CN116773483A - 多通道光谱检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道光谱检测系统，包括：第一壳体；设置在第一壳体内的光源、光路切换模块、标定模块和检测模块；光源连通多个第一输出光纤和第二输出光纤，每个第一输出光纤远离光源的一端包括设置在第一壳体侧壁上的第一接头；光路切换模块包括与检测模块连通的第一输入光纤、多个围绕第一输入光纤排列的第二输入光纤以及一个切换镜，标定模块设置在其中一个第二输入光纤和第二输出光纤之间；其余的每个第二输入光纤远离切换镜的一端包括设置在第一壳体的侧壁上的第二接头；第二输入光纤的输出光路能在切换镜的反射面作用下进入第一输入光纤。本发明用第一壳体包裹各个模块，避免外界光干扰检测结果；且本测试系统可同时外接若干采集设备。

Description

多通道光谱检测系统

技术领域

本发明涉及近红外分析仪器领域，具体的是一种多通道光谱检测系统。

背景技术

光谱检测系统是一种实验仪器，它用于将可见光、紫外线、红外线等电磁波分离成不同的波长，然后进行测量、分析和识别的仪器。其主要作用是实现光谱学分析，可以用于定量分析、定性分析、结构分析、反应动力学等多个方面，其广泛应用于化学、生物、材料、药品等领域中，是现代科学研究所必不可少的仪器之一。

在现有光谱检测系统中，如2023年3月31日公布的CN218782192U，多通道近红外光谱分析仪，其校准光源和其他的检测光源使用同一连接方法，都通过光纤直接连接1×N光开关，暴露于外部空间，检测结果容易被外界光干扰。

另外，在现有光谱检测系统中，用于检测光谱信息的设备为光谱仪，但是现有的光谱仪设备上用来外界光信号的接口很少，以至于现有的光谱检测系统中，一套检测系统同时能外接的采集设备量很少，对于同一空间内有多个采集需求点的工况，就需要多台检测系统，其所需花费的成本偏高，设备的搬运和连接也很麻烦，且多台检测系统所需安装的空间也很大。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种多通道光谱检测系统，该检测系统将光源、光路切换模块、标定模块和检测模块包裹在第一壳体内，避免外界光干扰测试结果。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多通道光谱检测系统，该检测系统包括第一壳体；

设置在所述第一壳体内的光源、光路切换模块、标定模块、控制主板和检测模块；

其中，所述光源具有主光路、与所述主光路连通的多个第一输出光纤和第二输出光纤，其中每个所述第一输出光纤远离所述光源的一端包括设置在所述第一壳体的侧壁上的第一接头；

所述光路切换模块包括用于与所述检测模块连通的第一输入光纤、多个以所述第一输入光纤为中心沿圆周方向间隔排列的第二输入光纤以及一个切换镜，所述标定模块设置在其中一个所述第二输入光纤和所述第二输出光纤之间；其余的每个所述第二输入光纤远离所述切换镜的一端包括设置在所述第一壳体的侧壁上的第二接头；

所述控制主板用于控制所述切换镜转动，从而能使任一个所述第二输入光纤的输出光路能在所述切换镜的反射面作用下进入所述第一输入光纤。

进一步的，所述标定模块包括支架，支架相对的两侧设有光路相通的标定输入端和标定输出端，所述标定输入端和所述第二输出光纤连通，所述标定输出端和所述第二输入光纤连通；

所述标定输入端和所述标定输出端间设有切换转盘，所述切换转盘将所述标定输入端和所述标定输出端相通的光路隔断，所述切换转盘上设有两个通孔，其中一个通孔通过标准片覆盖，转动所述切换转盘能使所述切换转盘本体和两个所述通孔在所述标定输入端和所述标定输出端相通的光路上切换；

所述支架上连接有第一旋转电机，所述第一旋转电机的转动轴垂直的和所述切换转盘相连，所述第一旋转电机可驱动所述切换转盘转动。

进一步的，所述光路切换模块包括第二壳体，所述第一输入光纤和多个所述第二输入光纤均通过准直器和所述第二壳体的内腔连通；

其中，任一所述第二输入光纤的光路和所述第一输入光纤的光路形成的夹角大小相同；

所述第二壳体背离所述第一输入光纤的一侧连接有第二旋转电机，所述第二旋转电机的转动轴插入所述第二壳体的内腔，且所述第二旋转电机的转动轴和所述第一输入光纤的光路同轴设置；

