CN205749274U - 光谱仪采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农产品质量安全快速检测技术领域，公开了一种光谱仪采样装置，包括用于放置样品的矩形样品池、对样品进行光谱扫描的扫描单元、驱动所述扫描单元运动的驱动单元以及与所述扫描单元电连接的光谱仪。本实用新型的扫描单元至少包括一排与所述样品池的其中一条侧边平行设置的扫描探头排，扫描探头排探头形成的光线辐射范围正好覆盖该侧边的长度范围，所述扫描探头排在驱动单元的带动下沿与其设置方向垂直的样品池的侧边移动，从而完成样品池内所有样品的光谱扫描，大幅提高了光谱扫描过程中样品的代表性，可为建立稳健模型、提高模型预测精度提供技术支持。

Description

光谱仪采样装置

技术领域

本实用新型涉及农产品质量安全快速检测技术领域，特别是涉及一种光谱仪采样装置。

背景技术

光谱分析是现代分析技术中重要的组成部分，主要可分为原子光谱和分子光谱。在实际工作中，样品的代表性直接影响着光谱分析的准确度。样品代表性好，则光谱信息充分，数据信息越完整，所建模型稳健性越好，预测准确度、精密度越高。

传统的光谱仪由于制作工艺以及加工成本的问题，难以实现对大量样品同时采集光谱数据。由此带来的样品代表性差的问题一直以来成为困扰光谱分析领域的一个难题。

现有的解决方案主要有两种，其一是将样品充分混合后缩分，一直缩分到样品量适合现有光谱仪的检测用量；其二是将光谱仪扫描光斑偏置，采用旋转台带动样品杯旋转，从而对光斑所在圆周的样品进行扫描。然而，第一种方法很容易受到检测人员主观误差的影响，即使用标准缩分方法，也很难保证样品缩分的一致性，并且缩分后样品取用量仍很少，亦不能确保样品具有足够的代表性；第二种方法在一定程度上增大了样品代表性，但是只能对偏置扫描光斑所在圆周位置的样品进行扫描，样品代表性亦受限。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种光谱仪采样装置，以解决现有光谱分析中扫描样品代表性不高的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种光谱仪采样装置，所述装置包括用于放置样品的矩形样品池、对样品进行光谱扫描的扫描单元、驱动所述扫描单元运动的驱动单元以及与所述扫描单元电连接的光谱仪；

所述扫描单元包括至少一排与所述样品池的其中一条侧边平行设置的扫描探头排，所述驱动单元驱动所述扫描探头排沿与扫描探头排设置方向垂直的样品池的侧边移动；

所述扫描探头排探头形成的光线辐射范围正好覆盖与其设置方向平行的样品池侧边的长度范围。

进一步地，所述驱动单元包括传动单元和往复动力单元，所述传动单元包括通过传动杆带动所述扫描单元移动的滑块，所述往复动力单元与所述滑块连接，所述往复动力单元驱动所述滑块往复运动。

进一步地，所述装置还包括数据控制处理单元，所述数据控制处理单元与所述光谱仪以及所述往复动力单元的动力器分别电连接。

进一步地，所述样品池设置在与其形状适配的样品池支架上。

进一步地，所述扫描探头排包括沿所述样品池的宽度方向设置的若干扫描探头，所述若干扫描探头形成的光线辐射范围正好覆盖所述样品池的宽度范围，所述扫描探头排沿所述样品池的长度方向移动。

进一步地，所述样品池的底面材质为透光材料，所述透光材料为光学石英、光学溴化钾或光学铍膜的一种；

所述扫描探头排设置在所述样品池的正下方，所述扫描探头排下方设置有扫描轨道，所述扫描探头排沿所述扫描轨道移动，所述扫描探头排对样品池底面垂直照射。

进一步地，所述样品池支架包括与所述样品池适配的矩形框架，所述矩形框架与所述扫描单元运行方向平行的两侧边中的一个侧边或两个侧边的外侧设置有传动单元支架，所述传动单元支架包括与所述矩形框架长度方向一致的滑轨以及连接在所述滑轨两端并将所述滑轨固定在所述矩形框架上的两固定部件；

