CN116359132B - 多功能在线光谱采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能在线光谱采集装置，包括：流通池、采集模块和多芯光纤；流通池具有进样口、出样口和检测窗口；采集模块包括与流通池相连的支撑组件；设于支撑组件上的第一白板、第一玻璃、第二玻璃和第二白板，第二玻璃与支撑组件共同密封检测窗口，第二玻璃与第一玻璃间具有样品流动空间；设于第二玻璃与第二白板间的光路切换模组，光路切换模组具有第一状态和第二状态；多芯光纤相对第二玻璃呈倾斜的设置于采集模块上；在第一状态时，多芯光纤的光经光路切换模组反射至第二白板；在第二状态时，多芯光纤的光穿透第二玻璃射入流通池内。该装置既可采集透明液体、非透明液体、固体颗粒或者粉末，也能实现在线实时采参比的功能。

Description

多功能在线光谱采集装置

技术领域

本发明涉及近红外分析仪器领域，尤其涉及一种多功能在线光谱采集装置。

背景技术

近红外光是介于可见光和中红外之间的电磁辐射波，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团（O-H、N-H、C-H）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。

在中国实用新型专利CN217717483U中公开了一种光谱仪用流通池，包括流通池体，流通池体具有供物料流通的通道，相对设置且与物料流通方向垂直的光纤聚焦头和晶体。红外光通过一个光纤聚焦头出射，经过晶体透过物料后，被另一个光纤聚焦头接收，再导入光谱仪主机采集分析处理。该系统只能实现单采透明液体或单采非透明液体，功能单一，不能满足现有需求。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种多功能在线光谱采集装置，该装置既可采集透明液体、非透明液体、固体颗粒，也能实现在线实时采参比的功能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多功能在线光谱采集装置，包括：

流通池，所述流通池具有进样口、出样口和检测窗口；

采集模块，所述采集模块包括与所述流通池相连的支撑组件；沿所述检测窗口的轴向方向，从所述流通池内部至外部依次设于所述支撑组件上的第一白板、第一玻璃、第二玻璃和第二白板，所述第一白板和所述第一玻璃位于所述流通池内，所述第二玻璃与所述支撑组件共同密封所述检测窗口，所述第二玻璃与所述第一玻璃间具有样品流动空间；设于所述第二玻璃与所述第二白板间的光路切换模组，所述光路切换模组具有第一状态和第二状态；

多芯光纤，所述多芯光纤相对所述第二玻璃呈倾斜的设置于所述采集模块上；在第一状态时，所述多芯光纤的光经所述光路切换模组反射至所述第二白板；在第二状态时，所述多芯光纤的光穿透所述第二玻璃射入所述流通池内。

所述第一状态为在线采参比状态，所述第二状态为采集待测样品状态。

在流通池上设置采集模块，采集模块包括设置于流通池内的第一白板、第一玻璃，设置于流通池外的第二玻璃、第二白板，及设置于第二玻璃与第二白板间的光路切换模组，通过光路切换模组在第一状态和第二状态间的切换，改变光路，从而实现采集待测样品或采参比，满足多需求测试。

优选地，所述光路切换模组包括设于所述第二玻璃与所述第二白板间的支架，所述支架包括底板，所述底板上设有反射镜，相对所述底板朝向所述第二白板凸起的遮光部；所述支架能相对所述第二白板运动，从而在第一状态和第二状态间切换。在第一状态时，反射镜位于多芯光纤的延长线上，由多芯光纤射出的光照射至反射镜，经反射镜反射到第二白板，由于光的可逆性，第二白板漫反射的光又经反射镜反射，被多芯光纤接收，传送至光谱仪内，实现在线参比。在第二状态时，反射镜与多芯光纤相错，遮光部遮挡多芯光纤朝向第二白板的一侧，由多芯光纤射出的光穿透第二玻璃照射至流通池内，由待测样品或第一白板反射，光逆向返回被多芯光纤接收，传送至光谱仪内，实现待测样品的检测。

优选地，所述底板与所述支撑组件滑动连接，所述反射镜和所述遮光部沿所述底板的滑动方向排布，通过所述底板的滑动以调节所述反射镜或所述遮光部相对所述第二白板的位置，在所述第一状态和第二状态间切换。