所述切换镜背离其反射面的一侧和所述第二旋转电机的转动轴相连，所述控制主板和所述第二旋转电机相连；

所述切换镜的反射面和水平面形成夹角α，其中10°≤α≤80°。

进一步的，所述第一接头和所述第二接头均位于所述第二壳体的第一侧壁。

进一步的，所述光源设置在所述第一壳体的底壁；所述检测模块设置在和所述第一侧壁邻接的第二侧壁，所述第二输出光纤包括朝向所述第一侧壁延伸的第一段和背离所述第一侧壁延伸的第二段以及用于连接所述第一段和第二段且呈圆弧状的回转段，所述第二输出光纤的第二段被所述检测模块的下部限位。

进一步的，多个所述第二输入光纤包括靠近所述第二接头的第一输入段和远离所述第二接头的第二输入段，其中，各个所述第一输入段在捆扎带作用下平行设置，各个所述第二输出段呈放射状排列。

进一步的，所述第二壳体包括与所述第一侧壁邻接的第二侧壁，所述光路切换模块、所述标定模块和所述控制板设置在所述第二侧壁上。

进一步的，所述光源包括积分球和设于所述积分球中心处的钨灯，所述第一输出光纤和所述第二输出光纤均和所述积分球连通。

进一步的，所述支架上连接有第一位置传感器，与所述第一位置传感器相配合的，在所述切换转盘上设有触发柱，通过所述触发柱触发所述第一位置传感器，以确认两个所述通孔的位置；

所述第二壳体外侧连接有第二位置传感器，与所述第二位置传感器相配合的，所述第二旋转电机的转动轴上连接有触发片，通过所述触发片触发所述第二位置传感器，以确认所述切换镜的位置。

一种多通道光谱检测系统的测试方法：

打开所述光源，所述光路切换模块选择所述标定模块所在线路，所述第一旋转电机驱使所述切换转盘转动，从而实现采暗电流定模式、采空气参比模式和标定模式的检测；

通过光纤将采集设备的两端分别和所述第一接头、所述第二接头连通，让光线从光纤透过所述采集设备到达所述第二输入光纤和所述光路切换模块相连的一端；

调节所述切换镜，使需要检测的采集模块相对应的第二输入光纤的输出光路在所述切换镜的反射面作用下进入所述第一输入光纤，即让光线进入所述检测模块；

观察并记录所述检测模块的检测数据。

借由以上的技术方案，本发明的有益效果如下：

1、本申请将光源、光路切换模块、标定模块和检测模块包裹在第一壳体内，避免外界光干扰检测结果；

2、本申请所公布的多通道光谱检测系统可以通过第一壳体上的第一接头和第二接头同时外接若干采集设备，对于同一空间内有多个采集需求点的工况，只需要一台多通道光谱检测系统就能满足使用，减少对检测系统数量的需求，显著降低成本，同时减少维护设备时间和成本；

3、本申请通过控制主板控制切换镜自动旋转，可实现对多个外接的采集设备的巡检、定时检测的功能，实现完全自动化，提高检测效率；

4、本申请实施例中的多通道光谱检测系统的检测模块和检测用的光纤全部位于壳体内，从而可以提高校准的精确度；

5、本申请实施例中的多通道光谱检测系统的结构布置较为紧凑，体积较小，空间利用率高。

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是本发明实施例中检测主机的结构示意图；

图2是本发明实施例中光源的结构示意图；

图3a是本发明实施例中标定模块的结构示意图；

图3b是图3a的侧视图；

图4是本发明实施例中光路切换模块的结构示意图；

图5是本发明实施例中光路切换模块的剖面图；

图6是本发明实施例中切换镜的结构示意图。

以上附图的附图标记：1、光源；11、钨灯；12、积分球；13、一对多光纤；14、第一输出光纤；15、第二输出光纤；151、第一段；152、第二段；153、回转段；2、标定模块；21、支架；22、标定输入端；23、标定输出端；24、第一旋转电机；25、切换转盘；251、空气通孔；252、标定通孔；26、第一位置传感器；3、光路切换模块；31、第二位置传感器；32、第二旋转电机；33切换镜；34、第二壳体；4、光谱仪；41、第一输入光纤；42、第二输入光纤；421、第一输入段；422、第二输入段；5、控制主板；6、第一壳体。

