爾定律，若入射光的波長(zhǎng)保持不變，且液層厚度一致，則溶液對(duì)光的吸收程度只與溶液濃度有關(guān)，因此吸光度與溶液濃度成比例，核心微控制器可根據(jù)光電檢測(cè)裝置輸出的電信號(hào)(吸光度)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行待測(cè)溶液中直鏈淀粉的濃度換算，從而對(duì)待測(cè)溶液中直鏈淀粉的含量進(jìn)行檢測(cè)。
[0063]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)，由光纖探頭取樣器獲取紅外激光光源發(fā)射的紅外光，并將獲取的紅外光射入待測(cè)溶液，將獲取的待測(cè)溶液透射的光信號(hào)傳輸至光電檢測(cè)裝置，通過光電檢測(cè)裝置將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后由核心微控制器根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)計(jì)算所述待測(cè)溶液中設(shè)定成分的含量，該設(shè)定成分可以為直鏈淀粉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)待測(cè)溶液中直鏈淀粉含量的測(cè)定。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)采用光纖探頭取樣器代替比色皿，簡(jiǎn)化了檢測(cè)流程，無需進(jìn)樣等待過程，加快了待測(cè)溶液中直鏈淀粉的含量的測(cè)定速度，同時(shí)也不存在氣泡對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性；同時(shí)由核心微控制器實(shí)現(xiàn)待測(cè)溶液中設(shè)定成分的含量的計(jì)算，相比現(xiàn)有檢測(cè)裝置，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更易便于攜帶。
[0064]圖3示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光纖探頭取樣器的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2和圖3，光纖探頭取樣器可以包括:第一接頭211，照明光纖212，探頭帽213，讀取光纖214，第二接頭215，連接頭216和合并光纖217 ；
[0065]其中，第一接頭211與紅外激光光源20相接，可接收紅外激光光源20發(fā)射的紅外光;
[0066]第二接頭215與光電檢測(cè)裝置22相接，可將所獲取的待測(cè)溶液透射的光傳輸至光電檢測(cè)裝置22 ；
[0067]照明光纖212和讀取光纖214為光纖探頭取樣器中的兩條光纖，照明光纖212與第一接頭211相接，可傳輸?shù)谝唤宇^211獲取的紅外光；讀取光纖214與第二接頭215相接，可將所獲取的待測(cè)溶液透射的光通過第二接頭215傳輸至光電檢測(cè)裝置22 ；
[0068]連接頭216與照明光纖212和讀取光纖214相連，可將照明光纖212和讀取光纖214并為一根合并光纖217，合并光纖217與探頭帽213相接；合并光纖217可將照明光纖212所傳輸?shù)募t外光傳輸至探頭帽213，將探頭帽213所獲取的待測(cè)溶液透射的光傳輸至讀取光纖214 ；
[0069]探頭帽213與合并光纖217相接，可通過合并光纖217，獲取照明光纖212所傳輸?shù)募t外光，將該紅外光射入待測(cè)溶液，并獲取待測(cè)溶液透射的光，將待測(cè)溶液透射的光通過合并光纖217聚焦于讀取光纖214上，以使得讀取光纖214將所聚焦的待測(cè)溶液透射的光傳輸至第二接頭215，通過第二接頭215將所獲取的待測(cè)溶液透射的光傳輸至光電檢測(cè)裝置22。
[0070]對(duì)應(yīng)的，圖4示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)的另一結(jié)構(gòu)示意圖，該便攜式紅外分光光度計(jì)應(yīng)用有圖3所示光纖探頭取樣器，參照?qǐng)D4，光纖探頭取樣器可通過第一接頭211與紅外激光光源20相連，通過第二接頭215與光電檢測(cè)裝置22相連。
[0071]本實(shí)用新型實(shí)施例可采用光纖探頭取樣器替代傳統(tǒng)儀器所用的比色皿，重新進(jìn)行光路設(shè)計(jì)。光纖探頭取樣器可以為T300-RT-VIS-NIR類型的浸入式透射探頭，也可以為T200-RT類型的浸入式透射探頭,浸入式透射探頭的光程長(zhǎng)可以為2mm, 4mm, 5mm或1mm,可根據(jù)樣品的光密度和和溶液進(jìn)行相應(yīng)配置，本實(shí)用新型實(shí)施例優(yōu)選采用1mm(毫米)光程，如采用光程為10毫米的探頭帽。
