CN105527272A - 一种检测油料中消除背景光的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种检测油料中消除背景光的检测装置及方法，包括激发部件、传输元件、入射镜片、光栅、光电转换元件和计算机；激发部件激发样品发射出特征光谱；经过传输元件传输后将特征光谱射出；光栅设于所述传输元件出射端的前方，将特征光谱利用衍射成多个单色光谱；入射镜片设于传输元件的出射端和光栅之间；光电转换元件为多个，接收单色光谱并将其转换为电信号；计算机与光电倍增管连接，记录和分析电信号；入射镜片安装于大角度偏转机构，大角度偏转机构与计算机连接，由计算机控制偏转角度。本发明采用电脑记录并控制偏转角度，快速从油样中检测背景信号，从而可以实现消除背景信号得到准确值的目的；提高了检测效率；而且提高额检测的准确度。

Description

一种检测油料中消除背景光的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及金属元素检测方法及装置技术领域，尤其涉及一种检测油料中消除背景光的检测装置及方法。

背景技术

在原子光谱分析、应用光谱学、计量及检测等领域，经常需要用到对样品的元素及其含量进行分析。传统的光谱分析方法有：光谱分析法主要有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外-可见吸收光谱法、红外光谱法等。

随着科技的不断发展，采用光谱仪对油料进行分析也越来越普及。现有的光谱油料分析的原理，即被分析的油样在激发室的分析间隙中激发，然后油样发射的光通过光学纤维传输，被引到入射狭缝，然后经过入射镜片，光线到达光栅后，被分为各种不同波长的谱线，不同的谱线在聚焦曲面上的出口狭缝分为相应于各个元素的谱线；所述聚焦曲面的后面设置有光电倍增管，以便把光能变为电能。在每次燃烧中将以电流按准确的时间间隔积分(求和)，这就形成了与光电管接受的光量成正比的电压。通过读出电路将此电压转换为数值，所测得的结果与计算机中存储的标准曲线数据对比便可算出元素的浓度，最后整个分析结果在计算机屏幕上显示或用打印机打出。该方法相对于传统分析方法而言：实现了准确无误的从油料中测量分析金属类别，但是还是存在不足：由于测量过程中需要有背景信号的存在使测量的结果具有一定的误差，因此需要消除背景信号，才能得到准确值；而现有的消除方法是采用人工对入射镜片进行调节，这样的调节效率非常低。

发明内容

本发明的目的在于提高检测油样中金属元素最强信号的效率提出一种检测油料中消除背景光的检测装置及方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种快速检测油料中金属类型的检测装置，包括激发部件、传输元件、入射镜片、光栅、光电转换元件和计算机；

所述激发部件为控制电极激发样品发射特征光谱的激发火花光源；

所述传输元件其入射端朝向所述激发部件，其入射端收集所述特征光谱，经过传输后将特征光谱从其出射端射出；

所述光栅设于所述传输元件出射端的前方，将所述特征光谱利用衍射成多个单色光谱；

所述入射镜片设于传输元件的出射端和光栅之间；

所述光电转换元件为多个，成圆弧形分布于单色光谱的射出方向，接收单色光谱并将其转换为电信号；

所述计算机与所述光电转换元件连接，记录和分析电信号；

所述入射镜片安装于大角度偏转机构，所述大角度偏转机构与所述计算机连接，由所述计算机控制偏转角度。

优选的，所述大角度转动机构包括固定于所述镜片安装座偏转杆和作用于偏转杆的推动缸。

优选的，所述推动缸固定于所述底座，为电磁推动缸或者气缸。

优选的，还包括小角度转动机构，所述小角度偏转机构包括镜片安装座、步进电机和底座；

所述步进电机与所述计算机连接，由所述计算机控制工作；

所述镜片安装座可旋转的安装于所述底座，由所述步进电机驱动旋转。

优选的，所述小角度偏转机构还包括蜗轮蜗杆机构，安装于所述底座；所述电机安装于所述底座，通过蜗轮蜗杆机构传动并驱动所述镜片安装座小角度转动。

优选的，所述传输元件为光纤。

优选的，所述光电转换元件为光电倍增管。

优选的，所述光电转换元件与所述光栅的距离相等。

优选的，如上述所述装置的方法包括以下步骤：

1)、采用激发部件激发被分析的油样，产生特征光谱；

2)、将特征光谱通过传输元件透过入射镜片，射向光栅；

3)、光栅将特征光谱衍射成多个单色光谱，并射向光电转换元件；

4)、首先调节入射镜片大角度偏转，使特征光谱偏转出光栅的范围，光电转换元件接收此时的背景光的光谱信息；然后调节入射镜片大角度偏转回来，光电转换元件接收此时背景光和单色光谱相叠加的光谱信息；计算机将入射镜片大角度偏转前后的信息处理，除去背景光的干扰，得到单色光谱的准确值；