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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例：结合图1-6所示，本实施例中公开了一种多通道光谱检测系统，该检测系统包括第一壳体6；设置在所述第一壳体6内的光源1、标定模块2、光路切换模块3、控制主板5和检测模块；其中所述检测模块为光谱仪4。

其中，所述光源1具有主光路、与所述主光路连通的多个第一输出光纤14和第二输出光纤15，其中每个所述第一输出光纤14远离所述光源1的一端包括设置在所述第一壳体6的侧壁上的第一接头。

所述光路切换模块3包括用于与所述光谱仪4连通的第一输入光纤41、多个以所述第一输入光纤41为中心沿圆周方向间隔排列的第二输入光纤42以及一个切换镜33，所述标定模块2设置在其中一个所述第二输入光纤42和所述第二输出光纤15之间；其余的每个所述第二输入光纤42远离所述切换镜33的一端包括设置在所述第一壳体6的侧壁上的第二接头；需要说明的是，每一所述第二接头旁标有序号，所述序号和所述切换镜33角度相对应。

任一所述第二输入光纤42的光路可在所述切换镜33的反射面内和所述第一输入光纤41的光路相交；即所述第二输入光纤42的输出光路能在所述切换镜33的反射面作用下进入所述第一输入光纤41。

所述控制主板5用于控制所述切换镜33转动，从而使多个所述第二输入光纤42的光路依次和所述第一输入光纤41的光路在所述反射面上相交。

通过上述技术方案，将光源1、光路切换模块3、标定模块2和光谱仪4包裹在第一壳体6内，避免外界光干扰检测检测结果，提高准确性。

本实施例中，如图1所示，所述第一壳体6包括6个侧壁，其中最下方的为底壁，左侧的为第一侧壁，与所述第一侧壁邻接的为第二侧壁；

所述标定模块2、光路切换模块3、光谱仪4和所述控制板5均设置在所述第二侧壁上。

所述第一接头和所述第二接头均位于所述第一侧壁上。通过多个所述第一接头和多个所述第二接头可同时外接若干采集设备，对于同一空间内有多个采集需求点的工况，只需要一台多通道光谱检测系统就能满足使用，减少对检测系统数量的需求，显著降低成本，同时减少维护设备时间和成本。

结合图1、2所示，所述光源1设置在所述第一壳体6的底壁上，所述光源1包括积分球12和钨灯11，所述积分球12一侧设有通孔，所述钨灯11穿过所述通孔设于所述积分球12的中心处；所述积分球12背离所述钨灯11的一侧连接一对多光纤13，所述一对多光纤13的合成端和所述积分球12相连；所述一对多光纤13的分离端分为多个第一输出光纤14和第二输出光纤15。

结合图1、图3a和图3b所示，所述标定模块2包括U形的支架21，在所述U形支架21相对的两侧壁上各设置一通孔，所述通孔内过盈配合的设置有准直器，两个所述准直器的光路相通，其中一个所述准直器连通所述第二输出光纤15形成标定输入端22，另一所述准直器连通所述第二输入光纤42形成标定输出端23。其中，所述第二输出光纤15包括朝向所述第一侧壁延伸的第一段151和背离所述第一侧壁延伸的第二段152以及用于连接所述第一段151和第二段152且呈圆弧状的回转段153，所述第二输出光纤42的第二段152被所述光谱仪4的下部限位。

所述标定输入端22和所述标定输出端23间设有切换转盘25，所述切换转盘25将所述标定输入端22和所述标定输出端23相通的光路隔断，所述切换转盘25上设有空气通孔251和标定通孔252，其中标定通孔252通过标准片覆盖；转动所述切换转盘25能使所述切换转盘25本体和所述空气通孔251和标定通孔252在所述标定输入端22和所述标定输出端23相通的光路上切换，从而实现采暗电流定模式、采空气参比模式和标定模式的检测。

所述支架21上连接有第一旋转电机24，所述第一旋转电机24的转动轴垂直的和所述切换转盘25的几何中心相连，所述第一旋转电机24可驱动所述切换转盘转25动。

其中，所述支架21上连接有第一位置传感器26，与所述第一位置传感器26相配合的，在所述切换转盘25上设置触发柱，通过所述触发柱触发所述第一位置传感器26，以确认位于所述标定输入端22和标定输出端23之间的是切换转盘25本体还是所述空气通孔251或标定通孔252。

