CN111337131A - 光谱检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种光谱检测装置及其检测方法，光谱检测装置包括光路产生组件以及光谱仪，光路产生组件产生用于对待检测样品检测的实时测量光路、用于实现波长校准的波长校准光路和/或用于实现背景光校准的背景光校准光路，光谱仪用于接收并检测来自光路产生组件的实时测量光路、波长校准光路和/或背景光校准光路。光谱检测装置的检测方法包括：波长校准步骤、暗电流校准步骤、背景光校准步骤以及实时测量步骤。这种光谱检测装置及其检测方法，可以修正背景干扰和/或波长漂移带来的影响，提高检测精度和可靠性。

Description

光谱检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种光谱检测装置及其检测方法。

背景技术

光谱检测是一种在科研和生产中广泛采用的技术。随着光谱检测技术水平的提升，以及近年来在食品检测和环境监测等多个领域对光谱检测装置需求的增加，光谱检测装置行业规模将不断扩大。

现有的光谱检测装置无法进行背景光校准或波长校准，无法修正背景干扰或波长漂移带来的影响，导致检测精度和可靠性不高。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光谱检测装置及其检测方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种光谱检测装置，包括：光路产生组件，配置成产生用于对待检测样品检测的实时测量光路、用于实现波长校准的波长校准光路和/或用于实现背景光校准的背景光校准光路；光谱仪，用于接收并检测来自所述光路产生组件的所述实时测量光路、所述波长校准光路和/或所述背景光校准光路。

可选地，所述光谱检测装置还包括：光纤，设置于所述光路产生组件与所述光谱仪之间，且所述光谱仪通过所述光纤接收来自所述光路产生组件的所述实时测量光路、所述波长校准光路和/或所述背景光校准光路；光路切换组件，具有仅使所述实时测量光路经所述光纤进入所述光谱仪的实时测量状态、仅使所述波长校准光路经所述光纤进入所述光谱仪的波长校准状态和/或仅使所述背景光校准光路经所述光纤进入所述光谱仪的背景光校准状态。

可选地，所述光路产生组件包括：检测光源，配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态时发出光线；反光件，配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态时将由所述检测光源发出的光线反射至所述待检测样品，以被所述待检测样品吸收；第一反射镜，配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态时将所述待检测样品漫反射的光线反射入所述光纤；所述检测光源、所述反光件以及所述第一反射镜用于产生所述实时测量光路。

可选地，所述反光件为设置于所述检测光源背离所述待检测样品的一侧的反光杯，所述反光杯的凹面朝向所述检测光源。

可选地，所述检测光源还配置成在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时发出光线；所述反光件还配置成在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时反射由所述检测光源发出的光线；所述光谱检测装置还包括：第二反射镜，配置成在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时将所述反光件反射的光线反射入所述光纤；所述检测光源、所述反光件以及所述第二反射镜用于产生所述背景光校准光路。

可选地，所述光路产生组件还包括：校准光源，配置成在所述光路切换组件处于所述波长校准状态时发出光线；半反半透镜，配置成在所述光路切换组件处于所述波长校准状态时将所述校准光源发出的光线反射入所述光纤；所述校准光源、所述半反半透镜用于产生所述波长校准光路。

可选地，所述校准光源为在所述待检测样品所需要检测的波段有稳定的特征谱线的光源。

可选地，所述光纤为Y型光纤，所述Y型光纤具有第一接收端、第二接收端以及输送端；所述第一接收端配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态时接收来自所述实时测量光路的光线；所述第二接收端配置成在所述光路切换组件处于所述波长校准状态时用于接收来自所述波长校准光路的光线，并在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时用于接收来自所述背景光校准光路的光线；所述输送端用于将所述第一接收端以及所述第二接收端接收到的光线输送至所述光谱仪。

可选地，所述半反半透镜设置于所述第二反射镜与所述第二接收端之间，并在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时透过所述背景光校准光路的光线，以使所述背景光校准光路的光线经所述半反半透镜进入所述第二接收端。

