CN109406448A - 红外光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红外光谱分析技术领域，公开了一种红外光谱仪，用以降低红外光谱曲线受温度漂移的影响，提高样品红外光谱的稳定性。本发明的红外光谱采样窗口被分割为第一区域和第二区域，并分别设置红外光谱传感器和红外测温传感器；本发明同时加载光谱采集算法、温度关联算法及温度补偿算法，其中，光谱采集算法用于将红外光谱传感器采集的红外信号转化为红外光谱，温度关联算法用于将红外测温传感器采集的温度信号转化为温度值，并将所有温度值与光谱采集算法得到的所有红外光谱进行关联，进而得到基于温度值的光谱集合，温度补偿算法用于按照光谱集合包含的温度信息对光谱集合进行温度补偿处理。本发明适用于近红外光谱分析。
Description
技术领域
本发明涉及红外光谱分析技术领域，特别涉及红外光谱仪。
背景技术
近红外光谱分析技术是一种快速检测技术，采用化学计量学方法分析物体的近红外光谱，可以对物体的化学主成份以及物理形态信息进行定性和定量的分析。近红外光谱技术具备不需制样、无损、快速及多项指标同时检测出结果的优异特性，作为替代传统的理化分析技术手段，在制造领域已得到广泛应用。近红外光谱分析的主要目的是提取不同物体的理化信息对近红外光吸光度的响应，然后用不同物体的不同响应和物体本身的理化信息做相关性数学模型，来实现近红外光谱对物体理化信息的间接分析。
目前，普通的微型近红外光谱仪存在光谱范围窄，不容易建模的问题，同时近红外光谱受温度漂移影响也比较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种红外光谱仪，用以降低红外光谱曲线受温度漂移的影响，提高样品红外光谱的稳定性。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：红外光谱仪，包括处理器和红外光谱采样窗口，其特征在于，所述红外光谱采样窗口被分割为第一区域和第二区域，所述第一区域中设置有红外光谱传感器，所述第二区域中设置有红外测温传感器；所述处理器分别与所述红外光谱传感器、红外测温传感器电连接；
所述红外光谱传感器用于采集样品反射的红外信号；
所述红外测温传感器用于采集样品的温度信号；
所述处理器加载有光谱采集算法、温度关联算法及温度补偿算法；
所述光谱采集算法用于将所述红外光谱传感器采集的红外信号转化为红外光谱；
所述温度关联算法用于将所述红外测温传感器采集的温度信号转化为温度值，并将所有温度值与所述光谱采集算法得到的所有红外光谱进行关联，进而得到基于温度值的光谱集合；
所述温度补偿算法用于按照光谱集合包含的温度信息对光谱集合进行温度补偿处理。
进一步的，为了拓宽红外光谱范围，所述红外光谱传感器的数量可以为多个，同时所述处理器还加载有光谱拼接算法；当多个红外光谱传感器采集的红外信号被所述光谱采集算法分别转化为多个红外光谱后，通过所述光谱拼接算法对多个红外光谱进行拼接处理，从而拓宽红外光谱范围。
进一步的，由于在多个红外光谱传感器之间重合的接收区域中，样品光谱信息可以被均匀接收，因此，为了使得多个红外光谱传感器之间重合的接收区域最大，多个红外光谱传感器之间可以贴靠设置。
进一步的，所述红外光谱传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一区域和第二区域为两个贴靠的矩形区域，所述第一传感器和所述第一传感器排列方向垂直于第二区域的矩形长边方向。
本发明的有益效果是：本发明在采集红外光谱的时候即时对样品温度数据进行搜集，并通过温度校正算法对光谱曲线集合进行温度校正，降低了红外光谱曲线受温度漂移的影响，提高了样品近红外光谱的稳定性；同时，本发明采用传感器拼接的方式拓宽了红外光谱范围。
附图说明
图1是实施例中光谱采样窗口的结构简图；
图2是实施例中近红外光能量照射样品的示意图；