5)、重复步骤4)，直到所有单色光谱的准确值都被计算机分析并记录；

步骤4)中，入射镜片通过由计算机控制的大角度偏转机构驱动使其实现大角度偏转。

优选的，步骤5)中，入射镜片通过由计算机控制的小角度偏转机构驱动；调整入射镜片为最佳角度，使目标单色光谱正射于相对应的光电转换元件，使单色光谱达到分析的最强值；光电转换元件接收目标单色光谱并转换为电信号发送给计算机分析并记录；计算机记录不同单色光谱正射最强值的不同角度。

优选的，所述底座包括用于安装电机的电机安装座和用于安装所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮蜗杆安装座；所述电机安装座安装于蜗轮蜗杆安装座的侧面；所述镜片安装座安装于所述蜗轮蜗杆安装座上；所述蜗轮蜗杆安装座的中部设置圆孔；所述镜片安装座通过所述圆孔与所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆连接。

优选的，所述蜗轮蜗杆安装座的内部设有容纳蜗轮蜗杆机构的空间；所述蜗轮蜗杆安装座的两个角设置有缺口；所述缺口的底部保留有座底，所述座底设置有安装圆孔。

优选的，所述传输元件的另一端安装于安装架上；所述安装架由7字型板和安装板构成；所述安装板安装于工作台上；所述7字型板的横板安装所述传输元件，其竖板的底端与所述安装板固定连接。

本发明采用电脑记录并控制偏转角度，代替原先的手工调节，能快速从油样中检测背景信号，从而可以实现消除背景信号得到准确值的目的；提高了检测效率；而且提高额检测的准确度。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例的示意图；

图2是本发明电机驱动入射镜片位置连接关系的结构示意图；

图3是本发明电机与入射镜片位置连接关系的侧视示意图；

图4是本发明电机对入射镜片的位置连接关系的俯视示意图；

图5是图4的分解图。

其中：计算机1，激发部件2，入射镜片3、传输元件4，电机5，光栅6，底座9，光电转换元件8，镜片安装座10，安装架12，座底13，偏转杆14，推动缸15，推动缸安装座16，高压电源21，金属棒正电极22，金属圆盘负电极23，电机安装座91，蜗轮蜗杆安装座92，圆孔101，缺口102，安装圆孔103，通孔104，螺丝通孔105，安装螺丝通孔106，7字型板121，安装板122，161为圆板；162为锥板。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

这里需要说明，附图仅为说明本方案而用的示意图，并未严格按照比例绘制，其中为说明某些技术问题会有相应的尺寸调整，而且在本方案中所使用的“上”、“下”、“前”、“后”等方位描述，除明确说明外，仅为方便方案理解只用，并未构成对本方案的实质限制。

