CN201298020Y - 近红外光谱分析仪 - Google Patents

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刘立鹏
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Abstract

本实用新型公开了一种近红外光谱分析仪，包括光源、光收集单元、光谱仪和分析单元；所述近红外光谱分析仪还包括：实时参比单元，包括参比轮及其驱动装置、位置测定装置，所述参比轮设置在被测样品和光收集单元之间，参比轮上设置当其旋转时可使光源发出的光通过与否的通孔和参比模块；触发装置，位置测定装置的输出端连接触发装置，而触发装置的输出端连接所述分析单元。本实用新型具有可实时连续参比、测量误差小等优点。

Description

近红外光谱分析仪
技术领域
本实用新型涉及近红外光谱分析，特别涉及一种近红外光谱分析仪。
背景技术
近红外光谱分析特别是漫反射光谱分析技术，广泛应用于烟草、食品、制药和高分子等领域的过程分析中，用于过程监控和质量控制。分析的基本原理是：近红外光源发出的光照射被测物质，在被测物质上产生漫反射光，光收集单元接收漫反射光，之后通过光谱仪分光，经过分析单元处理后得到被测物质的信息。
近红外光谱分析是一种相对测量方式，即采集被测物质的测量光谱前还需采集参比光谱，为测量建立标准；同时也消除了分析仪中各部件如光源、光纤的波动对测量的影响。参比光谱的采集方式为：使用已知反射率的参比板置于光路上采集参比光谱，为了保持一致性，每次参比时参比板的位置要相同，通常参比光谱的采集时间间隔为1天或几天。
但是，由于整个光谱系统中各部件如光源、光纤的波动会随时间的变化而变化，使得采集的光谱中包含了与被测物质性质无关的因素，导致了光谱的基线漂移和光谱的不重复。倘若仍然使用一天前或几天前采集的参比光谱作为对比，显然增大了测量误差，如图1所示。
实用新型内容
为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供了一种可实时连续参比、测量误差小的近红外光谱分析仪。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种近红外光谱分析仪，包括光源、光收集单元、光谱仪和分析单元；还包括：
实时参比单元，包括参比轮及其驱动装置、位置测定装置，所述参比轮设置在被测样品和光收集单元之间，参比轮上设置当其旋转时可使光源发出的光通过与否的通孔和参比模块；
触发装置，位置测定装置的输出端连接触发装置，而触发装置的输出端连接所述分析单元。
作为优选，所述参比轮上还设置波长校正模块。
作为优选，所述参比轮上还设置吸光度校正模块。
作为优选，所述位置测定装置由光耦、参比轮上的孔组成，所述光耦设置在参比轮的两侧。
作为优选，所述驱动装置是步进电机，所述位置测定装置与步进电机相连接。通过位置测定装置去监控步进电机的位置，从而得知上述通孔、参比模块、波长校正模块、吸光度校正模块的所处位置，进而判断近红外光谱分析仪的所应处的状态。
所述分析单元包括信号采集和储存装置、除法和对数运算装置、信号处理装置；所述触发装置的输出端连接信号采集和储存装置。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、实现了实时连续参比，真正消除了分析仪中各部件的波动对测量的影响，显著地降低了测量误差。
2、实现了波长和吸光度的实时连续校正，有效地防止了波长漂移和吸光度漂移对测量的影响，降低了测量误差。
附图说明
图1为不同时间采得的近红外光谱分析仪的参比光谱图；
图2为实施例1中近红外光谱分析仪的结构示意图；
图3为实施例1中参比轮的结构示意图；
图4为实施例2中近红外光谱分析仪的结构示意图；
图5为实施例2中参比轮的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例对本实用新型的结构、功能和应用等情况做了进一步的说明，是本实用新型几种比较好的应用形式，但是本实用新型的范围并不局限在以下的实施例。
实施例1：
如图2、图3所示，一种近红外光谱分析仪，包括光源3、光收集单元4、光谱仪5、实时参比单元、触发装置7和分析单元8。
所述实时参比单元包括参比轮22及其驱动装置、位置测定装置。所述参比轮22设置在被测物质1和光收集单元4之间的光路上，参比轮22上设置当其旋转时可使光源3发出的光通过与否的通孔24和参比模块。所述参比模块是反射率为100％的参比白板23。所述驱动装置采用电机21。