图3是实施例中样品近红外光谱接收的示意图；
图4是实施例中光谱采样窗口形成的光谱采样效果；
图5是实施例中近红外光谱合成的示意图；
图6是实施例中近红外光谱温度补偿的示意图。
附图说明：100为第一矩形区域，101和102为近红外光谱传感器，103为红外测温传感器，105为第二矩形区域，106-109为近红外光源，200为光谱仪积分腔，201为近红外窗口玻璃，202为样品，203-208为近红外光源发出的光束，300为红外测温腔，301-303为透镜，304-307为样品反射回来的近红外光谱能量光束，308-309为样品表面发射的红外光能量光束，310为红外窗口玻璃，400为重叠区域，401为一个传感器的接收区域，402为另一个传感器的接收区域，403为红外测温区域，505为一个传感器检测得到的近红外光谱，506为另一个传感器检测得到的近红外光谱，508为拼接后的近红外光谱，603为温度补偿后前的光谱集合，605为温度补偿后的光谱集合，T1、T2、T3、…、Tn为温度值。
具体实施方式
普通的微型近红外光谱仪存在光谱范围窄，不容易建模的问题，同时近红外光谱受温度影响漂移很大，如果在近红外光谱仪采样过程中可以直接获得样品的温度信息，根据温度校正算法就可以解决近红外光谱漂移的问题。为此，本发明提供一种红外光谱仪，包括处理器和红外光谱采样窗口，其中，所述红外光谱采样窗口被分割为第一区域和第二区域，所述第一区域中设置有红外光谱传感器，所述第二区域中设置有红外测温传感器；所述处理器分别与所述红外光谱传感器、红外测温传感器电连接；
所述红外光谱传感器用于采集样品反射的红外信号；
所述红外测温传感器用于采集样品的温度信号；
所述处理器加载有光谱采集算法、温度关联算法及温度补偿算法；
所述光谱采集算法用于将所述红外光谱传感器采集的红外信号转化为红外光谱；
所述温度关联算法用于将所述红外测温传感器采集的温度信号转化为温度值，并将所有温度值与所述光谱采集算法得到的所有红外光谱进行关联，进而得到基于温度值的光谱集合；
所述温度补偿算法用于按照光谱集合包含的温度信息对光谱集合进行温度补偿处理。
红外光谱仪在采集红外光谱的时候即时对样品温度数据进行搜集，并通过温度校正算法对光谱曲线集合进行温度校正，从而降低了红外光谱曲线受温度漂移的影响。
为了拓宽红外光谱范围，所述红外光谱传感器的数量可以为多个，所述处理器还加载有光谱拼接算法；当多个红外光谱传感器采集的红外信号被所述光谱采集算法分别转化为多个红外光谱后，通过所述光谱拼接算法对多个红外光谱进行拼接处理，从而拓宽红外光谱范围。
由于在多个红外光谱传感器之间重合的接收区域中，样品光谱信息可以被均匀接收，因此，为了使得多个红外光谱传感器之间重合的接收区域最大，多个红外光谱传感器之间可以贴靠设置。
实施例
实施例提供一种微型近红外光谱仪，包括处理器和近红外光谱采样窗口，如图1所示，所述红外光谱采样窗口被分割为贴靠着的第一矩形区域100和第二矩形区域105；第一矩形区域100用来对样品进行近红外光照射和采样，并排放置了近红外光谱传感器101和近红外光谱传感器102，近红外光谱传感器101和近红外光谱传感器102的排列方向垂直于第一矩形区域100的长边方向，在近红外光谱传感器101和近红外光谱传感器102周围对称放置了近红外光源106、107、108、109。第二矩形区域105用来测试样品的温度，放置了红外测温传感器103。
图2是本实施例中近红外光谱能量照射样品的示意图，图中，光谱仪积分腔200的一端放置了近红外光源106、107、108、109，另一端的端面贴有近红外窗口玻璃201。对于样品202来说，近红外窗口玻璃可以将样品202的表面压平整，提高样品近红外光谱的质量。光谱仪积分腔200内壁表面进行高反射处理，近红外光源106、109发出的光束203、204、205经过光谱仪积分腔200内壁反射后到达被近红外窗口玻璃201压平的样品202的表面；近红外光源107、108发出的光束206、207、208经过光谱仪积分腔200内壁反射后到达被近红外窗口玻璃201压平的样品202的表面。