所述滑轨的长度至少与所述样品池的长度相同，滑块与所述滑轨适配，动力器通过皮带或链条驱动所述滑块沿所述滑轨移动。

进一步地，所述滑轨的一端设置有电机，所述电机与所述滑块通过皮带或链条传动连接，所述滑块与远离所述电机一端的所述固定部件之间连接有弹簧，所述弹簧、所述电机以及与所述电机配合的皮带或链条构成驱动所述滑块在所述滑轨上运动的往复动力单元；

或所述滑轨的两端分别设置有电机，所述电机通过皮带或链条与所述滑块传动连接，所述电机以及与其配合的皮带或链条构成驱动所述滑块在所述滑轨上运动的往复动力单元。

进一步地，所述扫描单元包括一排扫描探头排。

进一步地，所述扫描探头包括出射光纤和入射光纤，所述出射光纤和入射光纤的外侧套设有保护层。

(三)有益效果

本实用新型提供的光谱仪采样装置，对应矩形样品池设置扫描单元和驱动单元，并通过驱动单元带动扫描单元在样品池上移动，从而实现对样品池内所有样品的光谱扫描。具体的实现方式为，扫描单元至少设置一排与所述样品池的其中一条侧边平行的扫描探头排，且扫描探头排探头形成的光线辐射范围正好覆盖样品池该侧边的长度范围，在进行样品采集时，先将样品平铺在矩形样品池上，然后驱动单元驱动扫描探头排沿与其垂直的方向移动，扫描探头排完成对放置在样品池中的所有样品的光谱扫描。本实用新型光谱仪采样装置可以实现大量样品的快速扫描，从而使光谱扫描过程中样品代表性大幅提高，有效增强了样品代表性，可为建立稳健模型、提高预测精度提供技术支持。

附图说明

图1为本实用新型实施例1光谱仪采样装置的俯视示意图；

图2是图1的侧视示意图。

图中，1：样品池支架；2：样品池；3：扫描探头排；31：第一扫描轨道；32：第二扫描轨道；4：滑轨；41：第一支架；42：第二支架；5：滑块；51：刚性传动杆；6：皮带；7：电机；8：光纤数据线；9：近红外光谱仪；10：控制机；101：光谱数据线；102：电机数据线；弹簧：11。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

本实施例光谱仪采样装置以在近红外光谱仪上的应用为例进行说明。

本实施例光谱仪采样装置包括样品装载单元、扫描单元、近红外光谱仪9、驱动单元、进行数据处理的控制机10。

所述样品装载单元包括矩形样品池2以及与所述样品池2适配的样品池支架1，所述样品池2用于平铺放置样品。扫描单元对应所述样品池2设置，用于对样品池内样品进行光谱扫描；所述驱动用于驱动所述扫描单元，在驱动单元的带动下所述扫描单元可以在样品池下方的范围内移动，并完成样品池内所有样品的光谱扫描。所述扫描单元的探头由出射光纤、入射光纤、保护层构成，其中，光线从出射光纤射出，经由样品吸收、漫反射后由入射光纤回收；所述保护层套设在出射光纤、入射光纤的外部，起保护光纤和电缆绝缘作用。所述扫描单元通过光纤数据线8与近红外光谱仪9连接，所述控制机10与所述近红外光谱仪9、驱动单元的动力器分别通过光谱数据线101、电机数据线102电连接。

所述近红外光谱仪9具有产生原始出射光谱、接收并检测扫描后入射光谱的功能；所述控制机兼具有控制所述光谱仪工作以及控制所述驱动单元的功能。

如图1、2所示，作为本实用新型的一种可选实施例，本实施例的样品池支架1为矩形框架，所述样品池2与所述矩形框架适配并放置在所述矩形框架的内侧；所述样品池2的底面为透光材料制成。所述扫描单元设置在所述样品池2的下方，所述扫描单元包括扫描探头排3以及设置在所述扫描探头排3的下方的两个扫描轨道，分别为第一扫描轨道31、第二扫描轨道32，其中，两个扫描轨道沿所述样品池2的长度方向平行设置；扫描探头排3可以是一排或多排。如图1、2所示，本实施例扫描探头排3优选为一排，所述扫描探头排3包括沿所述样品池宽度排布的若干扫描探头，若干扫描探头的光线对样品池底面垂直照射，其辐射范围正好能将样品池的宽度方向完全覆盖，所述扫描探头排3在驱动单元的驱动下沿所述扫描轨道的长度方向移动。

