專利名稱：近紅外多元成分計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種紅外光譜分析儀，尤其是一種能在動(dòng)態(tài)情況下測(cè)量多元成分的定量分析儀器。
美國(guó)水分系統(tǒng)公司的QB475型近紅外水份儀，是采用雙光路的光學(xué)系統(tǒng)，一個(gè)波股參考光的體制，形成四光束的測(cè)量，其水分測(cè)定的原理公式為樣品水分 V’m／Vm×VR／VR′………(1)式中Vm－－水的測(cè)量光經(jīng)樣品吸收后信號(hào)電壓峰峰值(伏)VR－－水的參考光經(jīng)樣品反射后信號(hào)電壓峰峰值(伏)Vm’－－水的測(cè)量光直接在探測(cè)器上信號(hào)電壓峰峰值(伏)VR′－－水的參考光直接在探測(cè)器上信號(hào)電壓峰峰值(伏)公式(1)的右端是依靠一個(gè)設(shè)在于前置放大器(下稱前放)與微機(jī)處理系統(tǒng)之間的模擬信號(hào)分析系統(tǒng)(下稱模擬系統(tǒng))來(lái)實(shí)現(xiàn)的；公式(1)的左端是由微機(jī)處理系統(tǒng)來(lái)完成的。這里所說(shuō)的模擬系統(tǒng)是用來(lái)對(duì)來(lái)自前放的模擬信號(hào)進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)換，最后輸出與樣品水分成正比的直流電壓模擬信號(hào)送給微機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理，最終便給出樣品水份值。按照此模式，若進(jìn)行多元(N元)成分分析，就需要有N個(gè)模擬系統(tǒng)來(lái)各行其功能，所以，將會(huì)給整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)增加龐大的機(jī)構(gòu)，既不經(jīng)濟(jì)，使用起來(lái)也不方便。
為了使成分定量分析儀，能夠連續(xù)、快速、準(zhǔn)確、非接觸地進(jìn)行在線檢測(cè)多種物質(zhì)成分的含量，而設(shè)計(jì)該種近紅外多元成分計(jì)。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，是采用了雙光路與雙波段參考光體制，根據(jù)需要，在機(jī)械調(diào)制系統(tǒng)上設(shè)置測(cè)量光和參考光對(duì)應(yīng)濾光孔，取出相應(yīng)的信號(hào)，測(cè)得結(jié)果，消除了由于光源、濾光體、近紅外探測(cè)器等光學(xué)器件性能變化產(chǎn)生的漂移，又能抵制來(lái)自被測(cè)物體的表面狀態(tài)(顆粒小、凹不平、顏色不勻等)因素造成的質(zhì)量影響；另外，去掉了傳統(tǒng)的模系統(tǒng)，使微機(jī)與前放直接連接(參見(jiàn)圖2)，解決了進(jìn)行多元分析需增加模擬系統(tǒng)的數(shù)目，而難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)障礙，使得當(dāng)分析每一元成分的含量時(shí)，只要根據(jù)6個(gè)光束的信號(hào)來(lái)確定，如果是三元的，便采用18個(gè)光束，而不需增加任何硬件結(jié)構(gòu)；調(diào)制盤(pán)上透光孔數(shù)可隨著所測(cè)光數(shù)來(lái)定，孔數(shù)≥3N＋1的最小奇數(shù)。
該種成分計(jì)的測(cè)量，是從光源1發(fā)出直流復(fù)合光，復(fù)合光經(jīng)過(guò)聚光透鏡2后被分成測(cè)量光束(圖3中實(shí)線箭頭所示)與參考光束(圖3中虛線箭頭所示)，當(dāng)它們分別按順序穿過(guò)安裝在高速旋轉(zhuǎn)的調(diào)制盤(pán)18上的濾光片3后，直流復(fù)合光被調(diào)制成6束交變單色脈沖光。
通過(guò)濾光片3后，變成三色光，測(cè)量光束中的三束交變單色脈沖光依次經(jīng)聚光透鏡4→反射鏡5→反射鏡6→聚光透鏡7→被測(cè)物體的表面，這時(shí)入A0波長(zhǎng)的一束測(cè)量光的一部分被A物質(zhì)所吸收，另一部分被漫反射，漫反射光中的一部分順次經(jīng)凹聚光鏡9，再經(jīng)凸聚光透鏡10兩次匯聚反射后，穿過(guò)干擾光截止濾光片11，回到探測(cè)器12上，于是入A0波長(zhǎng)的測(cè)量光的脈沖光信號(hào)被轉(zhuǎn)換脈沖電信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大至一定倍數(shù)后，其峰峰值電壓為VmAo。
兩個(gè)參考光，由于不能被A物質(zhì)吸收，于是全部被漫反射，漫反射光中的一部分經(jīng)過(guò)相同的傳播過(guò)程后，也回到探測(cè)器上，它們的光脈沖信號(hào)同樣被轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大相同倍數(shù)后，它們的峰峰值電壓分別為VRA1和VRA2。
附

圖1是傳統(tǒng)的近紅外分析計(jì)的原理方框圖。
附圖2是本實(shí)用新型的原理方框圖。
附圖3是本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)與機(jī)械調(diào)制系統(tǒng)的示意圖。圖中1是光源，2是聚光透鏡，3是濾光片，4是聚光透鏡，5是反射鏡，6是反射鏡，7是聚光透鏡，8是被測(cè)物體，9是凹聚光鏡，10是凸聚光鏡，11是干擾光截止濾光片，12是探測(cè)器，13是聚光透鏡，14是反射鏡，15是聚光透鏡，16是反射鏡，17是聚光透鏡，18是調(diào)制盤(pán)，19是前置放大器，20是機(jī)械調(diào)制系統(tǒng)。
附圖4是二元分析模擬信號(hào)圖。
a是以可見(jiàn)光完全進(jìn)入?yún)⒖脊饴窌r(shí)刻為起始時(shí)刻的上半周期的光信號(hào)時(shí)序圖21可見(jiàn)光進(jìn)入?yún)⒖脊饴? λy形成 υy峰峰值電壓為Vy′22B的參考光進(jìn)入測(cè)量光路 λRB1″ υRB1″ VRB123A的參考光進(jìn)入?yún)⒖脊饴?λRA1″ υRA1″ V’RA124B的測(cè)量光進(jìn)入測(cè)量光路 λMB0″ υMB0″ VMB0