图3是本实施例中样品近红外光谱接收示意图，图中，从被近红外窗口玻璃201压平的样品202表面反射回来的近红外光谱能量光束304、305在光谱仪积分腔200内部通过透镜301进入近红外光谱传感器102内部并被接收；从被近红外窗口玻璃201压平的样品202表面反射回来的近红外光谱能量光束306、307在光谱仪积分腔200内部通过透镜302进入近红外光谱传感器101内部并被接收；从被红外窗口玻璃310压平的样品202表面发射的红外光能量光束308、309在光谱仪红外测温腔300内部通过透镜303进入红外测温传感器103内部并被接收。
图4是本实施例中光谱采样窗口位置的采样效果示意图，在光谱仪积分腔200的端面，被近红外窗口玻璃压平的样品表面位置处，形成传感器接收区域401和传感器接收区域402，区域400是传感器接收区域401和传感器接收区域402的重叠区域，位于区域400的样品光谱信息都可以被均匀接收。在光谱仪红外测温腔300的端面，被红外窗口玻璃压平的样品表面处，形成红外测温区域403，红外测温区域403的温度信息代表了整个样品的温度信息。
本实施的处理器加载有光谱采集算法、温度关联算法、光谱拼接算法及温度补偿算法，基于该处理器，本实施微型近红外光谱仪的光谱处理原理如下；
首先，如图5所示，近红外光谱传感器101采集的信号经过光谱采集算法F1(X)计算得出近红外光谱505；近红外光谱传感器102采集的信号经过光谱采集算法F2(X)计算得出近红外光谱506；然后，近红外光谱505和近红外光谱506再经过光谱拼接算法F3(X)计算得出近红外光谱508；然后，如图6所示，红外测温传感器103采集的电信号通过温度采集算法F4(X)计算得出每次采集光谱时样品的温度值T1、T2、T3、…、Tn，并将温度值T1、T2、T3、…、Tn与所述光谱采集算法得到的所有红外光谱进行关联，从而得到基于温度值的光谱集合603；光谱集合603经过温度补偿算法F5(X)处理后最终形成新的消除了温度漂移影响的样品光谱集合605。
Claims (4)
1.红外光谱仪，包括处理器和红外光谱采样窗口，其特征在于，所述红外光谱采样窗口被分割为第一区域和第二区域，所述第一区域中设置有红外光谱传感器，所述第二区域中设置有红外测温传感器；所述处理器分别与所述红外光谱传感器、红外测温传感器电连接；
所述红外光谱传感器用于采集样品反射的红外信号；
所述红外测温传感器用于采集样品的温度信号；
所述处理器加载有光谱采集算法、温度关联算法及温度补偿算法；
所述光谱采集算法用于将所述红外光谱传感器采集的红外信号转化为红外光谱；
所述温度关联算法用于将所述红外测温传感器采集的温度信号转化为温度值，并将所有温度值与所述光谱采集算法得到的所有红外光谱进行关联，进而得到基于温度值的光谱集合；
所述温度补偿算法用于按照光谱集合包含的温度信息对光谱集合进行温度补偿处理。
2.如权利要求1所述的红外光谱仪，其特征在于，所述红外光谱传感器的数量为多个，所述处理器还加载有光谱拼接算法；多个红外光谱传感器采集的红外信号被所述光谱采集算法分别转化为多个红外光谱之后，所述光谱拼接算法用于对多个红外光谱进行拼接处理。
3.如权利要求2所述的红外光谱仪，其特征在于，多个红外光谱传感器之间贴靠设置。
4.如权利要求3所述的红外光谱仪，其特征在于，所述红外光谱传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一区域和第二区域为两个贴靠的矩形区域，所述第一传感器和所述第二传感器排列方向垂直于第一区域的矩形长边方向。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190301 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |