CN106018330A - 一种口袋式近红外光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种口袋式近红外光谱仪，涉及光电半导体技术及微机电技术领域。它包括基座、光谱传感器、光源、正置曲面反射镜、倒置曲面反射镜和校准盖。光谱传感器用于接收近红外光，生成光谱数据。光源对称排列在光谱传感器的四周，光源用于发射近红外光，照射待测物体。正置曲面反射镜和倒置曲面反射镜将光源和光谱传感器封装在一起，并一起安装于基座上；倒置曲面反射镜的顶部开有样品光谱采集窗口，正置曲面反射镜和倒置曲面反射镜均用于聚光。本发明提供一种采用微机电技术，以静电感应原理制作的微型法伯腔，可以实现对近红外光的分光，和光电探测器集成后，制作微型的口袋式近红外光谱仪，具有很广泛的实际应用。
Description
技术领域
本发明的涉及光电半导体技术及微机电技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种口袋式近红外光谱仪，可以对物体进行扫描，分析其所包含的化学成份信息，以及部分物理形态信息。
背景技术
随着光电半导体技术及微机电技术的迅猛发展，以往的大尺寸光电仪器有了小型化和微型化的可能。微机电技术制作的微型传感器可以将光电探测器和光学元件集成在一起，与之相关的光电仪器可以应用在工业、农业的在线监控，以及做成小型化和微型化的光电仪器，不仅方便携带，而且具有很大的成本优势，是目前光电仪器行业发展的一个趋势。
近红外光谱技术是近些年迅速发展的一种快速检测技术，结合化学计量学方法分析近红外光谱，可以对物体的主要成份进行定性和定量的分析。传统的近红外光谱仪一般是在实验室使用，体积比较大，由复杂的分光系统、光源系统、光敏半导体以及样品室等构成，成本非常昂贵。
对于近红外光谱分析仪器，一般采用的样品扫描方法有透射式、漫反射式和漫透射式等，而最方便用户使用的即是漫反射式样品扫描方法。这种方法的特点是设备的光源和光敏器件位于同一侧，产品体积小，集成度高。但是光源和光敏器件位于同一侧的时候，光敏器件的感光性能会受到比较大的影响，无法收集到足够的样品光谱。尤其对于采用微型法伯腔的光谱仪器，样品反射的近红外光的入射角度对光谱强度的影响很大，更加影响仪器的性能。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的缺陷，提供一种采用微机电技术，以静电感应原理制作的微型法伯腔，可以实现对近红外光的分光，和光电探测器集成后，制作微型的口袋式近红外光谱仪，具有很广泛的实际应用。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：一种口袋式近红外光谱仪，它包括基座、光谱传感器、光源、正置曲面反射镜、倒置曲面反射镜和校准盖。所述光谱传感器用于接收近红外光，生成光谱数据。所述光源对称排列在光谱传感器的四周，所述光源用于发射近红外光，照射待测物体。所述正置曲面反射镜和倒置曲面反射镜将光源和光谱传感器封装在一起，并一起安装于基座上；所述倒置曲面反射镜的顶部开有样品光谱采集窗口，所述正置曲面反射镜和倒置曲面反射镜均用于聚光。所述校准盖用于对光谱仪进行校准。
为了增加聚光效果，作为优选，一种口袋式近红外光谱仪，它还包括聚光透镜或菲涅尔透镜，所述聚光透镜或菲涅尔透镜设置在倒置曲面反射镜的样品光谱采集窗口处。
为了达到均匀反射，作为优选，所述正置曲面反射镜和倒置曲面反射镜的反光涂层均为漫反射涂层。
作为优选，所述校准盖的涂层采用漫反射涂层。
作为优选，所述光源为多个卤素灯泡。
作为优选，所述聚光透镜或菲涅尔透镜的材料为光学玻璃。
作为优选，所述漫反射涂层的材料采用BaSO4或MgO或PTFE。
作为优选，所述多个卤素灯泡为1个或2个或3个或4个卤素灯泡。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：本发明提供一种采用微机电技术，以静电感应原理制作的微型法伯腔，可以实现对近红外光的分光，和光电探测器集成后，制作微型的口袋式近红外光谱仪，具有很广泛的实际应用。本发明采用优化的聚光系统设计实现了很好的光谱采集效，本发明相关的产品可以应用在工业、农业的在线监控，以及做成小型化和微型化的光电仪器，不仅方便携带，而且具有很大的成本优势，是目前光电仪器行业发展的一个趋势。
附图说明
图1为本发明实施例1一种口袋式近红外光谱仪的实施方式示意图；
图2为本发明实施例2一种口袋式近红外光谱仪的实施方式示意图；
图3为本发明实施例3一种口袋式近红外光谱仪的实施方式示意图；
图4为本发明实施例中4个光源和光谱传感器的同侧排列方式示意图；
图5为本发明实施例中3个光源和光谱传感器的同侧排列方式示意图；
图6为本发明实施例中2个光源和光谱传感器的同侧排列方式示意图；
图7为本发明实施例中1个光源和光谱传感器的并行排列方式示意图；
图8为本发明基于微机电技术的干涉滤波片基本构造示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，一种口袋式近红外光谱仪，它包括基座105、光谱传感器104、光源103、正置曲面反射镜101、倒置曲面反射镜102和校准盖107。
所述基座105用于光源103的供电以及光谱传感器104的信号采集。所述光谱传感器104用于接收近红外光，生成光谱数据；具体地，所述光谱传感器104包含光敏二极管和分光部件等。所述光源103对称排列在光谱传感器104的四周，所述光源103用于发射近红外光，照射待测物体。所述光源103为多个卤素灯泡，本实施例中如图4-7所示，多个卤素灯泡可以为1个或2个或3个或4个卤素灯泡对称排列在光谱传感器104的四周。
