一種便攜式近紅外光譜檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式近紅外光譜檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近紅外光譜分析技術(shù)(Near InfrarecUNIR)是介于可見光(Vis)和中紅外(MIR)之間的電磁輻射波，美國材料檢測(cè)協(xié)會(huì)(ASTM)將近紅外光譜區(qū)定義為780-2526nm的區(qū)域，是人類在吸收光譜中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)非可見光區(qū)。近紅外光譜區(qū)與有機(jī)分子中含氫基團(tuán)(0H、NH、CH)振動(dòng)的合頻和各級(jí)倍頻的吸收區(qū)一致，通過掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機(jī)分子含氫基團(tuán)的特征信息，而且利用近紅外光譜技術(shù)分析樣品具有方便、快速、高效、準(zhǔn)確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學(xué)試劑，不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)受到越來越多人的青睞。
[0003]由于技術(shù)水平的限制及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格，為保證檢測(cè)質(zhì)量，國內(nèi)外常見的近紅外檢測(cè)設(shè)備受傅里葉變換技術(shù)的時(shí)間、及位移影響較大。同時(shí)近紅外的分光系統(tǒng)需要較大空間，故設(shè)備及產(chǎn)品的體積及重量無法變小，大多呈現(xiàn)體積大、重量大、成本高、應(yīng)用場(chǎng)景局限等缺點(diǎn)。
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，針對(duì)粉末狀樣品(如:奶粉、毒品等)的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，國內(nèi)外陸續(xù)出現(xiàn)了便攜式近紅外檢測(cè)設(shè)備。設(shè)備由:采集窗口、光源、分光系統(tǒng)、檢測(cè)器、操作程序及供電系統(tǒng)組成。其中:采集窗口采用光纖、光源采用鹵鎢燈、分光系統(tǒng)采用光柵或積分球、檢測(cè)器采用CCD、操作系統(tǒng)采用嵌入式LINUX、供電系統(tǒng)采用如鋰電池或移動(dòng)電源等。從客戶的角度來說，近紅外檢測(cè)設(shè)備解決的問題在于在不破壞樣品的情況下進(jìn)行樣品定性及定量的無損檢測(cè)，如奶粉，定性無損檢測(cè)的目的在于知道此樣品的產(chǎn)地及品牌，起到溯源追蹤及樣品真假的作用。定量無損檢測(cè)的目的在于知道此樣品的各種元素含量，如蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸等，但現(xiàn)有技術(shù)中的針對(duì)粉末狀樣品檢測(cè)的便攜式近紅外檢測(cè)設(shè)備仍存在以下問題:1、粉末狀樣品具有特殊性，在光譜采集時(shí)由于光纖探頭接觸面較小，不能采集到具有代表性的樣品信息;2、針對(duì)定性分析及檢測(cè)，目前國內(nèi)外同類型設(shè)備精度較低，造成檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果誤差較大；3、現(xiàn)有技術(shù)中的便攜式近紅外檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)結(jié)果仍不穩(wěn)定，造成結(jié)果無可用性;4、由于近紅外檢測(cè)設(shè)備在使用前必須校準(zhǔn)，校準(zhǔn)的原理在于根據(jù)設(shè)備的不同屬性及精度，對(duì)自然光強(qiáng)進(jìn)行采集，并用校準(zhǔn)模塊采集最大吸收率，以確定積分時(shí)間，但現(xiàn)有便攜式近紅外檢測(cè)設(shè)備由于自然光的因素，造成校準(zhǔn)的不確定性因素靠譜較多，無法準(zhǔn)確獲取檢測(cè)結(jié)果。