优选地，所述光路切换模组还包括用于驱动所述支架运动的驱动机构和检测所述支架位置的位置传感器，所述驱动机构包括电机，所述电机的输出轴上设有齿轮，在所述底板背对所述多芯光纤的一侧设有与所述齿轮相配合的齿条，所述底板与所述支撑组件间设有导向机构。所述底板朝向所述多芯光纤的一侧沿所述齿条的延伸方向排布所述反射镜和所述遮光部。通过设置位置传感器和驱动机构，对支架位置实现精确、自动控制，便于不同功能间的切换，提高检测效率。

进一步优选地，所述导向机构包括设置于底板和所述支撑组件间的导向滑轨和滑槽，所述导向滑轨与所述齿条平行设置。具体的，可在所述支撑组件上固定设置导向滑轨，所述底板上连接滑块，所述滑块具有与所述导向滑轨相配合的滑槽，使所述支架按预设路径滑动。

优选地，所述遮光部包括遮光板和连接所述遮光板和底板的侧板，所述遮光板背对所述第二白板的一侧和所述侧板围成遮挡空间，所述遮挡空间朝向所述多芯光纤的一侧为开口结构；在第二状态时，所述多芯光纤的光经所述开口结构照射所述第二玻璃。通过所述遮光部遮挡所述第二白板，避免在待测样品采集时第二白板漫反射作用产生的杂散光。

进一步优选地，所述采集模块中的结构件表面经喷砂形成黑色层，所述结构件包括支撑组件、底板、遮光部。通常情况下，将采集模块中，在第二状态时，会被光反射到的部分均进行喷砂并处理成黑色层，使反射光绝大部分被黑色零件吸收，降低杂散光，提高光路系统对待测样品的吸光度上限。

优选地，所述多芯光纤包括送光光纤和收光光纤。进一步优选地，所述多芯光纤包括一个收光光纤和围绕所述收光光纤设置的多个送光光纤，实现送光和收光双功能。

进一步优选地，所述多芯光纤与所述第二玻璃的轴线间的夹角为α，8°＜α＜90°。通常情况下，可将所述多芯光纤与所述第二玻璃的轴线间的夹角设置为30°～45°。

优选地，所述流通池包括流通本体，所述流通本体相对的两端设有进样口和出样口，所述流通本体包括支撑平面，所述检测窗口设于所述支撑平面上。在所述流通本体的两端还设有装置连接的连接部。

进一步优选地，所述支撑组件包括连接于所述支撑平面上的第一支撑板，与所述第一支撑板相连且延伸至所述流通本体内的固定座，设于所述第一支撑板上用于固定所述第二白板的第二支撑板，设于所述第二支撑板上用于固定所述多芯光纤的支撑座，所述支撑平面与所述第一支撑板间设有密封环。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.在流通池上设置采集模块，采集模块包括设置于流通池内的第一白板、第一玻璃，设置于流通池外的第二玻璃、第二白板，及设置于第二玻璃与第二白板间的光路切换模组，通过光路切换模组在第一状态和第二状态间的切换，改变光路，从而实现采集待测样品或采参比，满足多需求测试。

2.光路切换模组包括设置于第二玻璃与第二白板间的支架，驱动支架滑动的驱动机构，检测支架位置的位置传感器，通过驱动机构和位置传感器的配合，对支架位置实现精确、自动控制，使支架能够自动在第一状态和第二状态间切换，提高检测效率。

3.支架包括底板，设置在底板上的反射镜和相对底板朝向第二白板凸起的遮光部。通过滑动底板，使反射镜位于光的延伸线上，且反射光能够射至第二白板，从而使装置具有在线采参比的第一状态。通过滑动底板，使反射镜与多芯光纤相错，遮光部遮挡多芯光纤朝向第二白板的一侧，由多芯光纤射出的光穿透第二玻璃照射至流通池内，从而使装置具有采集待测样品的第二状态。

