CN112432918A - 一种漫反射式温度传感近红外探头测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种漫反射式温度传感近红外探头测量系统，近红外光源发射的近红外光信号，通过第一光纤传输至被测物体，近红外光信号经被测物体反射后形成漫反射近红外光信号，漫反射近红外光信号通过第二光纤传输至近红外光谱仪，形成近红外光谱，并将近红外光谱传输至计算机；温度传感器采集被测物体的温度信息，并将温度信息传输至计算机，计算机输出在该温度下的近红外光谱图。该系统在测量近红外光谱的同时，可以检测对应的温度信息，并实时对近红外光谱进行温度补偿校正，提高了近红外光谱分析技术的测量准确性。
Description
技术领域
本发明涉及近红外光谱测量领域，特别是涉及一种漫反射式温度传感近红外探头测量系统。
背景技术
近红外光谱技术由于快速、无损、高通量，广泛应用石油化工、材料、生命科学、农业食品等领域。但是近红外光谱属于分子光谱，是能量光谱，对温度比较敏感，温度变化不仅导致吸光度强度的变化，也导致谱带位移。因而在建立分子光谱定量或者定性分析模型时，当介质温度变化较大时则会导致预测结果误差较大。在实验室中通常是通过严格控制样品温度达到准确测量的目的，然而对于原位在线测量或者现场便携式设备，难以有效控制测试温度，尤其对于石油化工行业，便携式设备在极端恶劣情况下使用，同一样品最高温度可能300℃以上，而最低温度可能-30℃，这严重影响模型的预测或者识别准确性。
因此在测量时需要对光谱进行温度补偿校正，这就需要在测定光谱时，实时获知温度信息。在实际应用时通常是建立不同温度下的全局定量或者定性分析模型来校正温度对模型预测或者识别精度的影响，但是这种方法在低含量分析或者样品光谱或者性质差异较小时，尤其是在物理性质的定量分析或者定性分析时效果较差。
例如，褚小立等人以重整汽油/辛烷值/苯含量为研究体系,考察了光谱预处理、波长选择以及温度补偿校正集三种方法对建立稳健分析模型的有效性。但是该研究是使用的短波近红外光谱(700～1100nm)，而且该体系分子间作用力较小，无氢键变化，光谱变形较小。王冬等人[3,4]分别研究了温度对烟草总植物碱和复配乳油的近红外定量分析模型的影响，发现使用全局模型可以提高模型的预测精度，但是这种方法不仅建模工作量大，而且所述方法对模型预测精度提高效果较小。
目前尚无一种设备能同时测量近红外光谱和温度，导致近红外光谱分析技术在物料温度差异较大时测量准确性较低，极大的限制了近红外光谱在线测量技术和便携式设备的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种漫反射式温度传感近红外探头测量系统，可同时测量近红外光谱和温度，提高了近红外光谱分析技术的测量准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种漫反射式温度传感近红外探头测量系统，所述系统具体包括：
近红外光源，用于产生近红外光；
第一光纤，与所述近红外光源连接，用于传输所述近红外光；所述近红外光透透射至被测物体后反射，形成漫反射近红外光；
第二光纤，用于传输所述漫反射近红外光；
红外光谱仪，与所述第二光纤连接，用于根据所述漫反射近红外光形成近红外光谱；
温度传感器，用于采集所述被测物体的温度信息；
计算机，分别与所述近红外光谱仪和所述温度传感器连接，用于将所述近红外光谱与所述温度信息匹配，得到对应温度下的近红外光谱图。
可选的，所述系统还包括：
壳体，用于容纳所述第一光纤、所述第二光纤和所述温度传感器。
可选的，所述第一光纤和所述第二光纤均为多根。
可选的，所述系统还包括：
温度信号转换装置，设置于所述温度传感器与所述计算机之间，用于将所述温度信息转换后传输至所述计算机。
可选的，所述温度信号转换装置与所述温度传感器通过温度传感器连接线连接。
可选的，所述第一光纤通过第一近红外光纤与所述近红外光源连接。
可选的，所述第二光纤通过第二近红外光纤与所述红外光谱仪连接。
可选的，所述计算机与所述近红外光谱仪通过第一数据连接线连接，所述第一数据连接线用于传输所述近红外光谱。
可选的，所述计算机与所述温度信号转换装置通过第二数据连接线连接，所述第二数据连接线用于传输所述温度信息。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的近红外光源发射的近红外光信号，通过第一光纤传输至被测物体，被测物体接收第一近红外光信号后反射形成反射近红外光信号，反射近红外光信号通过第二光纤传输至近红外光谱仪，形成近红外光谱，并将近红外光谱传输至计算机；温度传感器采集的被测物体的温度信息，并将温度信息传输至计算机，计算机输出在该温度下的近红外光谱图。该系统在测量近红外光谱的同时，可以检测对应的温度信息，从而达到实时对近红外光谱进行温度补偿校正的目的，提高了近红外光谱分析技术的测量准确性，并且将温度传感器设置于接近被测物体的位置，最大限度的保证红外光谱与温度描述同一样本，提高了测量的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例提供的漫反射式温度传感近红外探头测量系统的系统结构图；
图2为本发明的实施例提供的2℃左右的氯丁橡胶乳胶成膜过程近红外光谱及每条光谱所对应的温度示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本发明的目的是提供一种漫反射式温度传感近红外探头测量系统，可同时测量近红外光谱和温度，提高了近红外光谱分析技术的测量准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示，本实施例提供的漫反射式温度传感近红外探头测量系统包括：