结合图1、4、5所示，所述光路切换模块3包括圆台形第二壳体34，所述第二壳体34气密性良好，所述第一输入光纤41和多个所述第二输入光纤42均通过准直器和所述第二壳体34的内腔连通。其中，所述第一输入光纤41垂直的设于所述圆台形第二壳体34的顶部，多个所述第二输入光纤42等间隔分布在所述圆台形第二壳体34的斜侧面上，任一所述第二输入光纤42的光路和所述第一输入光纤41的光路形成的夹角大小相同，即多个所述第二输入光纤42和所述第一输入光纤41在所述第二壳体34上的连接点形成中心对称图形。

需要说明的是，多个所述第二输入光纤42包括靠近所述第二接头的第一输入段421和远离所述第二接头的第二输入段422，其中，各个所述第一输入段421在捆扎带作用下平行设置，各个所述第二输入段422呈放射状排列。

所述第二壳体34背离所述第一输入光纤41的一侧设有通孔，通孔内连接轴承，第二旋转电机32的转动轴插设在轴承内，且所述第二旋转电机32的转动轴伸长至和所述切换镜33背离其反射面的一侧相连；

需要说明的是，所述第二旋转电机32的转动轴和所述第一输入光纤41的光路同轴设置。

通过所述第二旋转电机32控制所述切换镜33旋转，使所述第一输入光纤41的光路和需要的第二输入光纤42的光路在所述反射面上相交，从而使需要的第二输入光纤42的输出光路能在所述切换镜的反射面作用下进入所述第一输入光纤41，即根据实际需求将所需的第二输入光纤42和第一输入光纤41连通。

如图6所示，所述切换镜33的反射面和水平面形成夹角α，其中10°≤α≤80°。

其中，在所述第二壳体34的外侧还连接有第二位置传感器31，与所述第二位置传感器31相配合的，在所述第二旋转电机32的转动轴上连接有触发片，通过所述触发片触发所述第二位置传感器31，以确认所述切换镜33的位置，从而确认此时检测的是哪一个第二输入光纤42传输来的光纤。

使用该测试系统前，先通过第一旋转电机24将标定模块2调制采空气参比模式，即把标定模块2的空气通孔251转至两个所述第三准直器21间；通过第二旋转电机32驱使切换镜33，使其旋转至使标定模块2所连通的第二输入光纤42和第一输入光纤41在所述反射面上相交。观察光谱仪4检测所得数据和预期值是否一致。如一致，则所述切换镜33和水平面的夹角α准确；如不一致，微调所述切换镜33和水平面的夹角α的度数，重复检测，直至光谱仪4检测所得数据和预期值一致。

在另一可行的实施例中，所述光源1、所述光路切换模块3、所述光谱仪4和所述标定模块2均和控制计算机相连，通过控制计算机控制所述多通道光谱检测系统间各个模块相互配合，实现多个检测模块内待测物的巡检、定点检、定时检等功能。实现完全自动化，提高检测效率。

本实施例所公布的多通道光谱检测系统检测方法如下：打开所述光源1，所述光路切换模块3选择所述标定模块2所在线路，所述第一旋转电机24驱使所述切换转盘25转动，从而实现采暗电流定模式、采空气参比模式和标定模式的检测；

通过光纤将采集设备的两端分别和所述第一接头、所述第二接头连通，让光线从光纤透过所述采集设备到达所述第二输入光纤42和所述光路切换模块3相连的一端；

调节所述切换镜33，使需要检测的采集模块相对应的第二输入光纤42的输出光路在所述切换镜33的反射面作用下进入所述第一输入光纤41，即让光线进入所述光谱仪4；

观察并记录所述光谱仪4的检测数据。

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 (10)

1.一种多通道光谱检测系统，其特征在于，包括：第一壳体；

设置在所述第一壳体内的光源、光路切换模块、标定模块、控制主板和检测模块；

其中，所述光源具有主光路、与所述主光路连通的多个第一输出光纤和第二输出光纤，其中每个所述第一输出光纤远离所述光源的一端包括设置在所述第一壳体的侧壁上的第一接头；

所述光路切换模块包括用于与所述检测模块连通的第一输入光纤、多个以所述第一输入光纤为中心沿圆周方向间隔排列的第二输入光纤以及一个切换镜，所述标定模块设置在其中一个所述第二输入光纤和所述第二输出光纤之间；其余的每个所述第二输入光纤远离所述切换镜的一端包括设置在所述第一壳体的侧壁上的第二接头；