4.流通池中待测样品可设置为透明液体或非透明液体或固体，装置能够实现对透明液体、非透明液体、固体粉末或者颗粒检测的兼容。

5.在采集模块中将结构件表面经喷砂形成黑色层，使反射光绝大部分被黑色零件吸收，降低杂散光，提高光路系统对待测样品的吸光度上限。

6.多芯光纤同时具有送光光纤和收光光纤，实现送光和收光双功能。

7.在流通本体上设置支撑平面，支撑平面能够与采集模块相配合，便于实现密封连接，同时能够对采集模块进行支撑。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明实施例一中检测装置示意图；

图2是本发明实施例一中检测装置剖视图一；

图3是本发明实施例一中检测装置剖视图二；

图4是本发明实施例一中流通池示意图；

图5是本发明实施例一中采集模块示意图；

图6是本发明实施例一中支撑组件示意图；

图7是本发明实施例一中光路切换模组示意图；

图8是本发明实施例一中支架示意图；

图9是本发明实施例一中多芯光纤第一端截面示意图；

图10是本发明实施例一中采参比时的光路示意图；

图11是本发明实施例一中检测透明液体时的光路示意图；

图12是本发明实施例一中检测非透明液体或固体时的光路示意图。

以上附图的附图标记：1、流通池；11、进样口；12、出样口；13、检测窗口；14、流通本体；141、矩形体；142、管体；143、连接部；144、支撑平面；2、采集模块；21、支撑组件；211、第一支撑板；212、固定座；213、第二支撑板；214、支撑座；22、壳体；23、第一白板；24、第一玻璃；25、第二玻璃；26、第二白板；27、光路切换模组；271、支架；2711、底板；2712、反射镜；2713、遮光板；2714、侧板；2715、开口结构；2716、遮挡空间；2721、电机；2722、齿轮；2723、齿条；2724、导向滑轨；2725、滑块；273、位置传感器；3、多芯光纤；31、收光光纤；32、送光光纤。

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。

实施例一：参见图1～12所示，一种多功能在线光谱采集装置，包括用于待测样品流动的流通池1，连接于流通池1上且部分延伸至流通池1内的采集模块2，设置于采集模块2上用于发射和接收光的多芯光纤3。

参见图4所示，所述流通池1包括流通本体14，所述流通本体14内部为空腔结构。所述流通本体14包括一矩形体141和相对连接于所述矩形体141两侧的管体142，两个所述管体142背对所述矩形体141的一端分别形成所述进样口11、出样口12。在每一所述管体142上还设有用于装置连接的连接部143。所述矩形体141的上表面为支撑平面144。在所述支撑平面144上设置有所述检测窗口13。所述流通本体14除可设置成矩形体141和相对的两个管体142外，还可设置能够实现相同功能的其他形状。

参见图5所示，所述采集模块2包括与所述流通池1相连的支撑组件21，罩设于所述支撑组件21外的壳体22，沿所述检测窗口13的轴向方向，从所述流通池1内部至外部依次设于所述支撑组件21上的第一白板23、第一玻璃24、第二玻璃25和第二白板26，所述第一白板23和所述第一玻璃24位于所述流通池1内，所述第二玻璃25与所述支撑组件21共同密封所述检测窗口13，所述第二玻璃25与所述第一玻璃24间具有样品流动空间；设于所述第二玻璃25与所述第二白板26间的光路切换模组27，所述光路切换模组27具有第一状态和第二状态。

参见图6所示，所述支撑组件21包括连接于所述支撑平面144上的第一支撑板211，与所述第一支撑板211相连且延伸至所述流通本体14内的固定座212，设于所述第一支撑板211上方固定所述第二白板26的第二支撑板213，所述第一支撑板211与所述第二支撑板213间具有设置光路切换模组27的空间，设于所述第二支撑板213上用于固定所述多芯光纤3的支撑座214。在所述支撑平面144和所述第一支撑板211上设有相配合的连接孔，所述支撑组件21和所述流通本体14经设置于所述连接孔内的螺栓连接。环绕所述检测窗口13还设有凹槽，所述凹槽用于放置密封环，保证采集模块2与流通本体14的密封连接。所述第一白板23、第一玻璃24设于所述固定座212内。所述第一玻璃24具有台阶结构，能够密封所述固定座212，并对所述第一白板23具有保护作用。所述第一支撑板211上设有与所述检测窗口13相对的通孔，所述第二玻璃25位于所述通孔内。所述第二玻璃25具有台阶结构，与所述第一支撑板211共同密封所述检测窗口13。所述第二白板26设置于所述第二支撑板213上，且与所述第二玻璃25相对。所述支撑座214上设有外螺纹，可与所述多芯光纤3螺纹连接，除上述连接方式外，也可采用其他连接方式。