如图1所示，一种快速检测油料中金属类型的检测装置，包括激发部件2、传输元件4、入射镜片3、光栅6、光电转换元件8和计算机1；

所述激发部件1为控制电极激发样品发射特征光谱的激发火花光源；

所述传输元件4其入射端朝向所述激发部件2，其入射端收集所述特征光谱，经过传输后将特征光谱从其出射端射出；

所述光栅6设于所述传输元件4出射端的前方，将所述特征光谱利用衍射成多个单色光谱；

所述入射镜片3设于传输元件4的出射端和光栅6之间；

所述光电转换元件8为多个，成圆弧形分布于单色光谱的射出方向，接收单色光谱并将其转换为电信号；

所述计算机1与所述光电转换元件8连接，记录和分析电信号；

所述入射镜片3安装于大角度偏转机构，所述大角度偏转机构与所述计算机1连接，由所述计算机1控制偏转角度。

在检测和分析油料中的金属类型时，先采用所述激发部件2激发被分析的油样，将激发过程中的特征光谱通过所述传输元件4传输，特征光谱在所述传输元件4在传输下经过所述入射镜片3，入射到所述光栅6上，接着经过所述光栅6的衍射成多个单色光谱，多个单色光谱被所述光电转换元件8接收并将其转换为电信号，最后将各个电信号传输给计算机1，由计算机1进行结果记录、分析和显示。但是由于在检测过程中，有背景光存在，使得检测值不是准确值，需要通过入射镜片3的入射角度，首先调节入射镜片3大角度偏转，使特征光谱偏转出光栅的范围，光电转换元件8接收此时的背景光的光谱信息；然后调节入射镜片3大角度偏转回来，光电转换元件8接收此时背景光和单色光谱相叠加的光谱信息；计算机1将入射镜片3大角度偏转前后的信息处理，除去背景光的干扰，得到单色光谱的准确值；以往人工控制入射镜片3的大偏转角度，效率慢，现在由电脑记录并控制偏转角度，效率大大增加。本发明采用电脑记录并控制偏转角度，代替原先的手工调节，能快速从油样中检测背景信号，从而可以实现消除背景信号得到准确值的目的；提高了检测效率；而且提高额检测的准确度。

优选的，所述大角度转动机构包括固定于所述镜片安装座偏转杆14和作用于偏转杆14的推动缸15。

所述推动缸15作用于所述偏转杆14，使所述入射镜片3旋转，这样的旋转角度较大，使特征光谱偏转出光栅6的范围；光电转换元件接收此时的背景光的光谱信息，入射镜片大角度偏转回来，光电转换元件接收此时背景光和单色光谱相叠加的光谱信息；计算机1将入射镜片3大角度偏转前后的信息处理，除去背景光的干扰，得到单色光谱的准确值；而且大角度偏转和小角度偏转互不影响。

优选的，所述推动缸固定于所述底座，为电磁推动缸或者气缸。

电磁推动杆缸或气缸作为推动缸的结构均较为简单，而且能较快实现大角度的旋转；同时驱动效果好，故障低。

蜗轮蜗杆机构结构简单，成本低；而且传动时故障低，效果好。

优选的，还包括小角度转动机构，所述小角度偏转机构包括镜片安装座10、步进电机5和底座9；

所述步进电机5与所述计算机1连接，由所述计算机1控制工作；

所述镜片安装座10可旋转的安装于所述底座9，由所述步进电机5驱动旋转。

因为步进电机5是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件；而且步进电机5的驱动旋转是小角度旋转；方采用所述计算机1控制所述步进电机5驱动所述入手镜片3实现小角度旋转，结构简单、成本低。通过驱动所述镜片安装座10的旋转带动所述入射镜片3的旋转；这样只需驱动所述镜片安装座10旋转就能带动所述入射镜片3旋转；使得驱动所述入射镜片3旋转较为容易。

优选的，所述小角度偏转机构还包括蜗轮蜗杆机构，安装于所述底座9；所述步进电机5安装于所述底座9，通过蜗轮蜗杆机构传动并驱动所述镜片安装座10小角度转动。

优选的，所述传输元件4为光纤。

光纤传输速度快、传输效果好，不容易发生传输故障。

优选的，所述光电转换元件8为光电倍增管。

接收单色光谱，将其转换为电信号，并放大电信号。光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换元件件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压用来加速电子。光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子。如此电子数不断倍增，阳极最后收集到的电子可增加10-4～10-8倍，这使光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。

优选的，所述光电转换元件与所述光栅的距离相等。

优选的，如上述所述装置的方法，包括以下步骤：

1)、采用激发部件2激发被分析的油样，产生特征光谱；

2)、将特征光谱通过传输元件4透过入射镜片3，射向光栅6；

3)、光栅6将特征光谱衍射成多个单色光谱，并射向光电转换元件8；

4)、首先调节入射镜片3大角度偏转，使特征光谱偏转出光栅的范围，光电转换元件8接收此时的背景光的光谱信息；然后调节入射镜片3大角度偏转回来，光电转换元件8接收此时背景光和单色光谱相叠加的光谱信息；计算机1将入射镜片大角度偏转前后的信息处理，除去背景光的干扰，得到单色光谱的准确值。