所述控制主板用于控制所述切换镜转动，从而能使任一个所述第二输入光纤的输出光路能在所述切换镜的反射面作用下进入所述第一输入光纤。

2.如权利要求1所述的多通道光谱检测系统，其特征在于，所述标定模块包括支架，支架相对的两侧设有光路相通的标定输入端和标定输出端，所述标定输入端和所述第二输出光纤连通，所述标定输出端和所述第二输入光纤连通；

所述标定输入端和所述标定输出端间设有切换转盘，所述切换转盘将所述标定输入端和所述标定输出端相通的光路隔断，所述切换转盘上设有两个通孔，其中一个通孔通过标准片覆盖，转动所述切换转盘能使所述切换转盘本体和两个所述通孔在所述标定输入端和所述标定输出端相通的光路上切换；

所述支架上连接有第一旋转电机，所述第一旋转电机的转动轴垂直的和所述切换转盘相连，所述第一旋转电机可驱动所述切换转盘转动。

3.如权利要求2所述的多通道光谱检测系统，其特征在于，所述光路切换模块包括第二壳体，所述第一输入光纤和多个所述第二输入光纤均通过准直器和所述第二壳体的内腔连通；

其中，任一所述第二输入光纤的光路和所述第一输入光纤的光路形成的夹角大小相同；

所述第二壳体背离所述第一输入光纤的一侧连接有第二旋转电机，所述第二旋转电机的转动轴插入所述第二壳体的内腔，且所述第二旋转电机的转动轴和所述第一输入光纤的光路同轴设置；

所述切换镜背离其反射面的一侧和所述第二旋转电机的转动轴相连，所述控制主板和所述第二旋转电机相连；

所述切换镜的反射面和水平面形成夹角α，其中10°≤α≤80°。

4.如权利要求1所述的多通道光谱检测系统，其特征在于，所述第一接头和所述第二接头均位于所述第一壳体的第一侧壁。

5.如权利要求4所述的多通道光谱检测系统，其特征在于，所述光源设置在所述第一壳体的底壁；所述检测模块设置在和所述第一侧壁邻接的第二侧壁，所述第二输出光纤包括朝向所述第一侧壁延伸的第一段和背离所述第一侧壁延伸的第二段以及用于连接所述第一段和第二段且呈圆弧状的回转段，所述第二输出光纤的第二段被所述检测模块的下部限位。

6.如权利要求5所述的多通道光谱检测系统，其特征在于，所述光路切换模块、所述标定模块和所述控制板设置在所述第二侧壁上。

7.如权利要求1所述的多通道光谱检测系统，其特征在于，多个所述第二输入光纤包括靠近所述第二接头的第一输入段和远离所述第二接头的第二输入段，其中，各个所述第一输入段在捆扎带作用下平行设置，各个所述第二输出段呈放射状排列。

8.如权利要求1所述的多通道光谱检测系统，其特征在于，所述光源包括积分球和设于所述积分球中心处的钨灯，所述第一输出光纤和所述第二输出光纤均和所述积分球连通。

9.如权利要求3所述的多通道光谱检测系统，其特征在于，所述支架上连接有第一位置传感器，与所述第一位置传感器相配合的，在所述切换转盘上设有触发柱，通过所述触发柱触发所述第一位置传感器，以确认两个所述通孔的位置；

所述第二壳体外侧连接有第二位置传感器，与所述第二位置传感器相配合的，所述第二旋转电机的转动轴上连接有触发片，通过所述触发片触发所述第二位置传感器，以确认所述切换镜的位置。

10.如权利要求1-9任一所述的多通道光谱检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

打开所述光源，所述光路切换模块选择所述标定模块所在线路，所述第一旋转电机驱使所述切换转盘转动，从而实现采暗电流定模式、采空气参比模式和标定模式的检测；

通过光纤将采集设备的两端分别和所述第一接头、所述第二接头连通，让光线从光纤透过所述采集设备到达所述第二输入光纤和所述光路切换模块相连的一端；

调节所述切换镜，使需要检测的采集模块相对应的第二输入光纤的输出光路在所述切换镜的反射面作用下进入所述第一输入光纤，即让光线进入所述检测模块；

观察并记录所述检测模块的检测数据。