CN109187393A - 一种光谱检测仪和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光谱检测仪和检测方法，所述光谱检测仪包括一种光谱检测仪，包括光源；分光装置，对所述光源发射的光束进行分光处理；用于放置待测物的样品池；用于检测经过所述待测物的吸收光谱的检测器和微处理器；所述光谱检测仪还包括设置在所述样品池内部的传感器，用于测量待测物的高度；和高度调整装置；其中，所述微处理器根据所述传感器测量的待测物的高度来指令所述高度调整装置调整所述样品池的高度直至待测物的中心位置与所述光源发射的光束的中心轴重合。本发明提供的实施例能够将待测物完全处于光束的照射范围内，从而实现对待测物的全方位检测，并提高检测精度。

Description

一种光谱检测仪和检测方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种光谱检测仪、检测方法和计算机可读存储介质。

背景技术

食品安全关系到广大人民群众的身体健康和生命安全，越来越受到人们的关注，因此在食用前对食物进行成分检测是非常有必要的。食品安全检测方法主要有色谱法、质谱法、光谱法和生物检测法等。相对于其他检测方法，光谱分析法不需要复杂的样品前处理过程，检测时间短，可以实现物质成分的非接触时实时在线检测，从而被广泛地应用于食品安全检测中食物的物成分检测。光谱分析法以光谱测量为基础，通过辐射能与物质组成和结构之间的内在联系及表现形式实现对物质成分的检测，具有速度快、无损、无需制备样品以及成本低等优势。

但是现有光谱检测存在以下问题，光源对物体的照射不全面，仅物体局部被光束照射，无法实现对物体全方位的检测；前期建立标准数据模型的检测条件与实际测试环境不一致，而环境对光束的传播有一定的影响，尤其是在环境污染严重，如重度雾霾、沙尘暴，对光的传播影响更大，即环境的影响会导致不可控的测试偏差；因此有待进一步提高检测精度。

发明内容

为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种光谱检测仪，包括

光源；

分光装置，对所述光源发射的光束进行分光处理；

用于放置待测物的样品池；

用于检测经过所述待测物的吸收光谱的检测器和

微处理器；

所述光谱检测仪还包括

设置在所述样品池内部的传感器，用于测量待测物的高度；和

高度调整装置；

其中，所述微处理器根据所述传感器测量的待测物的高度来指令所述高度调整装置调整所述样品池的高度直至待测物的中心位置与所述光源发射的光束的中心轴重合。

进一步的，所述光谱检测仪还包括

光源检测器，用于检测所述光源发射的光束的中心轴的高度；和

光源调整装置；

其中，所述微处理器根据所述光源检测器检测到的所述光源发射的光束的中心轴的高度指令所述光源调整装置调整所述光源的高度。

进一步的，所述传感器包括位于所述样品池内部相对侧壁上的至少一对传感器。

进一步的，所述检测器为检测器阵列。

本发明第二方面提供一种光谱检测系统，包括第一方面所述的光谱检测仪。

本发明第三方面提供一种利用第一方面所述的光谱检测仪进行的光谱检测方法，包括：

将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至所述样品池内的待测物；

所述微处理器根据所述传感器测量的待测物的高度来指令所述高度调整装置调整所述样品池的高度直至待测物的中心位置与所述光源发射的光束的中心轴重合；

所述检测器检测经过所述待测物的吸收光谱；

所述微处理器对所述检测器检测到的所述吸收光谱进行处理以得到待测物的成分。

进一步的，在将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至所述样品池内的待测物的步骤之前，所述光谱检测方法还包括：将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至空置的样品池并且所述检测器检测空测光谱；并且

所述微处理器对所述检测器检测到的所述吸收光谱进行处理以得到待测物的成分包括：所述微处理器根据所述空测光谱对所述吸收光谱进行处理以得到待测物的成分。

进一步的，在将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至空置的样品池并且所述检测器检测空测光谱的步骤之前，所述方法还包括：

调整所述光源，将经过分光装置分光后的光束的照射范围覆盖所述样品池的上限高度和下限高度。

进一步的，当所述待测物的高度为所述传感器测量高度上限时，所述微处理器根据所述上限计算所述待测物的中心高度。

进一步的，所述光谱检测仪包括用于检测所述光源发射的光束的中心轴的高度的光源检测器和光源调整装置，

所述方法还包括：所述微处理器根据所述光源检测器检测到的所述光源发射的光束的中心轴的高度指令所述光源调整装置调整所述光源的高度。

本发明的有益效果如下：

本发明针对目前现有的检测精度较低的问题，制定一种光谱检测仪和检测方法，通过设置在样品池内部的高度传感器对待测物的高度进行检测，微处理器根据所述待测物的高度来指令高度调整装置调整样品池的高度直至待测物的中心位置与光源发射的光束的中心轴重合，以实现光源对待测物的全方位检测，从而弥补了现有技术中的问题，有效提高检测精度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出现有技术中所述光谱检测方法的流程图；