5)、重复步骤4)，直到所有单色光谱的准确值都被计算机分析并记录；

步骤4)中，入射镜片通过由计算机1控制的大角度偏转机构驱动使其实现大角度偏转。

此方法简单、同时操作步骤简单，便于操作人员的操作。

优选的，步骤5)中，入射镜片3通过由计算机1控制的小角度偏转机构驱动；调整入射镜片3为最佳角度，使目标单色光谱正射于相对应的光电转换元件8，使单色光谱达到分析的最强值；光电转换元件8接收目标单色光谱并转换为电信号发送给计算机1分析并记录；计算机1记录不同单色光谱正射最强值的不同角度。

此步骤便于操作人员检测单色光谱的最强值。

优选的，所述底座9包括用于安装步进电机的电机安装座91和用于安装所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮蜗杆安装座92；所述电机安装座91安装于蜗轮蜗杆安装座92的侧面；所述镜片安装座10安装于所述蜗轮蜗杆安装座92上；所述蜗轮蜗杆安装座92的中部设置圆孔101；所述镜片安装座10通过所述圆孔101与所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆连接。

采用所述电机安装座91安装所述电机5，方便、快捷；采用所述镜片安装座10安装入射镜片3，方便所述入射镜片3的安装，采用所述蜗轮蜗杆安装座92便于所述蜗轮蜗杆机构的安装；而所述镜片安装座10安装于所述蜗轮蜗杆安装座92上，同时通过所述蜗轮蜗杆安装座92上的所述圆孔101与所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆连接，结构紧凑、简单、占用空间小。

优选的，所述蜗轮蜗杆安装座92的内部设有容纳蜗轮蜗杆机构的空间；所述蜗轮蜗杆安装座92的两个角设置有缺口102；所述缺口102的底部保留有座底13，所述座底13设置有安装圆孔103。

所述蜗轮蜗杆机构安装于所述蜗轮蜗杆安装座92的内部，这样结构紧凑、使得整个结构体积小，占用空间小；而且所述蜗轮蜗杆安装座92的两个角设置有缺口102，而且所述缺口102的底部保留有座底13，所述座底13设置有安装圆孔103；这样的结构方便设置所述安装圆孔103，从而方便通过所述安装圆孔103将所述蜗轮蜗杆安装座92安装于工作台上。

如图2所示，优选的，所述传输元件4的另一端安装于安装架12上；所述安装架12由7字型板121和安装板122构成；所述安装板122安装于工作台上；所述7字型板121的横板安装所述传输元件4，其竖板的底端与所述安装板122固定连接。

利用所述安装架12安装所述传输元件4的另一端，方便固定传输元件4，同时方便光线的传输；由所述7字型板121和所述安装板122构成的所述安装架12，所述安装板122用于将所述安装架12安装于工作台；所述7字型板121便于安装所述传输元件4的另一端；同时对其他零部件不会产生影响。所述安装架12的结构简单、紧凑，方便安装；同时跟其他零部件相互不影响。

如图2所示，进一步优选的，所述7字型板121和所述安装板122为一体结构。

一体结构结构简单、安装快捷方便；节省安装时间，提高效率。

优选的，所述镜片安装座10通过推动缸安装座16安装于所述蜗轮蜗杆安装座92上；所述推动缸安装座16的中部设置有与所述圆孔101相对应的通孔104，所述蜗杆从下至上依次穿过所述圆孔101和所述通孔104与所述镜片安装座10的底部连接；这样镜片安装座在驱动旋转的时候，所述推动缸安装座16也不会旋转，从而不会作用于偏转杆14，避免影响所述入射镜片3的旋转。

进一步优选的，所述推动缸安装座16是由一圆板161和一锥板162构成的一体结构；所述圆板161中部设置有通孔104，通过所述通孔104安装于所述蜗轮蜗杆安装座92上；所述圆板161设置有与螺丝安装孔106相配合的螺丝通孔105；所述锥板162的外端设置有气缸安装孔，所述推动缸15通过气缸安装孔安装于所述锥板162。其采用螺丝将所述螺丝通孔105和所述螺丝安装孔106连接，使所述推动缸安装座16安装固定于所述蜗轮蜗杆安装座92；螺丝安装方便、快捷；而且整个推动缸安装座16的结构简单、成本低。