可选地，所述光路切换组件包括至少一块电动遮光板；所述至少一块电动遮光板配置成通过移动遮挡背景光校准光路与所述半反半透镜之间的光线传播路径，并打开所述实时测量光路与所述光纤之间的光线传播路径以使所述光路切换组件处于所述实时测量状态；所述至少一块电动遮光板还配置成通过移动打开所述背景光校准光路与所述半反半透镜之间的光线传播路径，并遮挡所述实时测量光路与所述光纤之间的光线传播路径以使所述光路切换组件处于所述背景光校准状态。

可选地，所述光路切换组件还包括：控制电路，用于控制所述至少一块电动遮光板的移动以及所述检测光源与所述校准光源的开闭。

可选地，所述控制电路配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态以及所述背景光校准状态时控制所述检测光源开启，并控制所述校准光源关闭；所述控制电路还配置成在所述光路切换组件处于所述波长校准状态时控制所述校准光源开启，并控制所述检测光源关闭或控制所述至少一块电动遮光板同时遮挡背景光校准光路与所述半反半透镜之间的光线传播路径以及所述实时测量光路与所述光纤之间的光线传播路径。

可选地，所述光路切换组件还具有用于暗噪声校准的暗噪声校准状态，所述控制电路还配置成在所述光路切换组件处于所述暗噪声校准状态时控制所述校准光源关闭，并控制所述检测光源关闭或控制所述至少一块电动遮光板同时遮挡背景光校准光路与所述半反半透镜之间的光线传播路径以及所述实时测量光路与所述光纤之间的光线传播路径。

根据本发明的另一个发明，还提供了一种光谱检测装置的检测方法，包括：波长校准步骤：控制所述光路切换组件处于所述波长校准状态，并确定波长校准范围；以及位于所述波长校准步骤之后的暗电流校准步骤、背景光校准步骤以及实时测量步骤；所述暗电流校准步骤：控制所述光路切换组件处于所述暗噪声校准状态，并获取所述光谱仪在所述波长校准范围内的暗电流光强度；所述背景光校准步骤：控制所述光路切换组件处于所述背景光校准状态，并获取所述光谱仪在所述波长校准范围内的背景光强度；所述实时测量步骤：控制所述光路切换组件处于所述实时测量状态，并获取所述光谱仪在所述波长校准范围内的实时测量光强度；其中，所述暗电流校准步骤、所述背景光校准步骤以及所述实时测量步骤的顺序并不固定。

可选地，其中，在所述波长校准步骤后时间阈值后返回所述波长校准步骤，所述时间阈值大于进行一次所述暗电流校准步骤的持续时间、进行一次所述背景光校准步骤的持续时间以及进行一次所述实时测量步骤的持续时间的和。

可选地，确定所述波长校准范围的方法包括：选取被校准波长，根据下列位置计算公式计算所述被校准波长对应的实际像素点的位置：

式中X为所述被校准波长对应的实际像素点位置，X₀为直接读取的所述被校准波长对应的像素点位置，I₀为X₀对应的强度值，I_R为X₀右侧像素点对应的强度值，I_L为X₀左侧像素点对应的强度值；

根据下列波长计算公式确定所述波长校准范围：

λ_X＝A₃×X³+A₂×X²+A₁×X+A₀

式中λ_X为所述波长标准范围，所述波长标准范围λ_X是通过多项式拟合所得到的所述实际像素点对应的波长，系数A₀、A₁、A₂、A₃由所述校准光源谱线对应的波长和其对应的实际像素点通过三次拟合得出。

可选地，所述暗电流校准步骤、所述背景光校准步骤以及所述实时测量步骤后还包括：吸光度计算步骤：根据以下吸光度计算公式计算待检测样品的吸光度：

式中A为待检测样品在所述波长标准范围的吸光度，R为所述实时测量光路中光信号经过所述待检测样品反射后的光信号反射比，I₁为所述背景光校准步骤时所述光谱仪所接收的所述背景光强度，I为所述实时测量步骤时所述光谱仪所接收的所述实时测量光强度，I_a为所述暗电流校准步骤时所述光谱仪所接收的所述暗电流光强度。

