CN107167441A - 双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法 - Google Patents

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CN107167441A CN201710529574.1A CN201710529574A CN107167441A CN 107167441 A CN107167441 A CN 107167441A CN 201710529574 A CN201710529574 A CN 201710529574A CN 107167441 A CN107167441 A CN 107167441A
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罗永顺
林凌
李刚
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G01N21/3151—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using two sources of radiation of different wavelengths

Abstract

本发明公开了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，包括：光源的出光光口与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋，调制装置对光源进行调制，光源对复杂溶液样品进行透射，光谱接收装置采集透射光谱；位移平台控制光源移动至不同的位置并改变光程测量，将每一个位置处两个光程下采集的透射光谱变换至频域构造频域内透射光谱，并且将每个位置处的两个频域内透射光谱的比值求对数得到该位置下的吸收光谱，将多个位置处的吸收光谱归一化处理，与已有化学分析的结果对比，建立数学模型；同样方法采集未知复杂溶液多个位置处的吸收光谱归一化后带入数学模型，得到所测目标成分的含量。

Description

双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法
技术领域
本发明涉及光谱复杂溶液浓度分析化学计量领域，尤其涉及一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法。
背景技术
现有技术中，较为成熟的技术是通过化学检验来检测包装袋中复杂溶液成分的含量，具有准确性高的突出优点，但化学检验的方式无法满足快速、非接触、以及无污染的需求，光谱测量由于其非接触、无污染的特性也有可能实现袋装复杂溶液成分的含量检测。
在光谱检测中，根据朗伯-比尔定律：分别测量各个波长的入射光强I0和出射光强I，通过公式(1)计算各个波长的吸光度A。∈为物质在某一波长下吸光系数，c为物质的浓度，b为光程长度。
实际上，由于种种原因未能测量入射光强I0，例如：入射光强I0太强而难以测量，但如果在入射光强I0基本稳定不变的情况下，只测量出射光强I也可以得到不错的结果。然而光谱检测受到光谱背景噪声的影响、光源变化的影响以及测量容器的影响难以达到测量需要的精度。
光源的影响主要表现为光谱分布和光强的变化。导致光源变化的原因有很多，如光源电压变化、灯丝老化，环境温度变化等。在光谱分析中，鲜有文献介绍光源对测量精度的影响，以及减小光源强度变化对测量精度影响的方法。在早前的研究中，用定标的方式来消除一些干扰，如用水来定标，但是由于光强过强，实际中难以操作。也有很多学者利用中性衰减片或光纤分光方式测量入射光强I0。以中性衰减片为例(下面的讨论除非特别说明，均在某个波长上讨论)，测量通过中性衰减片的出射光强In，则光源的光强I0 n可以用吸光度A和出射光强In来表示：
然后将被测样品替换中性衰减片，测出样品的出射光强IS，
注意到所以
式(4)的最终结果中没有(也即)出现，说明光源的强度(及其光谱)不会影响对样品的测量，只要所有的测量都采用同一中性衰减片校准，即保持lgIn+An为恒定常数。
但不同场合很难找到完全一样的中性衰减片，且很难保证样品与中性衰减片的位置一致。并且由于复杂溶液的散射性，导致得到的光谱具有非线性，以及无法完全消除光谱背景噪声的影响，针对这一问题，本专利提出了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法。
发明内容
本发明提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，本发明不仅消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，而且极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度；解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染，详见下文描述：
一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，所述方法用于测量包装袋内的复杂溶液成分含量，所述方法包括以下步骤：