如图1所示，优选的，所述激发部件2包括高压电源21、金属棒正电极22和金属圆盘负电极22；所述高压电源21由所述计算机1控制；所述金属棒正电极22通过电线与所述高压电源21连接，所述金属圆盘负电极23位于油料中。

利用金属圆盘负电极23和金属棒正电极22间的高压电源21将油样中的各元素原子加以激发，所辐射特征光线经所述光栅6分光照射到与各元素相对应的光电倍增管上，处理后直接显示元素的含量。所述激发部件2结构简单，而且高压电源21由计算机11控制，这样使得激发部件2的激发和入射镜片3的旋转具有同步性，这样确保测量结构的准确性较高。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速检测油料中金属类型的检测装置，包括激发部件、传输元件、入射镜片、光栅、光电转换元件和计算机；

所述激发部件为控制电极激发样品发射特征光谱的激发火花光源；

所述传输元件其入射端朝向所述激发部件，其入射端收集所述特征光谱，经过传输后将特征光谱从其出射端射出；

所述光栅设于所述传输元件出射端的前方，将所述特征光谱利用衍射成多个单色光谱；

所述入射镜片设于传输元件的出射端和光栅之间；

所述光电转换元件为多个，成圆弧形分布于单色光谱的射出方向，接收单色光谱并将其转换为电信号；

所述计算机与所述光电倍增管连接，记录和分析电信号；

其特征在于：所述入射镜片安装于大角度偏转机构，所述大角度偏转机构与所述计算机连接，由所述计算机控制偏转角度。

2.根据权利要求1所述的一种快速检测油料中金属类型的检测装置，其特征在于：所述大角度转动机构包括固定于所述镜片安装座偏转杆和作用于偏转杆的推动缸。

3.根据权利要求2所述的一种快速检测油料中金属类型的检测装置，其特征在于：所述推动缸固定于所述底座，为电磁推动缸或者气缸。

4.根据权利要求2所述的一种快速检测油料中金属类型的检测装置，其特征在于：还包括小角度转动机构，所述小角度偏转机构包括镜片安装座、步进电机和底座；

所述步进电机与所述计算机连接，由所述计算机控制工作；

所述镜片安装座可旋转的安装于所述底座，由所述步进电机驱动旋转。

5.根据权利要求4所述的一种快速检测油料中金属类型的检测装置，其特征在于：所述小角度偏转机构还包括蜗轮蜗杆机构，安装于所述底座；所述电机安装于所述底座，通过蜗轮蜗杆机构传动并驱动所述镜片安装座小角度转动。

6.根据权利要求1所述的一种快速检测油料中金属类型的检测装置，其特征在于：所述传输元件为光纤。

7.根据权利要求1所述的一种快速检测油料中金属类型的检测装置，其特征在于：所述光电转换元件为光电倍增管。

8.根据权利要求1所述的一种快速检测油料中金属类型的检测装置，其特征在于：所述传输元件的另一端安装于安装架上；所述安装架由7字型板和安装板构成；所述安装板安装于工作台上；所述7字型板的横板安装所述传输元件，其竖板的底端与所述安装板固定连接。

9.如权利要求1-8任意一项所述装置的方法，包括以下步骤：

1)、采用激发部件激发被分析的油样，产生特征光谱；

2)、将特征光谱通过传输元件透过入射镜片，射向光栅；

3)、光栅将特征光谱衍射成多个单色光谱，并射向光电转换元件；

4)、首先调节入射镜片大角度偏转，使特征光谱偏转出光栅的范围，光电转换元件接收此时的背景光的光谱信息；然后调节入射镜片大角度偏转回来，光电转换元件接收此时背景光和单色光谱相叠加的光谱信息；计算机将入射镜片大角度偏转前后的信息处理，除去背景光的干扰，得到单色光谱的准确值；

5)、重复步骤4)，直到所有单色光谱的准确值都被计算机分析并记录；

其特征在于：步骤4)中，入射镜片通过由计算机控制的大角度偏转机构驱动使其实现大角度偏转。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤5)中，入射镜片通过由计算机控制的小角度偏转机构驱动；调整入射镜片为最佳角度，使目标单色光谱正射于相对应的光电转换元件，使单色光谱达到分析的最强值；光电转换元件接收目标单色光谱并转换为电信号发送给计算机分析并记录；计算机记录不同单色光谱正射最强值的不同角度。