CN112432920A - 一种透反射式温度传感近红外探头测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种透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，近红外光信号透过被测物体后经反射板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

一种透反射式温度传感近红外探头测量系统
技术领域
本发明涉及近红外光谱测量领域，特别是涉及一种透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透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：
一种透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；
反射板，用于对所述近红外光进行反射；
第一光纤，与所述近红外光源连接，用于传输所述近红外光；所述近红外光透过被测物体，经所述反射板反射后形成反射近红外光；
第二光纤，用于传输所述反射近红外光；
近红外光谱仪，与所述第二光纤连接，用于根据所述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，所述壳体开设一样品槽，用于容纳所述被测物体；所述样品槽包括均与所述近红外光垂直的第一侧面和第二侧面，所述近红外光依次到达所述第一侧面、所述被测物体和所述第二侧面。
可选的，所述温度传感器设置于所述样品槽下方。
可选的，所述反射板设置于所述第二侧面上。
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近红外光谱仪连接。
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，透过被测物体后经反射板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样品槽下方，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透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40℃左右1,4-丁二醇(BDO)和对苯二甲酸(PTA)不同摩尔比的近红外光谱及每条光谱所对应的温度示意图；
图3为本发明的实施例提供的45℃左右1,4-丁二醇(BDO)和对苯二甲酸(PTA)不同摩尔比的近红外光谱及每条光谱所对应的温度示意图；
图4为本发明的实施例提供的40℃左右1,4-丁二醇(BDO)和对苯二甲酸(PTA)不同摩尔比的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透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，本实施例提供的透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、反光板4、计算机5、近红外光谱仪6、近红外光源7、温度信号转换装置8、样品槽9、第一近红外光纤10、第二近红外光纤11、温度传感器连接线12、第一数据连接线13和第二数据连接线14。
近红外光源7，用于产生近红外光。
反射板4，用于对所述近红外光进行反射。
第一光纤1，通过第一近红外光纤10与近红外光源7连接，用于传输近红外光；近红外光透过被测物体后由反射板4反射后形成反射近红外光；本实施例具体检测的是1,4-丁二醇(BDO)和对苯二甲酸(PTA)配比。
第二光纤2，用于传输反射近红外光；
近红外光谱仪6，通过第二近红外光纤11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，使用透反射方式采集光谱，光程为5mm。
温度传感器3，用于采集被测物体的温度信息；
计算机5，通过第一数据连接线13与近红外光谱仪6连接，通过第二数据连接线14与温度传感器3连接，计算机5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13用于传输近红外光谱，第二数据连接线14用于传输温度信息。
本实施例在40、45和50℃左右分别收集近红外光谱以及收集该光谱时的温度如图2～4所示。
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。
壳体开设一样品槽8，用于容纳被测物体。样品槽8包括均与近红外光垂直的第一侧面和第二侧面，近红外光依次到达所述第一侧面、被测物体和第二侧面。反光板4设置于第二侧面上。
温度传感器3设置于样品槽9下方。温度传感器3与样品槽8底部的距离尽量小，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8，设置于温度传感器3与计算机5之间，温度传感器3采集的温度信号为模拟信号，经温度信号转换装置8转换为数字信号，并将数字信号传输至计算机5。温度信号转换装置8与温度传感器3通过温度传感器连接线12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样品槽下方，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 (10)

1.一种透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；
反射板，用于对所述近红外光进行反射；
第一光纤，与所述近红外光源连接，用于传输所述近红外光；所述近红外光透过被测物体，经所述反射板反射后形成反射近红外光；
第二光纤，用于传输所述反射近红外光；
近红外光谱仪，与所述第二光纤连接，用于根据所述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所述的透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2所述的透反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述壳体开设一样品槽，用于容纳所述被测物体；所述样品槽包括均与所述近红外光垂直的第一侧面和第二侧面，所述近红外光依次到达所述第一侧面、所述被测物体和所述第二侧面。
4.根据权利要求3所述的透反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述温度传感器设置于所述样品槽下方。
5.根据权利要求3所述的透反射式温度传感近红外探头测量系统，其特征在于，所述反射板设置于所述第二侧面上。
6.根据权利要求1所述的透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。
7.根据权利要求1所述的透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。
8.根据权利要求1所述的透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近红外光谱仪连接。
9.根据权利要求1所述的透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。
10.根据权利要求1所述的透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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