光源的出光光口、与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋，调制装置调制光源使其发出方波光信号，光源对复杂溶液样品进行透射，光谱接收装置采集透射光谱；
位移平台控制光源移动至不同位置，在每一个位置上改变光程透射复杂溶液，由光谱接收装置采集透射光谱，并将其变换到频域构造频域内透射光谱，每个位置处的两个频域内透射光谱的比值求对数即为该位置处的复杂溶液吸收光谱，将多个位置处的吸收光谱归一化处理，与已有化学分析的结果对比，建立数学模型；
采集未知包装袋内复杂溶液在多个位置处的两个光程下的透射光谱，变换至频域内构造频域内透射光谱，计算吸收光谱后将多个位置的吸收光谱归一化带入数学模型进行计算，得到复杂溶液所测目标成分的含量；
所述方法构造频域内透射光谱消除光谱背景噪声影响，利用双光程测量消除光源变化和包装袋带来的影响，利用多位置测量得到的透射光谱增加复杂溶液所有成分的信息量，抑制复杂溶液散射带来的影响，提高复杂溶液成分含量分析的精度；解决包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题。
所述构造频域内透射光谱的步骤具体为：
调制装置将光源调制成方波光信号，对复杂溶液进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱，将透射光谱的每个波长的时间序列变换到频域，以各个波长的基波分量构造频域内透射光谱。
其中，位移平台控制光源移动至不同位置，在每一个位置上改变光程透射复杂溶液，由光谱接收装置采集透射光谱的步骤具体为：
在位置a处，位移平台控制光源分别在两个光程下即：位置a和位置a’对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
位移平台控制光源移动至位置b，分别在两个光程下即：位置b和位置b’对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
位移平台控制光源一直移动至位置n，分别在两个光程下即：位置n和位置n’对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
或，
光源对包装袋内的复杂溶液进行透射，光谱接收装置在位置a处，位移平台控制光谱接收装置分别在两个光程下即：位置a和位置a’处采集透射光谱；
位移平台控制光谱接收装置移动至位置b，分别在两个光程下即：位置b和位置b’处采集透射光谱；
位移平台控制光谱接收装置一直移动至位置n，分别在两个光程下即：位置n和位置n’处采集透射光谱。
所述方法还包括：
在光源处设置一光纤，作为入射光纤，且保证入射光纤与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋；
或，
在光谱接收装置处设置一光纤，作为出射光纤，且保证出射光纤与光源出光光口紧贴包装袋；
或，
在光源与光谱接收装置处分别设置入射光纤与出射光纤，且保证入射光纤与出射光纤紧贴包装袋。
其中，入射光纤在位置a处，光源通过入射光纤分别两个光程下即：位置a和位置a’处对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
位移平台控制入射光纤移动到位置b处，光源通过入射光纤分别在该位置处两个光程下即：位置b和位置b’处对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
控制入射光纤一直移动到位置n处，光源通过入射光纤分别在该位置处两个光程下即：位置n和位置n’处对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱。
其中，出射光纤在位置a处，由光谱接收装置通过出射光纤在该位置处两个光程下即：位置a和位置a’处采集透射光谱；
位移平台控制出射光纤移动到位置b处，光谱接收装置通过出射光纤在该位置处两个光程下即：位置b和位置b’处采集透射光谱；
控制出射光纤一直移动到位置n处，光谱接收装置通过出射光纤在该位置处两个光程下即：位置n和位置n’处采集透射光谱。
进一步地，所述光源为超连续宽谱激光，该超连续宽谱激光覆盖可见光波段、或近红外光波段、或两者的组合，可直接发光或经入射光纤传导。
进一步地，所述位移平台为步进电机；所述光谱接收装置为光谱仪；所述调制装置为斩波器。
进一步地，所述光源为氙灯宽谱光源或溴钨灯宽谱光源，该氙灯宽谱光源或溴钨灯宽谱光源覆盖可见光波段、或近红外光波段、或两者的组合，可直接发光或经入射光纤传导。
进一步地，所述数学模型利用主成分分析、人工神经网络、偏最小二乘回归、支持向量机、信号分析或统计方法建立。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明通过控制位移平台改变位置和光程，在不同位置处的双光程下采集同一调制光源下的袋装复杂溶液透射光谱，并将其变换至频域构造频域内透射光谱，从而消除了透射光谱背景噪声的影响；
2、本发明利用双光程测量消除了光源变化和包装袋带来的影响，并且由于复杂溶液的散射性，导致透射光谱向多个方向散射，而多位置测量得到的透射光谱增加了复杂溶液所有成分的信息量，从而极大抑制了复杂溶液散射带来的影响；