所述位置测定装置由测量光耦61和第一孔63、参比光耦62和第二孔64组成；其中，测量光耦61和参比光耦63分别设置在参比轮22的两侧，输出端连接所述触发装置7，所述第一孔63和第二孔64设置在参比轮22上，距离参比轮22中心的距离不同。通过位置测定装置去判断分析仪处在参比状态还是测量状态，进而去触发分析单元8。
所述分析单元包括信号采集和储存装置81、除法和对数运算装置82、信号处理装置38，位置测定装置的输出端连接所述触发装置7，而触发装置7的输出端连接信号采集和储存装置81。
上述近红外光谱分析仪的工作过程为：
电机21带动参比轮22不停地旋转，当参比光耦62检测到有光通过第二孔64时，表明参比轮22上的参比白板23位于光路上，此时分析仪处于参比状态，通过触发装置7触发信号采集和储存装置81，采集参比光谱并储存；
紧接着，测量光耦61检测到光通过第一孔63时，表明参比轮22上的通孔24位于光路上，此时分析仪处于测量状态，通过触发装置7触发信号采集和储存装置81，采集测量光谱；
利用除法和对数运算装置82、信号处理装置83处理所述参比光谱和测量光谱，即可得到被测物质1的信息；
在参比轮22的每圈转动中，分别测得参比光谱和测量光谱并用于分析，从而真正实现了实时连续参比，如图1所示，彻底消除了分析仪中各部件如光源、光纤的波动对测量的影响，大大提高了测量精度。
实施例2：
如图4、图5所示，一种近红外光谱分析仪，与实施例1不同的是：
1、所述驱动装置采用步进电机27。
2、所述位置测定装置6连接所述步进电机27，通过检测步进电机27的转动位置，去确定参比轮22的所处位置，从而确定分析仪的所处状态。
3、所述参比轮上还设置吸光度校正模块，也即是反射率为70％的参比板26、反射率为50％的参比板27、反射率为20％的参比板28。
4、所述参比轮上还设置波长校正模块，也即是有特征吸收峰的标准物质，如聚苯乙烯薄膜25。
5、所述信号处理装置83内设置有波长和吸光度校正模块。
上述近红外光谱分析仪的工作过程为：
步进电机27带动参比轮22不停地旋转，当位置测定装置6检测到分析仪处于参比状态时，也即反射率为100％的参比白板23处于光路上时，通过触发装置7触发信号采集和储存装置81，采集参比光谱并储存；
当位置测定装置6分别检测到分析仪处于波长校正状态时，也即聚苯乙烯薄膜25处于光路上时，通过触发装置7触发信号采集和储存装置81，采集信号并通过波长校正模块对近红外光谱分析仪进行波长校正；
当位置测定装置6分别检测到分析仪处于吸光度校正时，也即反射率为70％的参比白板26、反射率为50％的参比板27、反射率为20％的参比板28分别处于光路上时，通过触发装置7触发信号采集和储存装置81采集信号，并利用反射率为100％的参比白板23处在光路上时采得的信号，通过吸光度校正模块对近红外光谱分析仪进行吸光度校正；波长和吸光度校正是现有技术，在此不再赘述；
紧接着，当位置测定装置6检测到分析仪处于测量状态时，也即通孔24处于光路上时，通过触发装置7触发信号采集和储存装置81，采集测量光谱并储存；
利用除法和对数运算装置82、信号处理装置处理83所述参比光谱和测量光谱，即可得到被测物质的信息；
在参比轮22的每圈转动中，分别测得参比光谱和测量光谱并用于分析，并校正波长、吸光度，真正实现了实时连续参比、实时连续校正，彻底消除了分析仪中各部件如光源、光纤的波动对测量的影响，大大提高了测量精度。
上述实施方式不应理解为对本实用新型保护范围的限制。在不脱离本实用新型精神的情况下，对本实用新型做出的任何形式的改变均应落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种近红外光谱分析仪，包括光源、光收集单元、光谱仪和分析单元；其特征在于：所述近红外光谱分析仪还包括：
实时参比单元，包括参比轮及其驱动装置、位置测定装置，所述参比轮设置在被测样品和光收集单元之间，参比轮上设置当其旋转时可使光源发出的光通过与否的通孔和参比模块；
触发装置，位置测定装置的输出端连接触发装置，而触发装置的输出端连接所述分析单元。
2、根据权利要求1所述的近红外光谱分析仪，其特征是：所述参比轮上还设置波长校正模块。
3、根据权利要求1所述的近红外光谱分析仪，其特征是：所述参比轮上还设置吸光度校正模块。
4、根据权利要求1或2或3所述的近红外光谱分析仪，其特征是：所述位置测定装置由光耦、参比轮上的孔组成，所述光耦设置在参比轮的两侧。
5、根据权利要求1或2或3所述的近红外光谱分析仪，其特征是：所述驱动装置是步进电机，所述位置测定装置与步进电机相连接。
6、根据权利要求1或2或3所述的近红外光谱分析仪，其特征是：所述分析单元包括信号采集和储存装置、除法和对数运算装置、信号处理装置；所述触发装置的输出端连接信号采集和储存装置。
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