[0072]浸入式透射探頭可以跟光譜儀和光源結(jié)合，用來測(cè)量吸光度以及溶液的透過率；浸入式透射探頭包含兩個(gè)直徑為300-μπι抗紫外曝光光纖，即照明光纖和讀取光纖，照明光纖和讀取光纖套入到一個(gè)不銹鋼金屬環(huán)內(nèi)；探頭的每側(cè)都有裝配了一個(gè)SMA905接頭，一側(cè)用來連接光源，另一側(cè)連接光譜儀的光電檢測(cè)裝置，即第一接頭和第二接頭均可以為SMA905接頭，第一接頭連接光源，第二接頭連接光電檢測(cè)裝置。其工作原理是，浸入式透射探頭里，光通過光纖經(jīng)過一個(gè)平凸鏡和一個(gè)樣品池傳送到一個(gè)扁平的雙面鏡。光被反射并由透鏡聚焦在讀取光纖上。透過率探頭的優(yōu)點(diǎn)是它緊湊的光學(xué)設(shè)計(jì)，使它可以容納在一個(gè)外徑為1.4"不銹鋼體或金屬環(huán)內(nèi)。交替使用這些探頭，可以測(cè)量來自樣品的透過光與背散光以及產(chǎn)生限制測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍的內(nèi)部反射光。
[0073]圖5示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光電檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，參照?qǐng)D5，光電檢測(cè)裝置可以包括:光電探測(cè)電路221和光電檢測(cè)電路222 ；
[0074]其中，光電探測(cè)電路221與第二接頭215相接，可檢測(cè)讀取光纖214輸出的光信號(hào)，并將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0075]光電檢測(cè)電路222與光電探測(cè)電路221相連，可對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行放大處理。
[0076]可選的，光電探測(cè)電路221可以采用線性度好的硅光電池，硅光電池不需要電源，比較適合接收可見光，短路電流隨光照強(qiáng)度線性增大，光電轉(zhuǎn)換效率高，照度特性的線性度好，響應(yīng)時(shí)間較快，約為10_3?10_6秒。優(yōu)選的，本實(shí)用新型實(shí)施例的硅光電池型號(hào)為2CR1133-01，這一款硅光電池對(duì)635nm的入射光相對(duì)響應(yīng)度最大，大于90%。
[0077]由于光電池輸出的是微小的電流信號(hào)，光電檢測(cè)電路可采用具有溫度補(bǔ)償?shù)膶?duì)數(shù)放大器AD8304構(gòu)成的非線性放大電路，完成電流到電壓的對(duì)數(shù)比轉(zhuǎn)換，對(duì)數(shù)放大器AD8304具有優(yōu)良的直流精度和非常寬的動(dòng)態(tài)范圍(10pA-1OmA)，適用于高精度的光功率測(cè)量，信號(hào)的非線性壓縮等場(chǎng)合。對(duì)應(yīng)的，光電檢測(cè)電路222可包括非線性放大電路，所述非線性放大電路包括采用溫度補(bǔ)償?shù)膶?duì)數(shù)放大器；其中，對(duì)數(shù)放大器可以為對(duì)數(shù)放大器AD8304。
[0078]可選的，AD8304的輸入電流Ipd與輸出電壓VLOG的關(guān)系可如圖6所示。
[0079]可選的，AD8304的輸入電流Ipd與輸出電壓VLOG的關(guān)系可以為:VL0G = K1Ig IpdK1為系數(shù)(式I)
[0080]采用AD8304對(duì)數(shù)放大器構(gòu)成的非線性放大電路，可以有效地減小電壓信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化范圍。因此即便出現(xiàn)輸入端電流信號(hào)由于外界原因產(chǎn)生微小擾動(dòng)Ai，通過該電路后avlog = K1Ig △ i，能有效地抑制這種擾動(dòng)，而不是像線性放大電路擴(kuò)大擾動(dòng)的影響Διι =KAi0由于電壓信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化范圍減小，因此采用位數(shù)較少的AD轉(zhuǎn)換模塊即可實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)精度，與高位數(shù)的AD轉(zhuǎn)換模塊相比能在一定程度上降低儀器成本。
[0081]根據(jù)朗伯-比爾定律以及式(式I)可以推導(dǎo)得出:
J-.