图2示出本发明的一个实施例所述光谱检测仪的示意图；

图3示出本发明的另一个实施例所述光谱检测仪的示意图；

图4示出本发明的一个实施例所述光谱检测方法的流程图；

图5示出本发明的另一个实施例所述光谱检测仪的示意图；

图6示出本发明的另一个实施例所述光谱检测方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

现有技术中光谱检测流程如图1所示，光源首先向待测物发射光束，检测器接收经过物体的反射或透射或散色的光谱，在光的吸收过程中，由于物质内部成分与结构的不同，其吸收光谱也会发生改变，微处理器对光谱进行预处理后，根据其吸收光谱进行诊断得到物质的吸收光谱，吸收光谱上传至终端进行大数据匹配计算分析，所述大数据为数据库中存储的具有大量物体的预设数据模型，最终输出物质的种类、成分、有害添加剂等信息。但是现有的光谱检测存在以下问题，光源对物体的照射不全面，仅物体局部被光束照射，无法实现对物体全方位的检测；前期建立标准数据模型的检测条件与实际测试环境不一致，而环境对光束的传播有一定的影响，尤其是在环境污染严重，如重度雾霾、沙尘暴，对光的传播影响更大，即环境的影响会导致不可控的测试偏差。

为解决上述问题，如图2所示，本发明的一个实施例提供了一种食品光谱检测仪，包括光源；分光装置，对所述光源发射的光束进行分光处理；用于放置待测物的样品池；用于检测经过所述待测物的吸收光谱的检测器和微处理器；所述光谱检测仪还包括设置在所述样品池内部的传感器，用于测量待测物的高度；和高度调整装置；其中，所述微处理器根据所述传感器测量的待测物的高度来指令所述高度调整装置调整所述样品池的高度直至待测物的中心位置与所述光源发射的光束的中心轴重合。

如图2所示，在一个具体的示例中，光谱检测仪包括光源1、分光装置2、样品池3、检测器4、微处理器5、传感器6和高度调整装置7，将待测物放置在样品池后启动光源1，光源1发出的光束经过分光装置2分光后照射至样品池3的待测物，位于所述样品池内部的传感器6感测所述待测物的高度并输出所述高度值至所述微处理器5。其中所述分光装置为色散元件，例如棱镜、光栅。进一步的，为了更准确地测量所述待测物的高度，所述传感器6包括位于所述样品池内部相对侧壁上的至少一对传感器。即所述传感器成对设置在所述样品池内部相对应的侧壁上，例如为与所述光束的照射方向平行的侧壁上，或者为与所述光束的照射方向垂直的侧壁上，或者为与所述光束的照射方向平行和垂直的侧壁上。

微处理器5根据所述高度值进行计算并确定所述待测物的中心高度，根据所述中心高度计算所述样品池3需要调整的距离，并指令所述高度调整装置7进行调整，直至所述待测物的中心高度与光源1的中心轴重合。其中所述光源1的中心轴为光源1发出的光束的中点的水平位置，预存储在所述微处理器中。检测器4接收经过所述待测物的吸收光谱，并将所述吸收光谱传输至所述微处理器，微处理器对所述吸收光谱进行处理和诊断，将所述吸收光谱与所述微处理器中预存储的大数据进行匹配计算分析，最终输出所述待测物中的物质种类、成分、添加剂等信息。所述吸收光谱包括所述光束经过所述待测物透射和散色的光谱，也可以通过调整检测器4的位置接收所述待测物的反射光谱，在此不做具体限制。本实施例能够将待测物完全置于光束的照射范围内，实现所述光谱检测仪对待测物的全方位检测，从而提高检测精度。

在一个优选的实施例中，为进一步实现所述待测物的中心高度与所述光源的中心轴重合，实时获取所述光源的中心轴的高度，并能够在一定范围内调整所述光源的高度以调整所述光源射出光束的覆盖范围，如图3所示，所述食品光谱检测仪还包括光源检测器8，用于检测所述光源发射的光束的中心轴的高度；和光源调整装置9；其中，所述微处理器5根据所述光源检测器8检测到的所述光源1发射的光束的中心轴的高度指令所述光源调整装置9调整所述光源1的高度。