[0005]由此可見，能否針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種精度更高、價(jià)格便宜、體積較小、重量較輕、持續(xù)工作時(shí)間更長、用戶體驗(yàn)感更強(qiáng)的新型基于粉末狀樣品的便攜式近紅外檢測(cè)設(shè)備，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一種便攜式近紅外光譜檢測(cè)系統(tǒng)，能夠有效實(shí)現(xiàn)粉末狀樣品的紅外光譜檢測(cè)，進(jìn)行定性和定量分析，操作簡單，測(cè)定快速，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
[0007]為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明包括以下技術(shù)方案:
[0008]—種便攜式近紅外光譜檢測(cè)系統(tǒng)，包括殼體、設(shè)置在殼體上的采集窗口、依次安裝在殼體內(nèi)且與所述采集窗口位于同一直線上的采集窗口、檢測(cè)光源、分光裝置和檢測(cè)器，所述殼體內(nèi)還安裝有轉(zhuǎn)換器和供電裝置，所述檢測(cè)器的輸出端與所述轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，所述供電裝置分別與檢測(cè)光源、檢測(cè)器和轉(zhuǎn)換器連接;還包括樣品池，所述樣品池安裝在所述采集窗口上，所述樣品池包括采樣件和固定座，所述采樣件內(nèi)設(shè)有腔室，且一端設(shè)置有開口，另一端活動(dòng)連接在固定座內(nèi)，所述固定座固定安裝在采集窗口上;所述分光裝置為線性漸變?yōu)V光片。
[0009]進(jìn)一步的，所述采樣件呈圓柱體，所述開口上設(shè)置有活塞;所述殼體上活動(dòng)連接有蓋體，所述蓋體罩設(shè)在所述樣品池外。
[0010]所述檢測(cè)光源照射所述采樣件內(nèi)的樣品經(jīng)慢反射得到光信號(hào)，所述光信號(hào)進(jìn)入線性漸變?yōu)V光片經(jīng)色散得到光束，所述檢測(cè)器接收所述光束經(jīng)轉(zhuǎn)換得到電信號(hào)，并將所述電信號(hào)輸出至轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器將接收的所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光譜數(shù)據(jù)后輸出。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)中的光纖式(直徑5_)采集窗口，由于窗口較小，造成得到的光譜信息為局部信息，未達(dá)到樣品采集的標(biāo)準(zhǔn)化要求，由于固體樣品相對(duì)較硬，表面粗糙。在采集時(shí)光譜信息局限造成得到的光譜中0H、NH、CH化學(xué)基團(tuán)信息量受影響，造成采集的光譜無代表性。同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)中采用光柵或積分球作為分光系統(tǒng)，在采樣及檢測(cè)過程中光源通過樣品體表面并將0H、NH、CH化學(xué)基團(tuán)信息通過漫反射或透射的形式返回到分光系統(tǒng)過程中，由于光柵或積分球原理限制即若被一個(gè)大小接近于或小于波長的物體阻擋，就繞過這個(gè)物體，繼續(xù)進(jìn)行。若通過一個(gè)大小近于或小于波長的孔，則以孔為中心，形成環(huán)形波向前傳播。造成采樣過程中偏向角度約小，波長越長，并且光譜重疊，從而造成干擾較大。
[0012]本發(fā)明樣品池為針對(duì)粉末狀樣品特性而自主設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠與較大采集窗口匹配使用，解決了采用光纖時(shí)信號(hào)微弱，需要積分球?qū)⒍啻温瓷涞墓庑畔⑦M(jìn)行累加的問題。應(yīng)用線性漸變?yōu)V光片，解決了由于光譜對(duì)應(yīng)光譜段存在光譜重疊的影響，造成精度較低的問題。
[0013]所述樣品池采用透明材料制成。
[0014]進(jìn)一步的，所述檢測(cè)器為128線元非制冷銦鎵砷二極管陣列檢測(cè)器，所述轉(zhuǎn)換器為A/D轉(zhuǎn)換器。
[0015]應(yīng)用128線元非制冷銦鎵砷(inGaAs)二極管陣列，不會(huì)發(fā)生由于累計(jì)關(guān)照的原因，造成檢測(cè)器溫度過高從而造成精度較低的影響。并且減少光譜信噪比影響，使得到的原始光譜更加穩(wěn)定、高效。
[0016]進(jìn)一步的，所述光源為雙集成真空鎢燈。雙集成真空鎢燈光源壽命大于1.7萬小時(shí)，解決了光源使用壽命問題。
[0017]進(jìn)一步的，所述的供電裝置為充電電池，所述殼體上安裝有充電插頭。所述充點(diǎn)電池為鋰電池，，持續(xù)待機(jī)及工作時(shí)長8小時(shí)，解決了傳統(tǒng)產(chǎn)品待機(jī)時(shí)間短問題。