3、本发明提高了复杂溶液成分含量分析的精度；解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
附图说明
图1为双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法原理图；
图2为双光程透射光谱原理图；
图3为实施例1中双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法示意图；
图4为实施例2中双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法另一示意图；
图5为实施例3中双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法另一示意图；
图6为实施例4中双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法另一示意图；
图7为实施例5中双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法另一示意图；
图8为实施例6中双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法另一示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：第一光程； 2：第二光程；
3：光源； 4：入射光纤；
5：包装袋； 6：位移平台；
7：光谱接收装置； 8：出射光纤；
9：调制装置；
a、b…n；a’、b’…n’：均为紧贴包装袋的位置。
上述位置根据实际应用中的情况进行设定，需保证a与a’；b与b’…n与n’位置同轴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
将调制装置放置于光源光路之中时，光会周期性的通过和遮挡。此时光源发出的光被调制成具有一定频率的方波光信号。透射复杂溶液得到的透射光谱中每个波长的频率与光源发出的方波光频率一致，以透射光谱某一波长λ为例，图1为λ波长的波形与光谱接收装置积分时间对应的积分值示意图，B为背景噪声，T为光谱接收装置的积分时间，且T1＝T2＝…＝Ti＝T；T1区间内积分时间对应的是背景噪声，此时光谱接收装置接收到的光强幅值是背景噪声的积分值，数值最小记为Imin；Ti区间内积分时间对应的是λ波长的光强和背景噪声，此时光谱接收装置接收到的光强幅值是λ波长的光强和背景噪声的积分值，数值最大记为Imax，T1与Ti之间其他的积分时间一部分对应背景噪声，另一部分对应λ波长的光强和背景噪声，因此所得到的积分值在(Imin，Imax)区间内变动。由此，在T1～Ti内可以得到一组值域为(Imin，Imax)积分值序列，由此可见，该波长的积分值在(Imin，Imax)区间内变动而形成周期性信号，其他波长的积分值与此类似，且为严格同周期和同步的周期性信号。通过对各个波长的积分值的时间序列进行傅立叶变换，以所有波长积分值的频域基波分量构成的频域内透射光谱，可以消除光谱背景噪声，大幅度提高信噪比。
双光程透射光谱法是根据朗伯-比尔定律，如图2所示，分别设定第一光程1和第二光程2。推导过程如下：
其中，A1是第一光程1的吸光度，A2是第二光程2的吸光度。IO是第一光程1的入射光的光强，同时也是第二光程2的入射光的光强，I1是第一光程1的出射光强，I2是第二光程2的出射光强，b1是第一光程1的光程长，b2是第二光程2的光程长，△b为两光程长的差，∈吸光系数为，c所测物质浓度。
由式(7)可以看出，双光程光谱法的吸光度与光程差仍然成线性关系，符合朗伯-比尔定律，且与入射光光强IO无关。因此，双光程法在理论上是不受光源影响的，同时扣除了包装袋本身的影响。
本发明利用构造频域内透射光谱消除了光谱的背景噪声；利用双光程测量消除了光源变化和包装袋带来的影响；利用多位置测量得到的透射光谱增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响。提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例1
本发明实施例提供的双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，所使用到的器件如图3所示，包括：光源3、包装袋5、位移平台6、光谱接收装置7以及调制装置9。
其中，保证光源3的出光光口与光谱接收装置7的入射狭缝紧贴包装袋5，调制装置9调制光源3使其发出方波光信号，光源3在位置a处的两个光程下即：位置a(对应第一光程1)和位置a’(对应第二光程2)对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7采集透射光谱；随后通过位移平台6控制光源3移动至位置b，在位置b处的两个光程下即：位置b(对应第一光程1)和位置b’(对应第二光程2)对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7采集透射光谱；通过位移平台6控制光源3一直移动至位置n，在位置n处的两个光程下即：位置n(对应第一光程1)和位置n’(对应第二光程2)对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7采集透射光谱。