可选地，所述波长校准步骤之前还包括：开机校准步骤：控制所述光路切换组件处于所述波长校准状态、所述暗噪声校准状态以及所述背景光校准状态，其中所述光路切换组件处于所述波长校准状态、所述暗噪声校准状态以及所述背景光校准状态的顺序并不固定。

与现有技术相比，本发明提供的光谱检测装置及其检测方法，可以修正背景干扰和/或波长漂移带来的影响，提高检测精度和可靠性。

光谱检测装置产生的实时测量光路、背景光校准光路、波长校准光路等均处于同一环境，提高了光谱检测装置的检测精度。

光谱检测装置采用漫反射式测量，不破坏待检测样品、操作简单、无干扰、成本低。

本发明的光谱检测装置及其检测方法是通过控制电路来控制所述至少一个电动遮光板的移动以及检测光源、校准光源的开闭状态的，可以实现自动修正背景干扰及波长漂移带来的影响，简化了操作人员的操作。

光谱检测装置中仅电动遮光板移动，而光路产生组件中各部件均不需要移动，减少了部件的损耗，极大地提高了光谱检测装置的稳定性。

并且，光纤具有高传输性，可以减少光损耗，采用Y型光纤可以免去复杂的光路设计，减少了光路的来回折返，使得光谱检测装置简单化，易于操作。

运用半反半透镜将背景光校准光路与波长校准光路的光线进行分离，使得光谱检测装置更加的简单化，减少各个光路的相互干扰。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的光路切换组件处于波长校准状态时的光路图；

图2是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的光路切换组件处于背景光校准状态时的光路图；

图3是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的光路切换组件处于实时测量状态时的光路图；

图4是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的光谱仪与光纤的装配图；

图5是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的校准光源的光谱图；

图6是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的检测方法的流程图；

图7是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的检测方法获取的暗电流光强度制作的暗电流光谱图；

图8是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的检测方法获取的背景光强度制作的背景光谱图；

图9是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的检测方法获取的实时测量光强度制作的实时测量光谱图；

图10是根据本发明一个实施例的光谱检测装置的检测方法得到的结果制作的待检测样品的吸光度图谱。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

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，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本实施例首先提供了一种光谱检测装置10，光谱检测装置10包括光路产生组件100以及光谱仪200。

光路产生组件100配置成产生用于对待检测样品500检测的实时测量光路、用于实现波长校准的波长校准光路和/或用于实现背景光校准的背景光校准光路。

也就是说，在一些实施例中，光路产生组件100产生实时测量光路与波长校准光路，在另一些实施例中，光路产生组件100产生实时测量光路与背景光校准光路，在其他实施例中，光路产生组件100产生实时测量光路、波长校准光路和背景光校准光路。

光谱仪200用于接收并检测来自光路产生组件100的实时测量光路、波长校准光路和/或背景光校准光路。

由于光谱检测装置10的光路产生组件100不仅可以产生用于对待检测样品500检测的实时测量光路，还可以产生用于实现波长校准的波长校准光路和/或用于实现背景光校准的背景光校准光路，因此光谱检测装置10可以修正背景干扰及波长漂移带来的影响，提高检测精度和可靠性。

并且，光谱检测装置10产生的实时测量光路、背景光校准光路、波长校准光路等均处于同一环境，进一步提高了光谱检测装置10的检测精度。

光谱检测装置10还可以包括光纤300与光路切换组件。

光纤300可以设置于光路产生组件100与光谱仪200之间，且光谱仪200通过光纤300接收来自光路产生组件100的实时测量光路、波长校准光路和/或背景光校准光路。光纤300具有高传输性，并且可以减少光损耗。

光路切换组件具有仅使实时测量光路经光纤300进入光谱仪200的实时测量状态、仅使波长校准光路经光纤300进入光谱仪200的波长校准状态和/或仅使背景光校准光路经光纤300进入光谱仪200的背景光校准状态。图1是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的光路切换组件处于波长校准状态时的光路图；图2是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的光路切换组件处于背景光校准状态时的光路图；图3是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的光路切换组件处于实时测量状态时的光路图。