作为本发明的一种可选实施例，如图1、2所示，本实施例光谱仪采样装置的驱动单元包括传动单元和往复动力单元，所述传动单元包括传动单元支架、滑块5、刚性传动杆51，所述往复动力单元包括皮带6、电机7、弹簧11。其中，所述传动单元支架设置在矩形框架的外侧，包括与矩形框架长度方向平行设置的滑轨4，所述滑轨4的长度至少与所述样品池2的长度相同，所述滑轨的两端通过第一支杆41、第二支杆42固定在所述矩形框架的两端。所述滑块5与滑轨4适配且设置在滑轨4内，所述滑块5与所述扫描探头排3的支架与之靠近的一端通过刚性传动杆51连接，所述滑块5通过皮带6与电机7传动连接，所述电机7设置在第二支架42一侧，所述弹簧11连接在第一支架41与所述滑块5之间；当所述电机7正向转动时，带动所述皮带6运动，进而带动所述滑块5沿滑轨4运动，滑块5通过刚性传动杆51带动扫描单元运动到靠近第二支架42一端后完成样品扫描采集；此时电机7反转，在弹簧11的拉力作用下，所述扫描单元复位；这样所述滑轨4经由所述传动单元支架固定，电机7、皮带6、弹簧11配合第一支架41形成滑块沿滑轨往复运动的往复动力单元。

本实施例光谱仪采样装置的所述控制机10兼具有控制所述光谱仪工作以及控制所述电机正向或反向转动的功能。

本实施例光谱仪采样装置扫描样品的工作过程具体为：

先在矩形样品池2中铺满样品，架设在样品池支架1上；由控制机10发出指令启动光谱仪扫描程序并开启扫描探头排3对样品进行扫描，同时控制机10给出电机7启动指令，电机7正转并通过皮带6带动滑块5在滑轨4上沿样品池2横向移动，与此同时，扫描探头排3在刚性传动杆51带动下在第一扫描轨道31和第二扫描轨道32上沿样品池2横向移动，由于所述扫描探头排3的光线辐射宽度与所述样品池2的宽度相同，所以扫描探头排3可以在移动过程中完成对整个样品池2内所有样品的扫描。扫描探头排对样品进行扫描的数据经过光纤数据线8传送到近红外光谱仪9，近红外光谱仪9通过光谱数据线101传送给控制机10记录；扫描完成后，控制机10发出指令通过电机数据线102控制电机7反转，在弹簧11的作用下，扫描单元复位。

本实施例光谱仪采样装置中，所述样品池底面所使用的透光材料，优选但非必须，可为光学石英、光学溴化钾、光学铍膜中的一种，具体可根据扫描样品时所采用的光线的性质进行选择，依据的原则是选用的透光材料允许测试样品的光线的全部谱区(波段)通过即可；本实施例电机可采用但不限于步进电机；电机与滑块也不限于实施例中给出的皮带连接形式，链条以及其他传动连接方式都在本实用新型的保护范围之内。

本实施例光谱仪采样装置中，滑块7沿滑轨4运动的往复动力单元不限于上述给出的形式，例如但不限于通过在滑轨的两端分别设置电机的方式：在滑轨的两端各设置一台电机，为了描述方便，定义靠近第一支架41设置的电机为第一电机，靠近所述第二支架42设置的电机为第二电机，第一电机和第二电机均与所述滑块5通过链条或者皮带连接。滑块带动扫描单元往复工作的过程为：扫描启动时，控制机发出信号控制第一电机反转、第二电机正转，第二电机通过皮带或链条拉动滑块沿滑轨移动，扫描单元在刚性传动杆的带动下沿样品池长度方向(横向)移动；扫描完成后，控制机发出信号控制第一电机正转、第二电机反转，第一电机通过与其配合的皮带或链条拉动滑块反向移动，从而实现扫描单元复位。