将每个位置处采集的两个光程下的透射光谱每个波长的时间序列变换到频域，以各个波长的基波分量构造频域内透射光谱，每个位置处的两个频域内透射光谱比值求对数即为该位置处复杂溶液的吸收光谱，将a、b…n多个位置的吸收光谱进行归一化处理，归一化方法为：
Ag＝A/max(A) (8)
公式(8)中，Ag为归一化吸光度，max(A)为不同波长上的吸光度最大值，A为吸光度。与已有化学分析的结果对比，利用主成分分析(PCA,principal component analysis)或人工神经网络(ANN,artificial neural network)或偏最小二乘回归(PLSR,particleleast squares calibration analysis)或支持向量机(SVM,support vector machines)信号分析或统计等方法均可建立数学模型。
本发明实施例对具体建立数学模型的步骤不做赘述，为本领域技术人员所公知。
采集未知包装袋内复杂溶液a、b...n多个位置下的双光程透射光谱，将其变换至频域构造频域内透射光谱，每个位置处的两个频域内透射光谱比值求对数得到吸收光谱，将多个位置的吸收光谱进行归一化带入上述建立好的数学模型，得到复杂溶液所测目标成分的含量。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例2
本发明实施例与实施例1的区别仅在于，光源3、与光谱接收装置7的移动方式的不同，详见下文描述：
参见图4，保证光源3的出光光口与光谱接收装置7的入射狭缝紧贴包装袋5，调制装置9调制光源3使其发出方波光信号，光源3对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7在位置a处采集双光程下即：位置a和位置a’的透射光谱。通过位移平台6控制光谱接收装置7移动至位置b，采集位置b处双光程下即：位置b和位置b’的透射光谱；通过位移平台6控制光谱接收装置7一直移动至位置n，采集位置n处双光程下即：位置n和位置n’的透射光谱。
其中，后续的构造频域内透射光谱、构造吸收光谱、归一化、建立数学模型、以及计算复杂溶液所测目标成分含量的步骤与实施例1相同，本发明实施例对此不做赘述。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例3
具体实现时，由于空间结构的限制，可能会出现光源3与光谱接收装置7不能紧贴包装袋5的情况，这时可以通过在光源3与光谱接收装置7处分别设置一光纤，作为入射光纤4与出射光纤8。
参见图5，调制装置9调制光源3使其发出方波光信号，光源3通过入射光纤4对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7经过出射光纤8采集透射光谱，入射光纤4与出射光纤8分别紧贴包装袋5，入射光纤4在位置a处，光源3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置a和位置a’对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7采集透射光谱；随后通过位移平台6控制入射光纤4移动到位置b处，光源3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置b和位置b’对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7采集透射光谱；通过位移平台6控制入射光纤4一直移动到位置n处，光源3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置n和位置n’对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7采集透射光谱。
其中，后续的构造频域内透射光谱、构造吸收光谱、归一化、建立数学模型、以及计算复杂溶液所测目标成分含量的步骤与实施例1相同，本发明实施例对此不做赘述。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例4
本发明实施例与实施例3的不同仅在于，出射光纤8、与位置a、位置b…位置n；位置a’、位置b’…位置n’的设置不同，详见下文描述：
参见图6，调制装置9调制光源3使其发出方波光信号，光源3通过入射光纤4对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7经过出射光纤8采集透射光谱，入射光纤4与出射光纤8分别紧贴包装袋5，出射光纤8在位置a处，由光谱接收装置7采集该位置处双光程下即：位置a和位置a’的透射光谱；随后通过位移平台6控制出射光纤8移动到位置b处，由光谱接收装置7采集该位置处双光程下即：位置b和位置b’的透射光谱；通过位移平台6控制出射光纤8一直移动到位置n处，由光谱接收装置7采集该位置处双光程下即：位置n和位置n’的透射光谱。