具体地，光路切换组件可以包括至少一块电动遮光板410以及用于控制该至少一块电动遮光板410的移动的控制电路。控制电路可以通过控制驱动电机带动该至少一块电动遮光板410的移动，例如驱动电机连接伸缩杆从而带动该至少一块电动遮光板410移动，在另一些实施例中，每个电动遮光板410可以安装一个齿条，而驱动电机上安装一个齿轮，通过齿轮与齿条的配合实现电动遮光板410的移动，由于这类移动方式是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。

如图3所示，该至少一块电动遮光板410配置成通过移动遮挡背景光校准光路与光纤300之间的光线传播路径，并打开实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径以使光路切换组件处于实时测量状态。

如图2所示，该至少一块电动遮光板410还配置成通过移动打开背景光校准光路与光纤300之间的光线传播路径，并遮挡实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径以使光路切换组件处于背景光校准状态。

在一些实施例中，该至少一块电动遮光板410可以为一块电动遮光板410，由该一块电动遮光板410同时控制背景光校准光路与光纤300之间的光线传播路径以及实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径。

在另一些实施例中，该至少一块电动遮光板410可以为两块电动遮光板410，其中，一块电动遮光板410控制背景光校准光路与光纤300之间的光线传播路径，另一块电动遮光板410控制实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径。

本发明的光谱检测装置10是通过控制电路来控制该至少一个电动遮光板410的移动以及检测光源110、校准光源150的开闭状态的，可以实现自动修正背景干扰及波长漂移带来的影响，简化了操作人员的操作。

并且，光谱检测装置10中仅电动遮光板410移动，而光路产生组件100中各部件均不需要移动，减少了部件的损耗，极大地提高了光谱检测装置10的稳定性。

优选地，光纤300可以为Y型光纤，Y型光纤具有第一接收端、第二接收端以及输送端。

第一接收端配置成在光路切换组件处于实时测量状态时接收来自实时测量光路的光线。

第二接收端配置成在光路切换组件处于波长校准状态时用于接收来自波长校准光路的光线，并在光路切换组件处于背景光校准状态时用于接收来自背景光校准光路的光线。

输送端用于将第一接收端以及第二接收端接收到的光线输送至光谱仪200。采用Y型光纤可以免去复杂的光路设计，减少了光路的来回折返，使得光谱检测装置10简单化，易于操作。

Y型光纤的输送端可以连接至光谱仪200的入射狭缝，具体地，光谱仪200可以包括开设有入射狭缝的入射狭缝件210、光谱仪反射镜220、凹面光栅230以及线阵图像传感器240，图4是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的光谱仪200与光纤300的装配图。Y型光纤的输送端输送的光线进入入射狭缝后经光谱仪反射镜220反射后传递至凹面光栅230以分散成多条光束，最后传递至线阵图像传感器240，从而可以检测光强度。

光路产生组件100可以包括检测光源110、反光件120以及第一反射镜130。检测光源110、反光件120以及第一反射镜130用于产生实时测量光路。

如图3所示，检测光源110配置成在光路切换组件处于实时测量状态时发出光线，控制电路可以用于控制检测光源110的开闭，具体地，在光路切换组件处于实时测量状态时控制检测光源110打开。本实施例中，检测光源110可以为卤素灯。

反光件120配置成在光路切换组件处于实时测量状态时将由检测光源110发出的光线反射至待检测样品500，以被待检测样品500吸收。具体地，反光件120为设置于检测光源110背离待检测样品500的一侧的反光杯，反光杯的凹面朝向检测光源110，以将光线均匀的照射到待检测样品500上。

第一反射镜130配置成在光路切换组件处于实时测量状态时将待检测样品500漫反射的光线反射入光纤300，也就是说，光谱检测装置10采用漫反射式测量，不破坏待检测样品500、操作简单、无干扰、成本低。

如图2所示，检测光源110还可以配置成在光路切换组件处于背景光校准状态时发出光线，此时控制电路控制检测光源110打开。反光件120还可以配置成在光路切换组件处于背景光校准状态时反射由检测光源110发出的光线。

