CN207502394U - 一种近红外光谱分析仪的漫反射检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光学检测技术领域，具体的讲是一种近红外光谱分析仪的漫反射检测装置，底座的上方固定有积分球，积分球的上方采用轴承固定有载物台，积分球的一侧采用铰链固定有步进电机，积分球的另一侧设有霍尔芯片，积分球的背面采用螺钉固定有探测器组件，载物台的外圈嵌装有尼龙传送带，载物台下方靠近外圈的位置开设有三段腰形槽，腰形槽中嵌设有磁钢，载物台的中央开设有透明窗口，与透明窗口相对的积分球顶面开设有积分球测量窗口，透明窗口的上方设有参比白板，参比白板内置在样品杯夹持件中，样品杯夹持件采用螺丝固定在载物台上表面的中央，本实用新型更加符合光谱检测原理，提高光谱数据的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学检测技术领域，具体的讲是一种近红外光谱分析仪的漫反射检测装置。
背景技术
近红外光谱NIR是一种高效快速的现代分析技术，与传统分析技术相比，近红外光谱仪具有无损检测、分析效率高、分析速度快、分析成本低、重现性好的优势。在诸如农业、石化、制药、烟草、食品和化工等多个领域得到了日益广泛的应用。
近红外光谱分析技术的一个重要特点就是无损检测。近红外光谱仪器都需要样品检测装置。样品检测装置是指仪器可对样品进行光谱采集的硬件形式，如透射、漫反射和慢透射等，以测量不同物态的样品，如液体、涂层、粉末和固体等。这是近红外光谱分析有别于传统方法的显著特点之一，即采用不同的样品检测装置来适应各种形态的样品，实现无损分析，而不是将样品进行处理来适应仪器。
针对不同的测量对象，样品检测装置的设计也不尽相同，如用于漫反射光谱采集的附件有积分球、光纤探头等，用于液体透射光谱采集的附件有比色皿、自动吸入式流通池等。颗粒或粉末状样品测量时，样品检测装置往往需要进行旋转等移动，采集不同样品区域的光谱，以保证光谱容易受到颗粒样品表面不均匀的影响，更具代表性。
近红外光谱分析与其它光谱分析类似，依据比尔定律，也需要一个参比背景信号。液体透射测量通常选用空气作为参比，固体漫反射测量通常选用参比白板作为背景信号，白板材料可选聚四氟乙烯、镀金漫反射板、陶瓷等组成。
近红外光谱分析与其它光谱分析类似，也需要一个探测器，近红外光谱的探测器一般由光敏元件构成，主要有铟镓砷和硫化铅等。这些光敏元件的探测器非常容易受外界环境温度的干扰。采用半导体制冷技术对探测器进行恒温控制，可以极大的提高近红外光谱的稳定性，降低探测器噪声，消除环境温度的影响。
现有的近红外光谱仪在检测的过程中都首先将白板放置在检测窗口测量参比值，然后取下白板再把样品杯放到测量窗口进行实际值测量，如果样品杯中的样品之间存在较大间隙例如黄豆等就需要人工旋转样品杯进行测量，这种测量方法不仅繁琐，而且由于白板就不停的被人工拿下装上，且长时间暴漏在空气环境中，很容易被弄脏，导致参比值不准确，从而影响检测结果。
为此有人设计一种内置白板的检测仪器，但是在对样品进行检测的时候需要插入一个遮板将白板遮起来才可以检测，这使得荧光到检测杯底面的距离和到白板底面的距离不同了，两者之间相差了一个遮板的厚度，使得测量的结果产生误差，需要进行校正。
为此设计一种内置参比白板且不会产生误差的近红外光谱分析仪器用的漫反射检测装置是十分有必要的。
发明内容
本实用新型突破了现有技术的难题，设计了一种内置参比白板且不会产生误差的近红外光谱分析仪器用的漫反射检测装置。
为了达到上述目的，本实用新型设计了一种近红外光谱分析仪的漫反射检测装置，包括载物台、积分球、底座、步进电机，其特征在于：底座的上方固定有积分球，积分球的上方采用轴承固定有载物台，积分球的一侧采用铰链固定有步进电机，积分球的另一侧设有霍尔芯片，积分球的背面采用螺钉固定有探测器组件，所述载物台的外圈嵌装有尼龙传送带，载物台下方靠近外圈的位置开设有三段腰形槽，腰形槽中嵌设有磁钢，载物台的中央开设有透明窗口，与透明窗口相对的积分球顶面开设有积分球测量窗口，透明窗口的上方设有参比白板，参比白板内置在样品杯夹持件中，样品杯夹持件采用螺丝固定在载物台上表面的中央，所述步进电机的电机轴端套设有硅胶套管，步进电机的电机轴端则与尼龙传送带紧密相贴，步进电机顶部与弹簧的一端相固定，弹簧的另一端固定在积分球上，固定位置在靠近载物台底面的地方，使步进电机紧靠在载物台上。