第一光纤1、第二光纤2、温度传感器3、计算机4、红外光谱仪5、近红外光源6、温度信号转换装置7、温度传感器连接线8、第一近红外光纤9、第二近红外光纤10、第一数据连接线11、和第二数据连接线12。
近红外光源6，用于产生近红外光；
第一光纤1，通过第一近红外光纤9与近红外光源6连接，用于传输近红外光；近红外光经被测物体13粗糙的表面反射后形成漫反射近红外光。本实施例具体检测的是氯丁橡胶乳胶成膜过程。
第二光纤2，用于传输漫反射近红外光。
红外光谱仪5，通过第二近红外光纤10与第二光纤2连接，用于根据反射近红外光形成近红外光谱；本实施例使用的光谱仪为Matrix-F(Bruker,Germany)傅里叶近红外光谱仪，光谱波长范围12000—4000cm-1，波长分辨率8cm-1，光谱平均次数32次，使用漫反射方式采集光谱，光程为5mm。
温度传感器3，用于采集被测物体13的温度信息；
计算机4，通过第一数据连接线11与近红外光谱仪5连接，通过第二数据连接线12与温度传感器3连接，计算机4将近红外光谱与温度信息匹配，得到对应温度下的近红外光谱图。第一数据连接线11用于传输近红外光谱，第二数据连接线12用于传输温度信息。
图2为本实施例测量的2℃左右的氯丁橡胶乳胶成膜过程近红外光谱及每条光谱所对应的温度示意图。
系统还包括：
壳体，用于容纳第一光纤1、第二光纤2和温度传感器3。
温度传感器3与被测物体13之间的距离尽量小，使得温度传感器3采集的温度信息更加接近被测物体的真实值，提高检测准确度。
本系统还包括：
温度信号转换装置7，设置于温度传感器3与计算机4之间，用于将温度信息转换后传输至计算机4。温度信号转换装置7与温度传感器3通过温度传感器连接线8连接。
该系统在测量近红外光谱的同时，可以检测对应的温度信息，从而达到实时对近红外光谱进行温度补偿校正的目的，提高了近红外光谱分析技术的测量准确性，并且将温度传感器设置于接近被测物体的位置，最大限度的保证红外光谱与温度描述同一样本，提高了测量的精度。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种漫反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述系统具体包括：
近红外光源，用于产生近红外光；
第一光纤，与所述近红外光源连接，用于传输所述近红外光；所述近红外光透透射至被测物体后反射，形成漫反射近红外光；
第二光纤，用于传输所述漫反射近红外光；
红外光谱仪，与所述第二光纤连接，用于根据所述漫反射近红外光形成近红外光谱；
温度传感器，用于采集所述被测物体的温度信息；
计算机，分别与所述近红外光谱仪和所述温度传感器连接，用于将所述近红外光谱与所述温度信息匹配，得到对应温度下的近红外光谱图。
2.根据权利要求1所述的漫反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述系统还包括：
壳体，用于容纳所述第一光纤、所述第二光纤和所述温度传感器。
3.根据权利要求1所述的漫反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述第一光纤和所述第二光纤均为多根。
4.根据权利要求1所述的漫反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述系统还包括：
温度信号转换装置，设置于所述温度传感器与所述计算机之间，用于将所述温度信息转换后传输至所述计算机。
5.根据权利要求4所述的漫反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述温度信号转换装置与所述温度传感器通过温度传感器连接线连接。
6.根据权利要求1所述的漫反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述第一光纤通过第一近红外光纤与所述近红外光源连接。
7.根据权利要求1所述的漫反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述第二光纤通过第二近红外光纤与所述红外光谱仪连接。
8.根据权利要求1所述的漫反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述计算机与所述近红外光谱仪通过第一数据连接线连接，所述第一数据连接线用于传输所述近红外光谱。
9.根据权利要求1所述的漫反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述计算机与所述温度信号转换装置通过第二数据连接线连接，所述第二数据连接线用于传输所述温度信息。
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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 | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210302 |
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