光谱检测装置10还可以包括第二反射镜140，第二反射镜140配置成在光路切换组件处于背景光校准状态时将反光件120反射的光线反射入光纤300。

检测光源110、反光件120以及第二反射镜140用于产生背景光校准光路。

光路产生组件100还可以包括校准光源150以及半反半透镜160。校准光源150与半反半透镜160用于产生波长校准光路。

如图1所示，校准光源150配置成在光路切换组件处于波长校准状态时发出光线，控制电路可以用于控制校准光源150的开闭，在光路切换组件处于波长校准状态时控制电路控制校准光源150打开，并控制检测光源110关闭或控制该至少一块电动遮光板410同时遮挡背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径以及实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径。

校准光源150在光路切换组件处于实时测量状态、背景光校准状态以及暗噪声校准时被控制电路控制关闭。

具体地，校准光源150为在待检测样品500所需要检测的波段有稳定的特征谱线的光源。本实施例中，待检测样品500为大豆，则所需要检测的波段为近红外波段900-1700纳米，图5是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的校准光源150的光谱图(图5中横坐标为波长，纵坐标为光强度)，汞灯在该波段内有稳定的特征谱线，因此，当待检测样品500为大豆时，校准光源150可以为汞灯。本领域技术人员可以理解地，本实施例的光谱检测装置10也可以用来检测大豆以外的其他物品，当待检测样品500为其他物品时，所需要检测的波段也不同，可以根据待检测样品500所需要检测的波段选择的校准光源150。

半反半透镜160配置成在光路切换组件处于波长校准状态时将校准光源150发出的光线反射入光纤300。运用半反半透镜160将背景光校准光路与波长校准光路的光线进行分离，使得光谱检测装置10更加的简单化，减少各个光路的相互干扰。

具体地，半反半透镜160可以设置于第二反射镜140与第二接收端之间，并在光路切换组件处于背景光校准状态时透过背景光校准光路的光线，以使背景光校准光路的光线经半反半透镜160进入第二接收端。校准光源150可以设置于半反半透镜160与第二接收端之间。

本领域技术人员可以理解地，该至少一块电动遮光板410通过移动遮挡背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径可以遮挡背景光校准光路与光纤300之间的光线传播路径，该至少一块电动遮光板410通过移动打开背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径可以打开背景光校准光路与光纤300之间的光线传播路径。也就是说，该至少一块电动遮光板410通过移动遮挡背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径，并打开实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径以使光路切换组件处于实时测量状态。该至少一块电动遮光板410通过移动打开背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径，并遮挡实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径以使光路切换组件处于背景光校准状态。

在一些实施例中，光路切换组件还具有用于暗噪声校准的暗噪声校准状态。以提高检测结果的精确度。在光路切换组件处于暗噪声校准状态时控制电路控制校准150光源关闭，并控制检测光源110关闭或控制至少一块电动遮光板410同时遮挡背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径以及实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径。

本实施例还提供了一种光谱检测装置10的检测方法，图6是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的检测方法的流程图，光谱检测装置10的检测方法包括波长校准步骤以及位于波长校准步骤之后的暗电流校准步骤、背景光校准步骤以及实时测量步骤。其中，暗电流校准步骤、背景光校准步骤以及实时测量步骤的顺序并不固定。也就是说，在一些实施例中，可以先执行暗电流校准步骤、再执行背景光校准步骤，最后执行实时测量步骤，在另一些实施例中，可以先执行暗电流校准步骤、再执行实时测量步骤，最后执行背景光校准步骤等。光谱检测装置10的检测方法包括以下步骤：

S602，波长校准步骤：控制光路切换组件处于波长校准状态，并确定波长校准范围；

控制光路切换组件处于波长校准状态包括：控制校准光源150打开，并控制检测光源110关闭或控制该至少一块电动遮光板410同时遮挡背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径以及实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径。

其中，确定波长校准范围的方法包括：

选取被校准波长，根据下列位置计算公式计算被校准波长对应的实际像素点的位置：

式中X为被校准波长对应的实际像素点位置，X₀为直接读取的被校准波长对应的像素点位置，I₀为X₀对应的强度值，I_R为X₀右侧像素点对应的强度值，I_L为X₀左侧像素点对应的强度值；