其中，后续的构造频域内透射光谱、构造吸收光谱、归一化、建立数学模型、以及计算复杂溶液所测目标成分含量的步骤与实施例1相同，本发明实施例对此不做赘述。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例5
本发明实施例与实施例3不同的是，该实施例仅包括入射光纤4，详见下文描述：
参见图7，调制装置9调制光源3使其发出方波光信号，光源3通过入射光纤4对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7采集透射光谱，入射光纤4与光谱接收装置7的入射狭缝分别紧贴包装袋5，入射光纤4在位置a处，光源3通过入射光纤4对该位置处双光程下即：位置a和位置a’对复杂溶液样品透射，由光谱接收装置7采集透射光谱；随后通过位移平台6控制入射光纤4移动到位置b处，光源3通过入射光纤4对该位置处双光程下即：位置b和位置b’对复杂溶液样品透射，由光谱接收装置7采集透射光谱；通过位移平台6控制入射光纤4一直移动到位置n处，光源3通过入射光纤4对该位置处双光程下即：位置n和位置n’对复杂溶液样品透射，由光谱接收装置7采集透射光谱。
其中，后续的构造频域内透射光谱、构造吸收光谱、归一化、建立数学模型、以及计算复杂溶液所测目标成分含量的步骤与实施例1相同，本发明实施例对此不做赘述。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
具体实现时，还可以根据实际应用中的需要，对位置a、位置b…位置n；位置a’、位置b’…位置n’以及移动的方式进行设定，即还可以包括多种的实施方式，本发明实施例对此不做限制。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例6
本发明实施例与实施例3不同的是，该实施例仅包括出射光纤8，详见下文描述：
参见图8，调制装置9调制光源3使其发出方波光信号，光源3对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置7经过出射光纤8采集透射光谱，光源3的出光光口与出射光纤8分别紧贴包装袋5，出射光纤8在位置a处，由光谱接收装置7采集该位置处双光程下即：位置a和位置a’的透射光谱；随后通过位移平台6控制出射光纤8移动到位置b处，由光谱接收装置7采集该位置处双光程下即：位置b和位置b’的透射光谱；通过位移平台6控制出射光纤8一直移动到位置n处，由光谱接收装置7采集该位置处双光程下即：位置n和位置n’的透射光谱。
其中，后续的构造频域内透射光谱、构造吸收光谱、归一化、建立数学模型、以及计算复杂溶液所测目标成分含量的步骤与实施例1相同，本发明实施例对此不做赘述。
具体实现时，还可以根据实际应用中的需要，对位置a、位置b…位置n；位置a’、位置b’…位置n’以及移动的方式进行设定，即还可以包括多种的实施方式。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例7
下面结合具体的器件选择，对上述实施例1-6中的方案进行进一步地介绍，光源可以为超连续宽谱激光，该超连续宽谱激光覆盖可见光波段、或近红外光波段、或两者的组合，可直接发光或经入射光纤4传导。位移平台6为步进电机，光谱接收装置7为光谱仪，调制装置9为斩波器，详见下文描述：
参见图5，斩波器9调制超连续宽谱激光3使其发出方波光信号，超连续宽谱激光3通过入射光纤4对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7经过出射光纤8采集透射光谱，入射光纤4与出射光纤8分别紧贴包装袋5，入射光纤4在位置a处，超连续宽谱激光3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置a和位置a’对复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7采集透射光谱；随后通过步进电机6控制入射光纤4移动到位置b处，超连续宽谱激光3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置b和位置b’对复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7采集透射光谱；步进电机6控制入射光纤4一直移动到位置n处，超连续宽谱激光3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置n和位置n’对复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7采集透射光谱。
其中，后续的构造频域内透射光谱、构造吸收光谱、归一化、建立数学模型、以及计算复杂溶液所测目标成分含量的步骤与实施例1相同，本发明实施例对此不做赘述。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例8
本发明实施例与实施例7不同的是，光源3为溴钨灯宽带光源，该溴钨灯宽带光源3覆盖可见光波段、或近红外光波段、或两者的组合，可直接发光或经入射光纤4传导。
