CN101923047A - 近红外在线检测漫反射光谱分析仪 - Google Patents

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李汉琪
刘混海
周峰
杜伟
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Abstract

本发明公开了一种近红外在线检测漫反射光谱分析仪，包括壳体，在壳体内部设有探头、光学分光系统、信号采集系统和光谱处理系统，探头、光学分光系统、信号采集系统和光谱处理系统共同连接有一供电系统，供电系统置于壳体外部，探头用于收集被测物体漫反射后的光线，并将收集后的光线传送给光学分光系统，光学分光系统利用光学分光将光线分光形成单色光，通过所述信号采集系统将光信号采集，并处理形成电信号，再经过AD处理，形成数字信号，光谱处理系统将所述信号采集系统中形成的数字信号进行分析、处理和显示，从而确定检测结果。本发明具有应用领域广、测量精确的优点。

Description

近红外在线检测漫反射光谱分析仪
技术领域：
本发明涉及一种近红外在线检测漫反射光谱分析仪，用于液体、固体和高光散射的液体的分析。
背景技术：
近红外光(Near Infrared，NIR)是介于可见光(VIS)和中红外光(MIR)之间的电磁波，即：波长在780～2500nm范围内的电磁波。习惯上又将近红外区划分为近红外短波和近红外长光谱区；1900年前后，近红外光(NIR)光谱仪器使用玻璃棱镜和胶片记录器，其光谱范围局限于700nm-1600nm.由于物质在该谱区的倍频和合频吸收信号弱，谱带重叠，解析复杂，受当时的技术水平限制，近红外光谱“沉睡”了近一个半世纪，直到20世纪50年代，才开始将近红外光谱技术，应用在农副产品分析中，50年代的商品近红外光(NIR)光谱仪使用硫化铅光敏电阻作检测器，其波长范围可至3000nm，用于定量分析，但由于近红外光(NIR)消光系数低和谱带宽而解析困难，该技术并没有获得广泛应用，60年代，开始使用漫反射技术对麦子水分、蛋白和脂肪含量进行研究，发现近红外光(NIR)光谱用于常规分析的实用价值。随着计算机发展和化学计量学的诞生，近红外光(NIR)和化学计量学结合产生了现代近红外光(NIR)光谱学。近红外光(NIR)最先应用于农业领域。到60年代中后期，随着各种新的分析技术的出现，加之经典近红外光谱分析技术暴露出的灵敏度低、抗干扰性差的弱点，使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用，从此，近红外光谱进入了一个沉默的时期。80年代后期， 随着计算机技术的迅速发展，带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使人们重新认识了近红外光谱的价值，近红外光谱在各领域中的应用研究陆续展开。进入90年代，近红外光谱在工业领域中的应用全面展开，有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长，成为发展最快、最引人注目的一门独立的分析技术。由于近红外光在常规光纤中具有良好的传输特性，使近红外光谱在在线分析领域也得到了很好的应用，并取得良好的社会效益和经济效益，从此近红外光谱技术进入一个快速发展的新时期，现代近红外光谱(NIR)分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。
发明内容：
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种应用领域广、测量精确的近红外在线检测漫反射光谱分析仪。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种近红外在线检测漫反射光谱分析仪，包括壳体，在壳体内部设有探头、光学分光系统、信号采集系统和光谱处理系统，探头、光学分光系统、信号采集系统和光谱处理系统共同连接有一供电系统，供电系统置于壳体外部，探头用于收集被测物体漫反射后的光线，并将收集后的光线传送给光学分光系统，光学分光系统利用光学分光将光线分光形成单色光，通过信号采集系统将光信号采集，并处理形成电信号，再经过AD处理，形成数字信号，光谱处理系统将所述信号采集系统中形成的数字信号进行分析、处理和显示，从而确定检测结果。
本发明的进一步改进在于：所述探头包括探镜和光纤，探镜用来扩大采光面积，使更多的光线进入分光系统，光纤用来传输光信号。
本发明的进一步改进在于：所述光学分光系统主要采用光栅单色仪，光栅单色仪是通过旋转光栅的角度，从而产生不同波长的进红外光信号。
本发明的进一步改进在于：所述信号采集系统包括接收单元、信号放大系统和AD采集单元，所述接收单元将接收到的光信号转换成微弱电信号传送到信号放大系统，所述信号放大系统将接收单元发送来的微弱电信号放大到能够采集的信号，所述AD采集单元用于将计算机不能识别的电信号即模拟信号转换成计算机可识别的数字信号。
本发明的进一步改进在于：所述光谱处理系统包括处理器和数学模型，所述处理器将采集的光谱信号进行预处理，减小光谱中的噪声信号，提高光谱信噪比，所述数学模型针对某一物质通过大量的前期试验得到的模型，将预处理的光谱信号经过该模型计算后，可以得到特定物质的含量。
本发明的进一步改进在于：所述光源照射到被测物体上，近红外波段光线与被测物体相互作用后，产生漫反射光线，经探头中的探镜收集并通过探头中的光纤传送，由所述光学分光系统分光后形成单色光，通过所述信号采集系统采集，并由所述光谱处理系统中的处理器进行光谱处理的定性和定量分析，从而确定被测物体中的物质含量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：应用领域广、测量精确，可用于多种行业的测量。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
本发明示出了一种近红外在线检测漫反射光谱分析仪的实施方式，包括壳体，在壳体内部设有探头、光学分光系统、信号采集系统和光谱处理系统，探头、光学分光系统、信号采集系统和光谱处理系统共同连接有一供电系统，供电系统置于壳体外部，探头用于收集被测物体漫反射后的光线，并将收集后的光线传送给光学分光系统，光学分光系统利用光学分光将光线分光形成单色光，通过所述信号采集系统将光信号采集，并处理形成电信号，再经过AD处理，形成数字信号，光谱处理系统将所述信号采集系统中形成的数字信号进行分析、处理和显示，从而确定检测结果，探头包括探镜和光纤，探镜用来扩大采光面积，使更多的光线进入分光系统，光纤用来传输光信号，光学分光系统主要采用光栅单色仪，通过旋转光栅的角度，从而产生不同波长的进红外光信号，信号采集系统包括接收单元、信号放大系统和AD采集单元，接收单元将接收到的光信号转换成微弱电信号传送到信号放大系统，信号放大系统将接收单元发送来的微弱电信号放大到能够采集的信号，并将计算机不能识别的电信号即模拟信号传送到AD采集单元转换成计算机可识别的数字信号，光谱处理系统包括处理器和数学模型，所述处理器将采集的光谱信号进行预处理，减小光谱中的噪声信号，提高光谱信噪比，所述数学模型针对某一物质通过大量的前期试验得到的模型，将预处理的光谱信号经过该模型计算后，可以得到特定物质的含量，通过光源照射到被测物体上，近红外波段光线与被测物体相互作用后，产生漫反射光线，经探头中的探镜收集并通过探头中的光纤传送，由所述光学分光系统分光后形成单色光，通过所述信号采集系统采集，并由所述光谱处理系统中的处理器进行光谱处理的定性和定量分析，从而确定被测物体中的物质含量，且近红外在线检测漫反射光谱分析仪的应用测量范围广，可用于石油及石油化工、基本有机化工、 精细化工、冶金、生命科学、制药、医学临床、农业、食品、饮料、烟草、纺织、造纸、化妆品、质量监督、环境保护、高校及科研院所等，在石化领域可测定油品的辛烷值、族组成、十六烷值、闪点、冰点、凝固点、馏程、MTBE含量等，在农业领域可以测定谷物的蛋白质、糖、脂肪、纤维、水分含量等，在医药领域可以测定药品中有效成分，组成和含量，亦可进行样品的种类鉴别，如酒类和香水的真假辨别，环保废弃物的分检等，在使用时，将被测物体放置在传送带上进行自动传输，到达工作区域后，光源将近红外波段的光线投射到被测物体上，在被测物体表面产生漫反射，透镜将漫反射光线收集并通过光纤传输到仪器中，经过光栅分光后，由光电探测器接收，最后交由计算机进行测量分析。这种近红外在线检测漫反射光谱分析仪的分析检测结果较为精确，且对被测物体无损害，无须进行预处理，这样测量时较为简便。