根据下列波长计算公式确定波长校准范围：

λ_X＝A₃×X³+A₂×X²+A₁×X+A₀

式中λ_X为波长标准范围，波长标准范围λ_X是通过多项式拟合所得到的实际像素点对应的波长，系数A₀、A₁、A₂、A₃由校准光源150谱线对应的波长和其对应的实际像素点通过三次拟合得出，例如，本实施例得到的λ_X为处于900纳米到1800纳米之间的多个点值，在一些实施例中可以选取几个不同的被校准波长分别计算波长标准范围，例如，可以选取4个、6个等。

S604，暗电流校准步骤：控制光路切换组件处于暗噪声校准状态，并获取光谱仪200在波长校准范围内的暗电流光强度；

其中，控制光路切换组件处于暗噪声校准状态包括：控制校准光源150关闭，并控制检测光源110关闭或控制该至少一块电动遮光板410同时遮挡背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径以及实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径。图7是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的检测方法获取的暗电流光强度制作的暗电流光谱图(其中，横坐标表示波长，纵坐标表示光强度)。

S606，背景光校准步骤：控制光路切换组件处于背景光校准状态，并获取光谱仪200在波长校准范围内的背景光强度；

其中，控制光路切换组件处于背景光校准状态包括：控制检测光源110打开、控制校准光源150关闭，控制该至少一块电动遮光板410打开背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径，并遮挡实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径。图8是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的检测方法获取的背景光强度制作的背景光谱图(其中，横坐标表示波长，纵坐标表示光强度)。

S608，实时测量步骤：控制光路切换组件处于实时测量状态，并获取光谱仪200在波长校准范围内的实时测量光强度；

其中，控制光路切换组件处于实时测量状态包括：控制检测光源110打开、控制校准光源150关闭，控制该至少一块电动遮光板410遮挡背景光校准光路与半反半透镜160之间的光线传播路径，并打开实时测量光路与光纤300之间的光线传播路径。图9是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的检测方法获取的实时测量光强度制作的实时测量光谱图(其中，横坐标表示波长，纵坐标表示光强度)。

在一些实施例中，在波长校准步骤后时间阈值后返回波长校准步骤，时间阈值大于进行一次暗电流校准步骤的持续时间、进行一次背景光校准步骤的持续时间以及进行一次实时测量步骤的持续时间的和。具体地，该时间阈值可以为0.5小时至4小时之间任意值。

在一些实施例中，该时间阈值可以是预设在光谱检测装置10中的，在另一些实施例中，该时间阈值可以是非预设在光谱检测装置10的，从而使得在检测过程中可以根据实际检测情况在检测过程中调整时间阈值，以满足检测的需求。

这种设置方式可以定时自动修正波长漂移带来的影响，提高检测结果的精确性。在返回波长校准步骤后，重新执行暗电流校准步骤、背景光校准步骤以及实时测量步骤等后续步骤。

暗电流校准步骤、背景光校准步骤以及实时测量步骤后还包括：

S610，吸光度计算步骤：根据以下吸光度计算公式计算待检测样品500的吸光度：

式中A为待检测样品500在波长标准范围的吸光度，R为实时测量光路中光信号经过待检测样品500反射后的光信号反射比，I₁为背景光校准步骤时光谱仪200所接收的背景光强度，I为实时测量步骤时光谱仪200所接收的实时测量光强度，I_a为暗电流校准步骤时光谱仪200所接收的暗电流光强度。

在一些实施例中，波长校准步骤之前还包括：

S600，开机校准步骤：控制光路切换组件处于波长校准状态、暗噪声校准状态以及背景光校准状态，其中光路切换组件处于波长校准状态、暗噪声校准状态以及背景光校准状态的顺序并不固定。也就是说，光路切换组件可以先处于波长校准状态，再处于暗噪声校准状态，最后再处于背景光校准状态，也可以先处于暗噪声校准状态，再处于波长校准状态，最后再处于背景光校准状态等，从而提高检测结果的精确度。

图10是根据本发明一个实施例的光谱检测装置10的检测方法得到的结果制作的待检测样品500的吸光度图谱(其中，横坐标表示波长，纵坐标表示吸光度)。根据该吸光度图谱可以对待检测样品500内的物质含量进行分析，从而可以得到待检测样品500内物质的含量。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种光谱检测装置，包括：