[0082]AcZ = Ig-^ = Ig- = Igi0-1g/
I I
[0083]C*oc (1g/()-1g/)
[0084]4 C oc (Ylogq — Vlog) (式 2)
[0085]式中，c為溶液濃度即樣品直鏈淀粉含量，k為吸光系數(shù)，I為介質(zhì)厚度Jtl為入射光強(qiáng)，I為透射光強(qiáng)I分別為Itl, I經(jīng)過光電檢測(cè)器產(chǎn)生的電流信號(hào)。
[0086]從式(2)可以得出計(jì)算直鏈淀粉含量只需要將電壓信號(hào)做簡(jiǎn)單的減法運(yùn)算等，因此采用AD8304對(duì)數(shù)放大器同時(shí)能減小誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。另外AD8304內(nèi)部有溫度補(bǔ)償模塊，能有效地降低了環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響。
[0087]AD8304的輸出電壓VLOG可經(jīng)過儀表放大器AD623構(gòu)成的第二級(jí)放大電路查分放大后輸出。
[0088]可選的，二級(jí)放大電路部分，本設(shè)計(jì)采用的是AD623集成單電源儀表放大器，AD623是一款性能非常好的儀表放大器，它有以下特點(diǎn):
[0089]1、在單電源3V?12V下提供滿電源幅度輸出，使設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單；
[0090]2、雖為單電源工作方式優(yōu)化設(shè)計(jì)，但在±2.5V?±6V雙電源時(shí)，仍有優(yōu)良性能；
[0091]3、增益通過一只外接電阻可方便地調(diào)節(jié).無外接電阻時(shí)，被設(shè)置為單位增益(G =1)，接人電阻時(shí)，增益可高達(dá)1000 ;AD623的增益G由RG進(jìn)行電阻編程，或更準(zhǔn)確的說，由I腳和8腳之間的阻抗來決定。G可以由以下公式計(jì)算:
τ, ", \{)i)KG~r
[0092]V0 二 I~ Vc
_ Kg _
[0093]4、共模抑制比隨增益的增加而增大，保持最小誤差；
[0094]5、低功耗，寬電源電壓，適合電池供電電路，線性度、溫度穩(wěn)定性、可靠性好；
[0095]6、具有較寬的共模輸入范圍,可以放大具有低于地電平150mv的共模電壓信號(hào)；
[0096]7、高精度直流、交流性能。
[0097]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，AD623可采用+5V單電源供電，外接電阻100K，增益G =2。
[0098]可選的，無論是射入光纖探頭取樣器的紅外光，還是光纖探頭取樣器發(fā)射出的光信號(hào)，本實(shí)用新型實(shí)施例均可通過凸透鏡進(jìn)行聚焦。對(duì)應(yīng)的，圖7示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)的又一結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2和圖7所示，該便攜式紅外分光光度計(jì)還可以包括:第一凸透鏡26和第二凸透鏡27，
[0099]第一凸透鏡26可設(shè)置在光纖探頭取樣器21和紅外激光光源20之間，第一凸透鏡可對(duì)紅外激光光源發(fā)射的紅外光進(jìn)行聚焦，并將聚焦的紅外光傳輸入光纖探頭取樣器。
[0100]第二凸透鏡27可設(shè)置在光纖探頭取樣器21和光電檢測(cè)裝置22之間，第二凸透鏡可對(duì)光纖探頭取樣器輸出的待測(cè)溶液透射的光信號(hào)進(jìn)行聚焦，并將聚焦的光信號(hào)傳輸入光電檢測(cè)裝置。
[0101]可選的，第一凸透鏡與光纖探頭取樣器之間還可設(shè)置濾波片，以對(duì)第一凸透鏡聚焦后將要入射進(jìn)光纖探頭取樣器的紅外光進(jìn)行濾波；同樣的，第二凸透鏡和光纖探頭取樣器之間還可設(shè)置濾波片，以對(duì)將要通過第二凸透鏡聚焦，進(jìn)入光電檢測(cè)裝置的光信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0102]可選的，紅外激光光源20的驅(qū)動(dòng)電路可由核心微控制器24控制；對(duì)應(yīng)的，本實(shí)用新型實(shí)施例可設(shè)置與核心微控制器24和紅外激光光源20相連的驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路可在核心微控制器24的控制下,驅(qū)動(dòng)紅外激光光源20發(fā)射紅外光。
[0103]可選的，核心微控制器可以為采用STM32F103的核心微控制器，STM32F103增強(qiáng)型系列使用高性能的ARM Cortex-M332位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置12位逐次逼近型的ADC。內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM)。該系列最大化地集成了高性能與一流外設(shè)，以及低功耗低電壓的工作特性，在可以接受的價(jià)格范圍內(nèi)提供了簡(jiǎn)單的架構(gòu)和易用的工具，適合于多種應(yīng)用場(chǎng)合，能滿足工業(yè)、醫(yī)療和消費(fèi)類電子市場(chǎng)的各種應(yīng)用需求。STM32F103外接一個(gè)24C02EEPR0M，2Kbit(256字節(jié))用于模型保存，一個(gè)HS0038標(biāo)準(zhǔn)的38K紅外信號(hào)接收頭，用于接收紅外遙控器的信號(hào)，一個(gè)2.8寸TFTIXD液晶顯示屏，支持觸摸功能，分辨率320*240，16位真彩顯示，四個(gè)控制按鍵。其功能包括,光電檢測(cè)電路的數(shù)據(jù)采集，光電檢測(cè)電路輸出信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)定標(biāo)和分析的處理，以及人機(jī)交互操作等。對(duì)應(yīng)的，圖8示出了核心微控制器的連接示意圖，可進(jìn)行參照。