参见图5，斩波器9调制溴钨灯宽带光源3使其发出方波光信号，溴钨灯宽带光源3通过入射光纤4对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7经过出射光纤8采集透射光谱，入射光纤4与出射光纤8分别紧贴包装袋5，入射光纤4在位置a处，溴钨灯宽带光源3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置a和位置a’对复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7采集透射光谱；随后通过步进电机6控制入射光纤4移动到位置b处，溴钨灯宽带光源3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置b和位置b’对复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7采集透射光谱；步进电机6控制入射光纤4一直移动到位置n处，溴钨灯宽带光源3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置n和位置n’对复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7采集透射光谱。
其中，后续的构造频域内透射光谱、构造吸收光谱、归一化、建立数学模型、以及计算复杂溶液所测目标成分含量的步骤与实施例1相同，本发明实施例对此不做赘述。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例9
本发明实施例与实施例7、8不同的是，光源3为氙灯宽谱光源，该氙灯宽谱光源覆盖可见光波段、或近红外光波段、或两者的组合，可直接发光或经入射光纤传导；位移平台6为磁铁吸合装置，详见下文描述：
参见图5，斩波器9调制氙灯宽谱光源3使其发出方波光信号，氙灯宽谱光源3通过入射光纤4对包装袋5内的复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7经过出射光纤8采集透射光谱，入射光纤4与出射光纤8分别紧贴包装袋5，入射光纤4在位置a处，氙灯宽谱光源3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置a和位置a’对复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7采集透射光谱；随后通过步进电机6控制入射光纤4移动到位置b处，氙灯宽谱光源3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置b和位置b’对复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7采集透射光谱；步进电机6控制入射光纤4一直移动到位置n处，氙灯宽谱光源3通过入射光纤4在该位置处双光程下即：位置n和位置n’对复杂溶液样品进行透射，由光谱仪7采集透射光谱。
其中，后续的构造频域内透射光谱、构造吸收光谱、归一化、建立数学模型、以及计算复杂溶液所测目标成分含量的步骤与实施例1相同，本发明实施例对此不做赘述。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。
实施例10
本发明实施例与上述实施例7、8、9不同的是，光源3根据实际应用中的需要还可以采用其他型号的光源、位移平台6也可以采用其他的移动装置，光谱接收装置7也可以采用其他的接收装置。具体实现时，本发明实施例对上述器件的型号不做限制。
本发明实施例对位置a、位置b…位置n；位置a’、位置b’…位置n’和移动方式等均不作限制，只要能实现本发明实施例的功能即可，均在本申请的保护范围之内。
综上所述，本发明实施例提供了一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，消除了光谱背景噪声、光源变化和包装袋带来的影响，增加了复杂溶液所有成分的信息量，极大抑制了复杂溶液散射带来的影响，提高了复杂溶液成分含量分析的精度。解决了包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题，高效、简便、无污染。

Claims (10)

1.一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，所述方法用于测量包装袋内的复杂溶液成分含量，所述方法包括以下步骤：
光源的出光光口、与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋，调制装置调制光源使其发出方波光信号，光源对复杂溶液样品进行透射，光谱接收装置采集透射光谱；
位移平台控制光源移动至不同位置，在每一个位置上改变光程透射复杂溶液，由光谱接收装置采集透射光谱，并将其变换到频域构造频域内透射光谱，每个位置处的两个频域内透射光谱的比值求对数即为该位置处的复杂溶液吸收光谱，将多个位置处的吸收光谱归一化处理，与已有化学分析的结果对比，建立数学模型；
采集未知包装袋内复杂溶液在多个位置处的两个光程下的透射光谱，变换至频域内构造频域内透射光谱，计算吸收光谱后将多个位置的吸收光谱归一化带入数学模型进行计算，得到复杂溶液所测目标成分的含量；