光路产生组件，配置成产生用于对待检测样品检测的实时测量光路、用于实现波长校准的波长校准光路和/或用于实现背景光校准的背景光校准光路；

光谱仪，用于接收并检测来自所述光路产生组件的所述实时测量光路、所述波长校准光路和/或所述背景光校准光路。

2.根据权利要求1所述的光谱检测装置，其中，还包括：

光纤，设置于所述光路产生组件与所述光谱仪之间，且所述光谱仪通过所述光纤接收来自所述光路产生组件的所述实时测量光路、所述波长校准光路和/或所述背景光校准光路；

光路切换组件，具有仅使所述实时测量光路经所述光纤进入所述光谱仪的实时测量状态、仅使所述波长校准光路经所述光纤进入所述光谱仪的波长校准状态和/或仅使所述背景光校准光路经所述光纤进入所述光谱仪的背景光校准状态。

3.根据权利要求2所述的光谱检测装置，其中，所述光路产生组件包括：

检测光源，配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态时发出光线；

反光件，配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态时将由所述检测光源发出的光线反射至所述待检测样品，以被所述待检测样品吸收；

第一反射镜，配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态时将所述待检测样品漫反射的光线反射入所述光纤；

所述检测光源、所述反光件以及所述第一反射镜用于产生所述实时测量光路。

4.根据权利要求3所述的光谱检测装置，其中，

所述反光件为设置于所述检测光源背离所述待检测样品的一侧的反光杯，所述反光杯的凹面朝向所述检测光源。

5.根据权利要求3或4所述的光谱检测装置，其中，

所述检测光源还配置成在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时发出光线；

所述反光件还配置成在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时反射由所述检测光源发出的光线；所述光谱检测装置还包括：

第二反射镜，配置成在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时将所述反光件反射的光线反射入所述光纤；

所述检测光源、所述反光件以及所述第二反射镜用于产生所述背景光校准光路。

6.根据权利要求5所述的光谱检测装置，其中，所述光路产生组件还包括：

校准光源，配置成在所述光路切换组件处于所述波长校准状态时发出光线；

半反半透镜，配置成在所述光路切换组件处于所述波长校准状态时将所述校准光源发出的光线反射入所述光纤；

所述校准光源、所述半反半透镜用于产生所述波长校准光路。

7.根据权利要求6所述的光纤，其中，

所述校准光源为在所述待检测样品所需要检测的波段有稳定的特征谱线的光源。

8.根据权利要求6所述的光纤，其中，

所述光纤为Y型光纤，所述Y型光纤具有第一接收端、第二接收端以及输送端；

所述第一接收端配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态时接收来自所述实时测量光路的光线；

所述第二接收端配置成在所述光路切换组件处于所述波长校准状态时用于接收来自所述波长校准光路的光线，并在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时用于接收来自所述背景光校准光路的光线；

所述输送端用于将所述第一接收端以及所述第二接收端接收到的光线输送至所述光谱仪。

9.根据权利要求8所述的光谱检测装置，其中，

所述半反半透镜设置于所述第二反射镜与所述第二接收端之间，并在所述光路切换组件处于所述背景光校准状态时透过所述背景光校准光路的光线，以使所述背景光校准光路的光线经所述半反半透镜进入所述第二接收端。

10.根据权利要求9所述的光谱检测装置，其中，所述光路切换组件包括至少一块电动遮光板；

所述至少一块电动遮光板配置成通过移动遮挡背景光校准光路与所述半反半透镜之间的光线传播路径，并打开所述实时测量光路与所述光纤之间的光线传播路径以使所述光路切换组件处于所述实时测量状态；

所述至少一块电动遮光板还配置成通过移动打开所述背景光校准光路与所述半反半透之间的光线传播路径，并遮挡所述实时测量光路与所述光纤之间的光线传播路径以使所述光路切换组件处于所述背景光校准状态。