Claims (6)

1.一种近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于：所述光谱分析仪包括壳体，所述壳体内部设有探头、光学分光系统、信号采集系统和光谱处理系统，所述探头、光学分光系统、信号采集系统和光谱处理系统共同连接有一供电系统，供电系统置于壳体外部，所述探头用于收集被测物体漫反射后的光线，并将收集后的光线传送给光学分光系统，所述光学分光系统利用光学分光将光线分光形成单色光，通过所述信号采集系统将光信号采集，并处理形成电信号，再经过AD处理，形成数字信号，所述光谱处理系统将所述信号采集系统中形成的数字信号进行分析、处理和显示，从而确定检测结果。
2.根据权利要求1所述近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于：所述探头包括探镜和光纤，探镜用来扩大采光面积，使更多的光线进入分光系统，光纤用来传输光信号。
3.根据权利要求1所述近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于：所述光学分光系统主要采用光栅单色仪，光栅单色仪是通过旋转光栅的角度，从而产生不同波长的进红外光信号。
4.根据权利要求1所述近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于：所述信号采集系统包括接收单元、信号放大系统和AD采集单元，所述接收单元将接收到的光信号转换成微弱电信号传送到信号放大系统，所述信号放大系统将接收单元发送来的微弱电信号放大到能够采集的信号，所述AD采集单元用于将计算机不能识别的电信号即模拟信号转换成计算机可识别的数字信号。
5.根据权利要求1所述近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于：所述光谱处理系统包括处理器和数学模型，所述处理器将采集的光谱信号进行预处理，减小光谱中的噪声信号，提高光谱信噪比，所述数学模型针对某一物质通过大量的前期试验得到的模型，将预处理的光谱信号经过该模型计算后，可以得到特定物质的含量。
6.根据权利要求1所述近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于：所述光源照射到被测物体上，近红外波段光线与被测物体相互作用后，产生漫反射光线，经探头中的探镜收集并通过探头中的光纤传送，由所述光学分光系统分光后形成单色光，通过所述信号采集系统采集，并由所述光谱处理系统中的处理器进行光谱处理的定性和定量分析，从而确定被测物体中的物质含量。
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