在另一个优选的实施例中，为进一步提高检测精度，所述检测器为检测器阵列。所述检测器阵列包括多个阵列排布的光电二极管，并且所述光电二极管越多分辨率越高，能够获得的光谱信息越多，有利于所述微处理器根据所述检测器阵列接收的吸收光谱进行处理、诊断和分析，最终输出对待测物的检测结果。

与上述实施例提供的光谱检测仪相对应，本申请的一个实施例还提供一种利用上述光谱检测仪的光谱检测方法，由于本申请实施例提供的光谱检测方法与上述几种实施例提供的光谱检测仪相对应，因此在前述实施方式也适用于本实施例提供的光谱检测方法，在本实施例中不再详细描述。

如图4所示，本发明的一个实施例提供了一种利用上述光谱检测仪进行的光谱检测方法，包括：将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至所述样品池内的待测物；所述微处理器根据所述传感器测量的待测物的高度来指令所述高度调整装置调整所述样品池的高度直至待测物的中心位置与所述光源发射的光束的中心轴重合；所述检测器检测经过所述待测物的吸收光谱；所述微处理器对所述检测器检测到的所述吸收光谱进行处理以得到待测物的成分。

在一个优选的实施例中，如图5和图6所示，在将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至所述样品池内的待测物的步骤之前，所述光谱检测方法还包括：将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至空置的样品池并且所述检测器检测空测光谱；并且所述微处理器对所述检测器检测到的所述吸收光谱进行处理以得到待测物的成分包括：所述微处理器根据所述空测光谱对所述吸收光谱进行处理以得到待测物的成分。即将待测物放入样品池之前，在实际测试环境下先进行“空测”，所述检测器接收的光谱为未经过待测物的空测光谱，所述空测光谱能够充分表现例如环境光线、灰尘等环境噪声，因此在实际测量待测物时能够使用所述空测光谱滤除环境噪声对对实际测试中的吸收光谱的影响。

完成“空测”后，将得到的空测光谱暂时存储在所述微处理器中；将待测物放入样品池后，调整所述高度调整装置使待测物的中心高度与光源的中心轴重合，检测器接收吸收光谱并传输至微处理器，所述微处理器调用空测光谱对吸收光谱进行处理，如此处理后得到的光谱数据消除了环境影响；再通过与所述微处理器中预存储的大数据进行匹配计算分析，能够更精确的对待测物内部的物质进行分析，最终输出所述待测物的物质种类、成分、添加剂等信息。

在另一个优选的实施例中，为了进一步确保待测物完全处于光束的照射范围内，在将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至空置的样品池并且所述检测器检测空测光谱的步骤之前，所述方法还包括：调整所述光源，将经过分光装置分光后的光束的照射范围覆盖所述样品池的上限高度和下限高度。即调节所述高度调整装置，测量将所述高度调整装置调整到最高处时所述样品池的上限高度，以及将所述高度调整装置调整到最低处时所述样品池的下限高度，如此在后续检测过程中，不论如何调整所述高度调整装置，所述样品池始终位于所述光源的光束的照射范围内。

进一步的，当所述待测物的高度为所述传感器测量高度上限时，所述微处理器根据所述上限计算所述待测物的中心高度。即当所述待测物的高度超过所述样品池的上限位置时，安装在所述样品池内部相对侧壁上的传感器将上限传输至所述微处理器，所述上限为所述传感器能够检测的最大值，因此所述微处理器将所述上限作为待测物的高度计算所述待测物的中心高度，并根据该中心高度进行计算并指令所述高度调整装置调整所述样品池的高度直至待测物的中心位置与所述光源发射的光束的中心轴重合。

在另一个优选的实施例中，为进一步实现对所述光源的可调性，更准确地获取所述光源的中心轴高度，使得所述待测物的中心高度与所述光源的中心轴重合，所述光谱检测仪包括用于检测所述光源发射的光束的中心轴的高度的光源检测器和光源调整装置，所述光谱检测方法还包括：所述微处理器根据所述光源检测器检测到的所述光源发射的光束的中心轴的高度指令所述光源调整装置调整所述光源的高度。在本实施例中通过增加检测光源高度的光源检测器和调整光源高度的光源调整装置调整光源的位置从而获得更适合检测的光源中心轴高度。当所述光源为固定的情况下，所述微处理器也可以通过接收外部直接输入的数值准确获取所述光源的中心轴高度。