25A的測(cè)量光進(jìn)入?yún)⒖脊饴?λMAO″ υ′MA0″ V’MA026B的參考光進(jìn)入測(cè)量光路 λRB2″ υRB2″ VRB227A的參考光進(jìn)入?yún)⒖脊饴?λRA2″ υ′RA2″ V’RA2b是以可見(jiàn)光完全進(jìn)入測(cè)量光路時(shí)刻為起始時(shí)刻的下半周期的光信號(hào)時(shí)序圖28可見(jiàn)光進(jìn)入測(cè)量光路 λy 形成υy峰峰值電壓為Vy29B的參考光參考光路 λRB1″ υ′RB1″ V’RB130A的參考光測(cè)量光路 λRA1″ υRA1″ VRA131B的測(cè)量光參考光路 λMB0″ υ′MB0″ V’MB032A的測(cè)量光測(cè)量光路 λMA0″ υMA0″ VMA033B的參考光參考光路 λRB2″ υ′RB2″ V’RB234A的參考光測(cè)量光路 λRA2″ υRA2″ VRA235參考光通道孔36測(cè)量光通道孔c是一個(gè)調(diào)制周期的模擬信號(hào)波形圖37零線基準(zhǔn)實(shí)施例本實(shí)施例由光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械調(diào)制多元系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和8098單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等四大部分組成，以兩元(A、B)成分分析為例，分別測(cè)定A％、B％。
A物質(zhì)的吸收光的濾光片波長(zhǎng)為λMAO；A物質(zhì)的參考光 ″ λRA1；A ″ ″ ″ λRA2；
B物質(zhì)的吸收光 ″ λMB0；B ″ 參考光 ″ λRB1；B ″ ″ ″ λRB2。
可見(jiàn)光的濾光片的波長(zhǎng)為λy。
可見(jiàn)光用來(lái)在被測(cè)定物體的表面上形成一個(gè)可見(jiàn)光光斑，借以模擬上述不可見(jiàn)光光斑的大小與位置。為使以上七種光相間有序地進(jìn)入測(cè)量光路與參考光路，兩光路孔中心應(yīng)在同一直徑上且與旋轉(zhuǎn)中心等距，七個(gè)濾光片在調(diào)制盤(pán)上應(yīng)均布(見(jiàn)圖4中的a、b)它們按順時(shí)針排列，順序?yàn)棣藋、λRA2、λMA0、λRA1、λRB2、λMB0、λRB1。當(dāng)調(diào)制盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，以可見(jiàn)光通過(guò)參考光路時(shí)產(chǎn)生的穩(wěn)定信號(hào)υy為一周的零時(shí)刻點(diǎn)，那么，前放輸出的一個(gè)周期的模擬信號(hào)的14個(gè)脈沖順序(見(jiàn)圖4C)。測(cè)出某被測(cè)定物體中的A，B成分含量A％、B％為A％ V’MA0／VMA0×(VRA1＋VRA2)／(V’RA1＋V’RA2)(2)B％ V’MB0／VMB0×(VRB1＋VRB2)／(V’RB1＋V’RB2)(3)本實(shí)用新型，省去了模擬系統(tǒng)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了，具有通用性，既可用于一元分析，又便于多元成分分析；根除了模擬系統(tǒng)帶來(lái)的抗干擾性差等缺點(diǎn)；響應(yīng)時(shí)間短至毫秒數(shù)量級(jí)，性能和可靠性有很大提高。
權(quán)利要求1.一種近紅外多元成分計(jì)，包括光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械調(diào)制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)及微機(jī)處理系統(tǒng)，其特征是光學(xué)系統(tǒng)采用雙光路與雙參考光測(cè)量。
2.一種如權(quán)利要求1所述的近紅外多元成分計(jì)，其特征是根據(jù)測(cè)量元數(shù)確定在調(diào)制盤(pán)上均布的孔的數(shù)目，孔的數(shù)目≥3N＋1的最小奇數(shù)。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的近紅外多元成分計(jì)，其特征是去掉傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)，使前置放大器直接與微機(jī)連接。
專利摘要一種近紅外多元成分計(jì)，能夠?qū)Χ喾N物質(zhì)成分自動(dòng)進(jìn)行連續(xù)、快速、準(zhǔn)確、非接觸在線檢測(cè)，屬于近紅外光譜分析儀。它由光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械調(diào)制系統(tǒng)和微機(jī)處理系統(tǒng)組成，其特征是微機(jī)直接與前置放大器連接，由微機(jī)進(jìn)行峰峰值采樣與運(yùn)算，響應(yīng)速度與調(diào)制盤(pán)的轉(zhuǎn)數(shù)同步，采用數(shù)字濾波抗干擾技術(shù)及先進(jìn)的雙光路與雙參考光的技術(shù)組合，其測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠，該成分計(jì)可用于食品、醫(yī)藥、紡織、造紙、冶金、建材等方面的動(dòng)態(tài)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N21/35GK2124472SQ92216239
公開(kāi)日1992年12月9日 申請(qǐng)日期1992年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月20日
發(fā)明者謝文燕 申請(qǐng)人:謝文燕