[0018]進(jìn)一步的，所述殼體上安裝有電源開關(guān)，所述電源開關(guān)與所述供電裝置連接。
[0019]進(jìn)一步的，所述的線性漸變?yōu)V光片的光譜范圍為900?1700nm。
[0020]傳統(tǒng)設(shè)備波段為700nm-1100nm，譜段有限，出現(xiàn)樣品的光譜信息反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)有限甚至無用的問題，造成模型建立誤差較大或無法建模的問題。通過軟硬件集成，本專利波長范圍900-1700nm，增加了波段，提高了光譜信息反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)。使得模型更加精確。
[0021]進(jìn)一步的，所述便攜式近紅外光譜檢測(cè)系統(tǒng)還包括微型中央控制器、與所述微型中央控制器無線通信連接的客戶端，所述微型中央控制器安裝在殼體內(nèi)，所述微型中央控制器與所述供電裝置、檢測(cè)光源、檢測(cè)器和轉(zhuǎn)換器連接，所述微型中央控制器將所述轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的光譜數(shù)據(jù)傳輸至客戶端，并接收所述客戶端傳輸?shù)目刂菩盘?hào)控制所述檢測(cè)光源、檢測(cè)器和轉(zhuǎn)換器的開啟和關(guān)閉。
[0022]進(jìn)一步的，所述客戶端包括按順序依次選取的校準(zhǔn)模塊、檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊；
[0023]通過選取校準(zhǔn)模塊使客戶端發(fā)送控制信號(hào)至微型中央控制器，所述微型中央控制器接收轉(zhuǎn)換器輸出的校準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)，并將所述校準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)輸出至客戶端，所述數(shù)據(jù)顯示模塊用于顯示校準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)；
[0024]通過選取檢測(cè)模塊使客戶端發(fā)送控制信號(hào)至微型中央控制器，所述微型中央控制器接收轉(zhuǎn)換器輸出的檢測(cè)光譜數(shù)據(jù)，并將所述檢測(cè)光譜數(shù)據(jù)輸出至客戶端，所述數(shù)據(jù)顯示模塊用于顯示檢測(cè)光譜數(shù)據(jù)。
[0025]進(jìn)一步的，所述便攜式近紅外光譜檢測(cè)系統(tǒng)還包括云端數(shù)據(jù)庫，所述云端數(shù)據(jù)庫與所述客戶端無線通信連接，所述云端數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲(chǔ)有待檢測(cè)樣品的化學(xué)計(jì)量學(xué)模型，所述檢測(cè)模塊將所述檢測(cè)光譜數(shù)據(jù)輸出至云端數(shù)據(jù)庫，所述云端數(shù)據(jù)庫將接收到的所述檢測(cè)光譜數(shù)據(jù)與待檢測(cè)樣品的化學(xué)計(jì)量學(xué)模型比對(duì)分析得到待測(cè)樣品的定性數(shù)據(jù)和定量數(shù)據(jù)，并將所述定性數(shù)據(jù)和定量數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)顯示模塊，所述數(shù)據(jù)顯示模塊用于顯示定性數(shù)據(jù)和定量數(shù)據(jù)。
[0026]將化學(xué)計(jì)量學(xué)模型放在云端，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)理念，使得檢測(cè)精度更高，效果更佳，使用更佳方便。由于近紅外快檢技術(shù)的局限及原理因素，造成每臺(tái)設(shè)備間的技術(shù)參數(shù)都有一定誤差(如:如果用A設(shè)備采集光譜數(shù)據(jù)并建立模型，當(dāng)B設(shè)備使用該模型時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定誤差，造成檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確)，為解決這個(gè)問題，本發(fā)明利用自主研究的算法解決了設(shè)備間的誤差問題，實(shí)現(xiàn)一個(gè)模型多臺(tái)設(shè)備使用0誤差的技術(shù)難題。
[0027]化學(xué)計(jì)量學(xué)已經(jīng)成為近紅外