[0104]相對(duì)于現(xiàn)有與計(jì)算機(jī)配套使用的檢測(cè)裝置，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)采用核心微控制器實(shí)現(xiàn)直鏈淀粉的含量的計(jì)算，提供人機(jī)界面以使用戶控制整個(gè)檢測(cè)流程，可增強(qiáng)便攜式紅外分光光度計(jì)的使用靈活性，并降低便攜式紅外分光光度計(jì)的成本。
[0105]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的便攜式紅外分光光度計(jì)簡(jiǎn)化了檢測(cè)流程，無需進(jìn)樣等待過程，加快了待測(cè)溶液的測(cè)定速度，提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)提升了儀器的便攜性。
[0106]對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式紅外分光光度計(jì),其特征在于,包括: 發(fā)射紅外光的紅外激光光源； 與所述紅外激光光源相連，獲取所述紅外激光光源發(fā)射的紅外光，將所述紅外光射入待測(cè)溶液，并獲取所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)，輸出所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)的光纖探頭取樣器； 與所述光纖探頭取樣器相連，檢測(cè)所述光纖探頭取樣器所輸出的光信號(hào)，將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電檢測(cè)裝置； 與所述光電檢測(cè)裝置相連，將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置； 與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置相連，根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)計(jì)算所述待測(cè)溶液中設(shè)定成分的含量的核心微控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式紅外分光光度計(jì)，其特征在于，所述光纖探頭取樣器包括: 連接所述紅外激光光源，接收所述紅外光的第一接頭； 與所述第一接頭相連，傳輸所述紅外光的照明光纖； 連接所述光電檢測(cè)裝置，將所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)傳輸至所述光電檢測(cè)裝置的第~■接頭; 與所述第二接頭相連，將所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)傳輸至所述第二接頭的讀取光纖; 與所述照明光纖和所述讀取光纖相接的連接頭； 與所述連接頭相連，由所述照明光纖和所述讀取光纖合并成的合并光纖； 與所述合并光纖相接，將所述照明光纖所傳輸?shù)募t外光射入待測(cè)溶液，獲取待測(cè)溶液透射的光，將待測(cè)溶液透射的光聚焦于所述讀取光纖，以便所述讀取光纖將所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)傳輸至所述第二接頭的探頭帽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式紅外分光光度計(jì)，其特征在于，所述第一接頭為SMA905接頭，所述第二接頭為SMA905接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式紅外分光光度計(jì)，其特征在于，所述光纖探頭取樣器為T300-RT類型的浸入式透射探頭，或T200-RT類型的浸入式透射探頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)所述的便攜式紅外分光光度計(jì)，其特征在于，所述探頭帽的光程為10毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式紅外分光光度計(jì)，其特征在于，所述光電檢測(cè)裝置包括: 與所述第二接頭相接，檢測(cè)所述讀取光纖輸出的光信號(hào)，并將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電探測(cè)電路； 與所述光電探測(cè)電路相連，對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行放大處理的光電檢測(cè)電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的便攜式紅外分光光度計(jì)，其特征在于，所述光電檢測(cè)電路包括: 非線性放大電路，所述非線性放大電路包括采用溫度補(bǔ)償?shù)膶?duì)數(shù)放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式紅外分光光度計(jì)，其特征在于，所述對(duì)數(shù)放大器為對(duì)數(shù)放大器AD8304。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式紅外分光光度計(jì)，其特征在于，還包括: 設(shè)置于所述光纖探頭取樣器和所述紅外激光光源之間，對(duì)所述紅外激光光源發(fā)射的紅外光進(jìn)行聚焦，并將聚焦的紅外光傳輸入所述光纖探頭取樣器的第一凸透鏡； 設(shè)置于所述光纖探頭取樣器和所述光電檢測(cè)裝置之間，對(duì)所述光纖探頭取樣器輸出的所述待測(cè)溶液透射的光信號(hào)進(jìn)行聚焦，并將聚焦的光信號(hào)傳輸入所述光電檢測(cè)裝置的第二凸透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式紅外分光光度計(jì)，其特征在于，還包括: 分別與所述控制器和所述紅外激光光源相連，在所述控制器的控制下，驅(qū)動(dòng)所述紅外激光光源發(fā)射紅外光的驅(qū)動(dòng)電路。
【文檔編號(hào)】G01N21/3577GK204101451SQ201420578060
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】吳靜珠, 王克棟, 董文菲, 劉倩 申請(qǐng)人:北京工商大學(xué)