所述正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102将光源103和光谱传感器104封装在一起，所述倒置曲面反射镜102的顶部开有样品光谱采集窗口，所述正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102均用于聚光，为了达到均匀反射，所述正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102的反光涂层均为漫反射涂层，所述漫反射涂层的材料采用BaSO4或MgO或PTFE等。
所述校准盖107用于对光谱仪进行校准，校准盖107的涂层也采用漫反射涂层，所述漫反射涂层的材料采用BaSO4或MgO或PTFE等。
图1是本实施例一种口袋式光谱仪的实施方式，光源103发出的近红外光501，经过正置曲面反射镜101反射后直接照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线反射回光谱传感器104；光源103发出的近红外光502，按顺序经过正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102反射后再照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线反射回光谱传感器104；光源103发出的近红外光503，按顺序经过倒置曲面反射镜102和正置曲面反射镜101反射后再照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线反射回光谱传感器104；光源103发出的近红外光504，直接照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线反射回光谱传感器104；107是用来校准光谱仪的校准盖，镀有对近红外光几乎0吸收的漫反射涂层(BaSO4或者PTFE或者MgO等)。
实施例2：
如图2所示，一种口袋式近红外光谱仪，它包括基座105、光谱传感器104、光源103、正置曲面反射镜101、倒置曲面反射镜102、校准盖107和聚光透镜108。
所述基座105用于光源103的供电以及光谱传感器104的信号采集。所述光谱传感器104用于接收近红外光，生成光谱数据；具体地，所述光谱传感器104包含光敏二极管和分光部件。所述光源103对称排列在光谱传感器104的四周，所述光源103用于发射近红外光，照射待测物体。所述光源103为多个卤素灯泡，本实施例中如图4-7所示，多个卤素灯泡可以为1个或2个或3个或4个卤素灯泡对称排列在光谱传感器104的四周。
所述正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102将光源103和光谱传感器104封装在一起，所述倒置曲面反射镜102的顶部开有样品光谱采集窗口，所述光谱采集窗口处增设聚光透镜108，所述聚光透镜108的材料为光学玻璃。所述正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102均用于聚光，为了达到均匀反射，所述正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102的反光涂层均为漫反射涂层，所述漫反射涂层的材料采用BaSO4或MgO或PTFE等。
所述校准盖107用于对光谱仪进行校准，校准盖107的涂层也采用漫反射涂层，所述漫反射涂层的材料采用BaSO4或MgO或PTFE等。
图2是本实施例一种口袋式光谱仪的实施方式，光源103发出的近红外光501，经过正置曲面反射镜101反射，再经过聚光透镜108聚焦后照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线再经过聚光透镜108反射回光谱传感器104；光源103发出的近红外光502，按顺序经过正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102反射，再经过聚光透镜108聚焦后照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线再经过聚光透镜108反射回光谱传感器104；光源103发出的近红外光503，按顺序经过倒置曲面反射镜102、正置曲面反射镜101后，再经过聚光透镜108聚焦后照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线再经过聚光透镜108反射回光谱传感器104；光源103发出的近红外光504，直接经过聚光透镜108聚焦后照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线再经过聚光透镜108反射回光谱传感器104；107是用来校准光谱仪的校准盖，镀有对近红外光几乎0吸收的漫反射涂层(BaSO4或者PTFE或者MgO等)。
实施例3：
如图3所示，一种口袋式近红外光谱仪，它包括基座105、光谱传感器104、光源103、正置曲面反射镜101、倒置曲面反射镜102、校准盖107和菲涅尔透镜109。