参见图7所示，所述光路切换模组27包括设于所述第二玻璃25与所述第二白板26间的支架271，用于驱动所述支架271运动的驱动机构和检测所述支架271位置的位置传感器273。控制系统通过位置传感器273确定支架271的位置，并由此控制驱动机构驱动支架271移动。

参见图8所示，所述支架271包括底板2711，所述底板2711上设有反射镜2712，相对所述底板2711朝向所述第二白板26凸起的遮光部；所述支架271能相对所述第二白板26运动，从而在第一状态和第二状态间切换。所述底板2711呈L型，包括相垂直的第一分板和第二分板。所述第一分板与所述第二分板间的缺口朝向所述多芯光纤3的一侧，在所述缺口上方由所述底板2711向上凸起形成遮光部。所述遮光部包括遮光板2713和连接所述遮光板2713和底板2711的侧板2714，所述遮光板2713背对所述第二白板26的一侧和所述侧板2714围成遮挡空间2716，所述遮挡空间2716朝向所述多芯光纤3的一侧为开口结构2715，使多芯光纤3的光能够射入所述遮挡空间2716内。所述反射镜2712位于靠近所述多芯光纤3的第一分板的朝向多芯光纤3的一端。

所述驱动机构包括电机2721，所述电机2721的输出轴上设有齿轮2722，在所述第二分板背对所述多芯光纤3的一侧设有与所述齿轮2722相配合的齿条2723，所述底板2711与所述支撑组件21间设有导向机构。所述导向机构包括设置于所述第二支撑板213上的导向滑轨2724，设置于所述第二分板上的滑块2725，所述滑块2725具有与所述导向滑轨2724相配合的滑槽，使所述支架271按预设路径滑动。

在所述采集模块2中的结构件表面经喷砂形成黑色层，所述结构件包括支撑组件21、底板2711、遮光部等会被光反射到的部分，通过设置黑色层，使反射光绝大部分被黑色零件吸收，降低杂散光，提高光路系统的对待测样品的吸光度上限。

所述多芯光纤3相对所述第二玻璃25的轴线呈35°倾斜的连接于所述支撑座214上。参见图9所示，所述多芯光纤3包括一个收光光纤31和围绕所述收光光纤31设置的多个送光光纤32，实现送光和收光双功能。所述多芯光纤3的光射出端延伸至采集模块2内，并且在检测窗口13的轴向方向上位于所述遮光板2713和所述反射镜2712间，保证第一状态时，光射至反射镜2712；第二状态时，遮光板2713能够完全遮挡第二白板26，光射至遮挡空间2716内。

参考图10所示，为在线采参比时的光路示意图。在采参比时，所述光路切换模组27处于第一状态。所述底板2711上的反射镜2712位于送光光纤32的延长线上，送光光纤32的光经反射镜2712能反射到第二白板26上，即遮光部在反射镜2712与第二白板26间不会形成遮挡，由于光的可逆性，第二白板26漫反射的光又经反射镜2712反射，被多芯光纤3中心的收光光纤31接收，最终传到光谱仪内，达到在线采参比的目的。

参考图11所示，为检测透明液体时的光路示意图。在检测透明液体时，所述光路切换模组27处于第二状态。反射镜2712与多芯光纤3相错，遮光部遮挡多芯光纤3朝向第二白板26的一侧。多芯光纤3中送光光纤32的光依次穿过第二玻璃25、透明液体、第一玻璃24后射到第一白板23上，光再逆向返回到多芯光纤3中收光光纤31，最终传到光谱仪内，达到在线检测透明液体的目的。在该过程中，送光光纤32的光经第二玻璃25时，有部分光被反射到采集模块2的腔体内，该腔体内的结构件均已处理成黑色，且第二白板26被遮光部遮挡，因此绝大部分反射光被黑色零件吸收，显著降低杂散光，提高光路系统对待测样品的吸光度上限。