值得说明的是，对于仅具有调节样品池高度的高度调整装置而不具有光源调整装置的光谱检测仪而言，所述微处理器以待测物的中心高度作为调整样品池高度的依据，通过调整样品池的高度使得所述待测物的中心高度与所述光源的中心轴重合；而对于具有调节样品池高度的高度调整装置且调节光源高度的光源调整装置的光谱检测仪而言，所述微处理器以待测物的中心高度作为计算调整样品池高度和光源高度的依据，通过调整样品池和光源的高度，使得所述待测物的中心高度与所述光源的中心轴重合，即同时调整样品池的高度和光源的高度，获得最适合检测待测物的位置。

上述光谱检测仪为单机检测设备，能够在一定程度上实现对待测物进行光谱检测。然而实际工业生产过程中往往还存在其他测试要求，因此本发明的另一个实施例提供了一种光谱检测系统，包括上述光谱检测仪。例如为满足需要真空检测或远程检测等非现场检测的检测场景，所述光谱检测系统还包括客户显示终端，所述光谱检测仪的微处理器将所述待测物的物质种类、成分、添加剂等信息通过有线或无线通信传输至客户显示终端，使得检测人员能够通过客户显示终端获得所述待测物的检测结果。再例如为满足需要大数据进行匹配计算分析的检测场景，所述光谱检测系统还包括服务器，例如云端服务器、远程服务器等等，所述微处理器将所述待测物的吸收光谱处理后，将光谱数据上传服务器建立数学模型，并与所述服务器中的标准数学模型和大数据进行匹配、比对，最终得到所述待测物的物质种类、成分、添加剂等信息。

值得说明的是，本领域技术人员能够理解，可以将本发明所述的光谱检测仪用于其他需要全方位检测的技术领域，本领域技术人员应当根据实际应用场景进行设计，以满足对待测物的全方位检测为设计准则。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种光谱检测仪，包括

光源；

分光装置，对所述光源发射的光束进行分光处理；

用于放置待测物的样品池；

用于检测经过所述待测物的吸收光谱的检测器和

微处理器；

其特征在于，所述光谱检测仪还包括

设置在所述样品池内部的传感器，用于测量待测物的高度；和

高度调整装置；

其中，所述微处理器根据所述传感器测量的待测物的高度来指令所述高度调整装置调整所述样品池的高度直至待测物的中心位置与所述光源发射的光束的中心轴重合。

2.根据权利要求1所述的光谱检测仪，其特征在于，所述光谱检测仪还包括

光源检测器，用于检测所述光源发射的光束的中心轴的高度；和

光源调整装置；

其中，所述微处理器根据所述光源检测器检测到的所述光源发射的光束的中心轴的高度指令所述光源调整装置调整所述光源的高度。

3.根据权利要求1所述的光谱检测仪，其特征在于，所述传感器包括位于所述样品池内部相对侧壁上的至少一对传感器。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光谱检测仪，其特征在于，所述检测器为检测器阵列。

5.一种光谱检测系统，其特征在于，包括根据权利要求1-4中任一项所述的光谱检测仪。

6.一种利用权利要求1-4中任一项的光谱检测仪进行的光谱检测方法，其特征在于，包括：

将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至所述样品池内的待测物；

所述微处理器根据所述传感器测量的待测物的高度来指令所述高度调整装置调整所述样品池的高度直至待测物的中心位置与所述光源发射的光束的中心轴重合；

所述检测器检测经过所述待测物的吸收光谱；

所述微处理器对所述检测器检测到的所述吸收光谱进行处理以得到待测物的成分。

7.根据权利要求6所述的光谱检测方法，其特征在于，

在将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至所述样品池内的待测物的步骤之前，所述光谱检测方法还包括：将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至空置的样品池并且所述检测器检测空测光谱；并且

所述微处理器对所述检测器检测到的所述吸收光谱进行处理以得到待测物的成分包括：所述微处理器根据所述空测光谱对所述吸收光谱进行处理以得到待测物的成分。

8.根据权利要求7所述的光谱检测方法，其特征在于，在将所述光源发射的光束经过所述分光装置分光后照射至空置的样品池并且所述检测器检测空测光谱的步骤之前，所述方法还包括：

调整所述光源，将经过分光装置分光后的光束的照射范围覆盖所述样品池的上限高度和下限高度。

9.根据权利要求8所述的光谱检测方法，其特征在于，

当所述待测物的高度为所述传感器测量高度上限时，所述微处理器根据所述上限计算所述待测物的中心高度。

10.根据权利要求6所述的食品光谱检测方法，其特征在于，所述光谱检测仪包括用于检测所述光源发射的光束的中心轴的高度的光源检测器和光源调整装置，

所述方法还包括：所述微处理器根据所述光源检测器检测到的所述光源发射的光束的中心轴的高度指令所述光源调整装置调整所述光源的高度。