所述方法构造频域内透射光谱消除光谱背景噪声影响，利用双光程测量消除光源变化和包装袋带来的影响，利用多位置测量得到的透射光谱增加复杂溶液所有成分的信息量，抑制复杂溶液散射带来的影响，提高复杂溶液成分含量分析的精度；解决包装袋内复杂溶液成分的无损检测问题。
2.根据权利要求1所述的双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，所述构造频域内透射光谱的步骤具体为：
调制装置将光源调制成方波光信号，对复杂溶液进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱，将透射光谱的每个波长的时间序列变换到频域，以各个波长的基波分量构造频域内透射光谱。
3.根据权利要求1所述的一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，位移平台控制光源移动至不同位置，在每一个位置上改变光程透射复杂溶液，由光谱接收装置采集透射光谱的步骤具体为：
在位置a处，位移平台控制光源分别在两个光程下即：位置a和位置a’对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
位移平台控制光源移动至位置b，分别在两个光程下即：位置b和位置b’对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
位移平台控制光源一直移动至位置n，分别在两个光程下即：位置n和位置n’对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
或，
光源对包装袋内的复杂溶液进行透射，光谱接收装置在位置a处，位移平台控制光谱接收装置分别在两个光程下即：位置a和位置a’处采集透射光谱；
位移平台控制光谱接收装置移动至位置b，分别在两个光程下即：位置b和位置b’处采集透射光谱；
位移平台控制光谱接收装置一直移动至位置n，分别在两个光程下即：位置n和位置n’处采集透射光谱。
4.根据权利要求1或2所述的一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在光源处设置一光纤，作为入射光纤，且保证入射光纤与光谱接收装置的入射狭缝紧贴包装袋；
或，
在光谱接收装置处设置一光纤，作为出射光纤，且保证出射光纤与光源出光光口紧贴包装袋；
或，
在光源与光谱接收装置处分别设置入射光纤与出射光纤，且保证入射光纤与出射光纤紧贴包装袋。
5.根据权利要求3所述的一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，
入射光纤在位置a处，光源通过入射光纤分别两个光程下即：位置a和位置a’处对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
位移平台控制入射光纤移动到位置b处，光源通过入射光纤分别在该位置处两个光程下即：位置b和位置b’处对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱；
控制入射光纤一直移动到位置n处，光源通过入射光纤分别在该位置处两个光程下即：位置n和位置n’处对复杂溶液样品进行透射，由光谱接收装置采集透射光谱。
6.根据权利要求3所述的一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，
出射光纤在位置a处，由光谱接收装置通过出射光纤在该位置处两个光程下即：位置a和位置a’处采集透射光谱；
位移平台控制出射光纤移动到位置b处，光谱接收装置通过出射光纤在该位置处两个光程下即：位置b和位置b’处采集透射光谱；
控制出射光纤一直移动到位置n处，光谱接收装置通过出射光纤在该位置处两个光程下即：位置n和位置n’处采集透射光谱。
7.根据权利要求3所述的一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，所述光源为超连续宽谱激光，该超连续宽谱激光覆盖可见光波段、或近红外光波段、或两者的组合，可直接发光或经入射光纤传导。
8.根据权利要求3所述的一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，所述位移平台为步进电机；所述光谱接收装置为光谱仪；所述调制装置为斩波器。
9.根据权利要求3所述的一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，所述光源为氙灯宽谱光源或溴钨灯宽谱光源，该氙灯宽谱光源或溴钨灯宽谱光源覆盖可见光波段、或近红外光波段、或两者的组合，可直接发光或经入射光纤传导。
10.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种双光程和多位置调制光源测量复杂溶液成分含量的方法，其特征在于，
所述数学模型利用主成分分析、人工神经网络、偏最小二乘回归、支持向量机、信号分析或统计方法建立。
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