参考图12所示，为检测非透明液体或固体颗粒、固体粉末时的光路示意图。在检测非透明液体或固体时，所述光路切换模组27处于第二状态。反射镜2712与多芯光纤3相错，遮光部遮挡多芯光纤3朝向第二白板26的一侧。多芯光纤3中送光光纤32的光穿过第二玻璃25后照到非透明液体或固体，由于非透明液体或固体的存在，光在未达到第一玻璃24和第一白板23时就会逆向返回到多芯光纤3中收光光纤31，最终传到光谱仪内，达到在线检测非透明液体或固体的目的。

在上述检测过程中，待测样品始终处于充满流通池1的状态，使装置有稳定的光程，确保检测结果的准确性。

本发明中应用了具体实施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 (6)

1.一种多功能在线光谱采集装置，其特征在于，包括：

流通池，所述流通池具有进样口、出样口和检测窗口；

采集模块，所述采集模块包括与所述流通池相连的支撑组件；沿所述检测窗口的轴向方向，从所述流通池内部至外部依次设于所述支撑组件上的第一白板、第一玻璃、第二玻璃和第二白板，所述第一白板和所述第一玻璃位于所述流通池内，所述第二玻璃与所述支撑组件共同密封所述检测窗口，所述第二玻璃与所述第一玻璃间具有样品流动空间；设于所述第二玻璃与所述第二白板间的光路切换模组，所述光路切换模组具有第一状态和第二状态；

多芯光纤，所述多芯光纤相对所述第二玻璃呈倾斜的设置于所述采集模块上；在第一状态时，所述多芯光纤的光经所述光路切换模组反射至所述第二白板；在第二状态时，所述多芯光纤的光穿透所述第二玻璃射入所述流通池内；

所述光路切换模组包括设于所述第二玻璃与所述第二白板间的支架，所述支架包括底板，所述底板上设有反射镜，相对所述底板朝向所述第二白板凸起的遮光部；所述支架能相对所述第二白板运动，从而在第一状态和第二状态间切换；

所述底板与所述支撑组件滑动连接，所述反射镜和所述遮光部沿所述底板的滑动方向排布，通过所述底板的滑动以调节所述反射镜或所述遮光部相对所述第二白板的位置，在所述第一状态和第二状态间切换；

所述光路切换模组还包括用于驱动所述支架运动的驱动机构和检测所述支架位置的位置传感器，所述驱动机构包括电机，所述电机的输出轴上设有齿轮，在所述底板背对所述多芯光纤的一侧设有与所述齿轮相配合的齿条，所述底板与所述支撑组件间设有导向机构；

所述遮光部包括遮光板和连接所述遮光板和底板的侧板，所述遮光板背对所述第二白板的一侧和所述侧板围成遮挡空间，所述遮挡空间朝向所述多芯光纤的一侧为开口结构；在第二状态时，所述多芯光纤的光经所述开口结构照射所述第二玻璃。

2.根据权利要求1所述的多功能在线光谱采集装置，其特征在于，所述采集模块中的结构件表面经喷砂形成黑色层，所述结构件包括支撑组件、底板、遮光部。

3.根据权利要求1所述的多功能在线光谱采集装置，其特征在于，所述多芯光纤包括送光光纤和收光光纤。

4.根据权利要求1所述的多功能在线光谱采集装置，其特征在于，所述多芯光纤与所述第二玻璃的轴线间的夹角为α，8°＜α＜90°。

5.根据权利要求1所述的多功能在线光谱采集装置，其特征在于，所述流通池包括流通本体，所述流通本体相对的两端设有进样口和出样口，所述流通本体包括支撑平面，所述检测窗口设于所述支撑平面上。

6.根据权利要求5所述的多功能在线光谱采集装置，其特征在于，所述支撑组件包括连接于所述支撑平面上的第一支撑板，与所述第一支撑板相连且延伸至所述流通本体内的固定座，设于所述第一支撑板上用于固定所述第二白板的第二支撑板，设于所述第二支撑板上用于固定所述多芯光纤的支撑座，所述支撑平面与所述第一支撑板间设有密封环。