所述基座105用于光源103的供电以及光谱传感器104的信号采集。所述光谱传感器104用于接收近红外光，生成光谱数据；具体地，所述光谱传感器104包含光敏二极管和分光部件。所述光源103对称排列在光谱传感器104的四周，所述光源103用于发射近红外光，照射待测物体。所述光源103为多个卤素灯泡，本实施例中如图4-7所示，多个卤素灯泡可以为1个或2个或3个或4个卤素灯泡对称排列在光谱传感器104的四周。
所述正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102将光源103和光谱传感器104封装在一起，所述倒置曲面反射镜102的顶部开有样品光谱采集窗口，所述光谱采集窗口处增菲涅尔透镜109，所述菲涅尔透镜109的材料为光学玻璃。所述正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102均用于聚光，为了达到均匀反射，所述正置曲面反射镜101和倒置曲面反射镜102的反光涂层均为漫反射涂层，所述漫反射涂层的材料采用BaSO4或MgO或PTFE等。
所述校准盖107用于对光谱仪进行校准，校准盖107的涂层也采用漫反射涂层，所述漫反射涂层的材料采用BaSO4或MgO或PTFE等。
如图3是本实施例一种口袋式光谱仪的实施方式，光源103发出的近红外光501，经过正置曲面反射镜101反射，再经过菲涅尔镜109聚焦后照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线再经过菲涅尔镜109反射回光谱传感器104；光源103发出的近红外光502，按顺序经过正置曲面反射镜101、倒置曲面反射镜102反射，再经过菲涅尔镜109聚焦后照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线再经过菲涅尔镜109反射回光谱传感器104；光源103发出的近红外光503，按顺序经过倒置曲面反射镜102、正置曲面反射镜101反射后，再经过菲涅尔镜109聚焦后照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线再经过菲涅尔镜109反射回光谱传感器104；光源103发出的近红外光504，直接经过菲涅尔镜109聚焦后照射到样品106上，然后样品106漫反射后的光线再经过菲涅尔镜109反射回光谱传感器104；107是用来校准光谱仪的校准盖，镀有对近红外光几乎0吸收的漫反射涂层(BaSO4或者PTFE或者MgO等)。
图4是一种光源和光谱传感器的同侧排列方式，4个光源以光谱传感器为中心对称排列。
图5是一种光源和光谱传感器的同侧排列方式，3个光源以光谱传感器为中心对称排列。
图6是一种光源和光谱传感器的同侧排列方式，2个光源以光谱传感器为中心对称排列。
图7是一种光源和光谱传感器的同侧排列方式，光源和光谱传感器并行排列。
图8是本发明光谱传感器中基于微机电技术的干涉滤波片的原理和构造，垂直入射的近红外光线401(即照射被扫描物体后承载了物体光谱信息的光线)经过反射镜201，在反射镜201和反射镜202之间形成的高反射腔内形成干涉光路，通过调节反射镜201和反射镜202的距离来选择近红外光线401的波长，以接近100％的透过率入射到光电探测器203(本发明中光电探测器203为光敏二极管)被系统接收，产生光谱数据；撩入射的近红外光线402经过反射镜201，在反射镜201和反射镜202之间形成的高反射腔内形成干涉光路，大部分光能被反射镜201和反射镜202吸收，能够到达光电探测器203的光能几乎为0％。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (8)
1.一种口袋式近红外光谱仪，其特征在于：它包括基座(105)、光谱传感器(104)、光源(103)、正置曲面反射镜(101)、倒置曲面反射镜(102)和校准盖(107)，所述光谱传感器(104)用于接收近红外光，生成光谱数据；所述光源(103)对称排列在光谱传感器(104)的四周，所述光源(103)用于发射近红外光，照射待测物体；所述正置曲面反射镜(101)和倒置曲面反射镜(102)将光源(103)和光谱传感器(104)封装在一起，并一起安装于基座(105)上；所述倒置曲面反射镜(102)的顶部开有样品光谱采集窗口，所述正置曲面反射镜(101)和倒置曲面反射镜(102)均用于聚光；所述校准盖(107)用于对光谱仪进行校准。
2.根据权利要求1所述的一种口袋式近红外光谱仪，其特征在于：它还包括聚光透镜(108)或菲涅尔透镜(109)，所述聚光透镜(108)或菲涅尔透镜(109)设置在倒置曲面反射镜(102)的样品光谱采集窗口处。
3.根据权利要求1所述的一种口袋式近红外光谱仪，其特征在于：所述正置曲面反射镜(101)和倒置曲面反射镜(102)的反光涂层均为漫反射涂层。
4.根据权利要求1所述的一种口袋式近红外光谱仪，其特征在于：所述校准盖(107)的涂层采用漫反射涂层。
5.根据权利要求1所述的一种口袋式近红外光谱仪，其特征在于：所述光源(103)为多个卤素灯泡。
6.根据权利要求2所述的一种口袋式近红外光谱仪，其特征在于：所述聚光透镜(108)或菲涅尔透镜(109)的材料为光学玻璃。
7.根据权利要求3或4所述的一种口袋式近红外光谱仪，其特征在于：所述漫反射涂层的材料采用BaSO4或MgO或PTFE。
8.根据权利要求5所述的一种口袋式近红外光谱仪，其特征在于：所述多个卤素灯泡为1个或2个或3个或4个卤素灯泡。
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