11.根据权利要求10所述的光谱检测装置，其中，所述光路切换组件还包括：

控制电路，用于控制所述至少一块电动遮光板的移动以及所述检测光源与所述校准光源的开闭。

12.根据权利要求11所述的光谱检测装置，其中，

所述控制电路配置成在所述光路切换组件处于所述实时测量状态以及所述背景光校准状态时控制所述检测光源开启，并控制所述校准光源关闭；

所述控制电路还配置成在所述光路切换组件处于所述波长校准状态时控制所述校准光源开启，并控制所述检测光源关闭或控制所述至少一块电动遮光板同时遮挡背景光校准光路与所述半反半透镜之间的光线传播路径以及所述实时测量光路与所述光纤之间的光线传播路径。

13.根据权利要求11所述的光谱检测装置，其中，

所述光路切换组件还具有用于暗噪声校准的暗噪声校准状态，所述控制电路还配置成在所述光路切换组件处于所述暗噪声校准状态时控制所述校准光源关闭，并控制所述检测光源关闭或控制所述至少一块电动遮光板同时遮挡背景光校准光路与所述半反半透镜之间的光线传播路径以及所述实时测量光路与所述光纤之间的光线传播路径。

14.一种根据权利要求13所述的光谱检测装置的检测方法，包括：

波长校准步骤：控制所述光路切换组件处于所述波长校准状态，并确定波长校准范围；

以及位于所述波长校准步骤之后的暗电流校准步骤、背景光校准步骤以及实时测量步骤；

所述暗电流校准步骤：控制所述光路切换组件处于所述暗噪声校准状态，并获取所述光谱仪在所述波长校准范围内的暗电流光强度；

所述背景光校准步骤：控制所述光路切换组件处于所述背景光校准状态，并获取所述光谱仪在所述波长校准范围内的背景光强度；

所述实时测量步骤：控制所述光路切换组件处于所述实时测量状态，并获取所述光谱仪在所述波长校准范围内的实时测量光强度；

其中，所述暗电流校准步骤、所述背景光校准步骤以及所述实时测量步骤的顺序并不固定。

15.一种根据权利要求14所述的光谱检测装置的检测方法，其中，

在所述波长校准步骤后时间阈值后返回所述波长校准步骤，所述时间阈值大于进行一次所述暗电流校准步骤的持续时间、进行一次所述背景光校准步骤的持续时间以及进行一次所述实时测量步骤的持续时间的和。

16.根据权利要求14所述的检测方法，其中，确定所述波长校准范围的方法包括：

选取被校准波长，根据下列位置计算公式计算所述被校准波长对应的实际像素点的位置：

式中X为所述被校准波长对应的实际像素点位置，X₀为直接读取的所述被校准波长对应的像素点位置，I₀为X₀对应的强度值，I_R为X₀右侧像素点对应的强度值，I_L为X₀左侧像素点对应的强度值；

根据下列波长计算公式确定所述波长校准范围：

λ_X＝A₃×X³+A₂×X²+A₁×X+A₀

式中λ_X为所述波长标准范围，所述波长标准范围λ_X是通过多项式拟合所得到的所述实际像素点对应的波长，系数A₀、A₁、A₂、A₃由所述校准光源谱线对应的波长和其对应的实际像素点通过三次拟合得出。

17.根据权利要求14所述的检测方法，其中，所述暗电流校准步骤、所述背景光校准步骤以及所述实时测量步骤后还包括：

吸光度计算步骤：根据以下吸光度计算公式计算待检测样品的吸光度：

式中A为待检测样品在所述波长标准范围的吸光度，R为所述实时测量光路中光信号经过所述待检测样品反射后的光信号反射比，I₁为所述背景光校准步骤时所述光谱仪所接收的所述背景光强度，I为所述实时测量步骤时所述光谱仪所接收的所述实时测量光强度，I_a为所述暗电流校准步骤时所述光谱仪所接收的所述暗电流光强度。

18.根据权利要求14所述的检测方法，其中，所述波长校准步骤之前还包括：

开机校准步骤：控制所述光路切换组件处于所述波长校准状态、所述暗噪声校准状态以及所述背景光校准状态，其中所述光路切换组件处于所述波长校准状态、所述暗噪声校准状态以及所述背景光校准状态的顺序并不固定。

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