实施例2

本实施例光谱仪采样装置与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

本实施例光谱仪采样装置的扫描探头排3通过设置在其两端的两块滑块驱动，具体的结构设计为在所述矩形框架沿长度方向设置的两侧边的外侧均设置有与实施例1相同的传动单元支架，每个传动单元支架上均设置有与实施例1相同的驱动单元。

以上实施例1和实施例2中扫描探头排的排数不限于实施例中给出的一排，在实际应用中可以根据需要设置为相互平行的若干排，但是出于设备成本的考虑，优选为一排；所述扫描探头排的设置方向也可以是沿样品池的长度方向设置，相应的扫描探头排沿样品池的宽度方向移动，出于探头成本的考虑，在进行设计时优选扫描探头排沿样品池的宽度方向设置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光谱仪采样装置，其特征在于，所述装置包括用于放置样品的矩形样品池、对样品进行光谱扫描的扫描单元、驱动所述扫描单元运动的驱动单元以及与所述扫描单元电连接的光谱仪；

所述扫描单元包括至少一排与所述样品池的其中一条侧边平行设置的扫描探头排，所述驱动单元驱动所述扫描探头排沿与扫描探头排设置方向垂直的样品池的侧边移动；

所述扫描探头排探头形成的光线辐射范围正好覆盖与其设置方向平行的样品池侧边的长度范围。

2.如权利要求1所述的光谱仪采样装置，其特征在于，所述驱动单元包括传动单元和往复动力单元，所述传动单元包括通过传动杆带动所述扫描单元移动的滑块，所述往复动力单元与所述滑块连接，所述往复动力单元驱动所述滑块往复运动。

3.如权利要求2所述的光谱仪采样装置，其特征在于，所述装置还包括数据控制处理单元，所述数据控制处理单元与所述光谱仪以及所述往复动力单元的动力器分别电连接。

4.如权利要求1所述的光谱仪采样装置，其特征在于，所述样品池设置在与其形状适配的样品池支架上。

5.如权利要求1所述的光谱仪采样装置，其特征在于，所述扫描探头排包括沿所述样品池的宽度方向设置的若干扫描探头，所述若干扫描探头形成的光线辐射范围正好覆盖所述样品池的宽度范围，所述扫描探头排沿所述样品池的长度方向移动。

6.如权利要求5所述的光谱仪采样装置，其特征在于，所述样品池的底面材质为透光材料，所述透光材料为光学石英、光学溴化钾或光学铍膜的一种；

所述扫描探头排设置在所述样品池的正下方，所述扫描探头排下方设置有扫描轨道，所述扫描探头排沿所述扫描轨道移动，所述扫描探头排对样品池底面垂直照射。

7.如权利要求4所述的光谱仪采样装置，其特征在于，所述样品池支架包括与所述样品池适配的矩形框架，所述矩形框架与所述扫描单元运行方向平行的两侧边中的一个侧边或两个侧边的外侧设置有传动单元支架，所述传动单元支架包括与所述矩形框架长度方向一致的滑轨以及连接在所述滑轨两端并将所述滑轨固定在所述矩形框架上的两固定部件；

所述滑轨的长度至少与所述样品池的长度相同，滑块与所述滑轨适配，动力器通过皮带或链条驱动所述滑块沿所述滑轨移动。

8.根据权利要求7所述的光谱仪采样装置，其特征在于，所述滑轨的一端设置有电机，所述电机与所述滑块通过皮带或链条传动连接，所述滑块与远离所述电机一端的所述固定部件之间连接有弹簧，所述弹簧、所述电机以及与所述电机配合的皮带或链条构成驱动所述滑块在所述滑轨上运动的往复动力单元；

或所述滑轨的两端分别设置有电机，所述电机通过皮带或链条与所述滑块传动连接，所述电机以及与其配合的皮带或链条构成驱动所述滑块在所述滑轨上运动的往复动力单元。

9.如权利要求1所述的光谱仪采样装置，其特征在于，所述扫描单元包括一排扫描探头排。

10.如权利要求6所述的光谱仪采样装置，其特征在于，所述扫描探头包括出射光纤和入射光纤，所述出射光纤和入射光纤的外侧套设有保护层。