所述样品杯夹持件分为参比白板内置区与样品杯放置区，参比白板内置区中放置参比白板，样品杯放置区可以放置样品杯，使参比白板底面到积分球测量窗口的距离与样品杯底面到积分球测量窗口的距离相同。
所述探测器组件主要由探测器、压圈、散热片组成，探测器采用压圈固定在散热片上，探测器与散热片之间涂覆有导热硅脂，且探测器的自由端伸入积分球探测窗口中。
本实用新型与现有技术相比，使用了电机驱动机构，实现了近红外光谱漫反射样品检测中的样品自动旋转功能和参比白板自动切换功能，使样品可以自动旋转，可以采集不同样品区域的光谱，获取样品代表性光谱；参比白板自动切换，可以免除用户手工放入参比白板的动作，自动化程序高，大大减少用户误操作的概率；且在实现参比白板自动切换功能的同时，参比白板和待测样品的光谱测试面与积分球测量窗口的距离一致，参比白板与待测样品的检测位置一致，更加符合光谱检测原理，提高光谱数据的准确性。
本实用新型与现有技术相比，具有以下技术优势：
1）自动参比测量：装置内置参比白板，自动实现参比白板与样品的位置切换，无需手工完成，可自动实现参比白板测量，校正近红外光谱分析仪的基线；
2）自动样品池旋转：装置可靠的样品台旋转机构，配合三段磁钢信号，可靠定位，自动实现样品池旋转，获取更有代表性的近红外光谱；
3）更准确的光谱：内置参比白板与样品位置一致，提高近红外光谱数据的准确性；
4）更稳定的光谱：集成积分球光学器件，积分球球体采用近红外波长谱区专用的聚四氟乙烯材料，反射率高达96%以上，增强了信号强度，提高了信噪比，降低了样品不均匀和空间位置变化对测量产生的影响；
5）降低环境温度的影响：集成半导体制冷恒温型探测器组件，将探测器内部温度控制在实验室室温以下，温度设定范围零下5摄氏度到15摄氏度，有效降低探测器的噪声水平，降低环境温度变化对光谱数据的影响；
6）防尘防灰，易于清理：整个装置合理的布局，可以被集成在仪器工作平台下面，可实现防灰尘效果。样品工作平台便于清理，无需担心用户操作不当，粉末样品落入检测装置导致仪器故障。
附图说明
图1为本实用新型的俯视图。
图2为本实用新型的F-F剖视图。
图3为本实用新型A-A剖视图。
图4为本实用新型中载物台的仰视图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型做进一步描述。
参见图1~4，本实用新型设计了一种近红外光谱分析仪的漫反射检测装置，包括载物台、积分球、底座、步进电机，底座1的上方固定有积分球2，积分球2的上方采用轴承固定有载物台3，载物台3可以相对积分球2旋转，积分球2的一侧采用铰链固定有步进电机4，步进电机可以相对积分球转动，积分球2的另一侧设有霍尔芯片5，积分球2的背面采用螺钉固定有探测器组件6，所述载物台3的外圈嵌装有尼龙传送带7，载物台3下方靠近外圈的位置开设有三段长度不同的腰形槽8，腰形槽8中嵌设有磁钢，积分球2上固定的霍尔芯片5可以通过识别磁钢的不同长度，从而准确快速地识别载物台3的旋转位置，载物台3的中央开设有透明窗口，与透明窗口相对的积分球1顶面开设有积分球测量窗口9，透明窗口的上方设有参比白板10，参比白板10内置在样品杯夹持件11中，样品杯夹持件11采用螺丝固定在载物台3上表面的中央，所述步进电机4的电机轴端套设有硅胶套管12，步进电机4的电机轴端则与尼龙传送带7紧密相贴，步进电机4顶部与弹簧13的一端相固定，弹簧13的另一端固定在积分球2上，固定位置在靠近载物台3底面的地方，使步进电机4紧靠在载物台3上，实现摩擦传动。
本实用新型中样品杯夹持件11分为参比白板内置区11-1与样品杯放置区11-2，参比白板内置区11-1中放置参比白板10，样品杯放置区11-2可以放置样品杯，如此可以实现样品自动旋转功能和参比白板自动切换功能，使参比白板10底面到积分球测量窗口9的距离与样品杯底面到积分球测量窗口9的距离相同，避免产生距离误差。
本实用新型中探测器组件6主要由探测器6-1、压圈6-2、散热片6-3组成，探测器6-1采用压圈6-2固定在散热片6-3上，探测器6-1与散热片6-3之间涂覆有导热硅脂，保证探测器6-1充分接触，散热良好，且探测器6-1的自由端伸入积分球探测窗口9中，保证探测器6-1接收到的光线已经经过积分球2多次充分反射，使得测量结果更准确。
在具体实施中，本实用新型实现了近红外光谱漫反射样品检测中的样品自动旋转功能和参比白板自动切换功能；样品自动旋转，可以采集不同样品区域的光谱，获取样品代表性光谱；参比白板自动切换，可以免除用户手工放入参比白板的动作，自动化程序高，大大减少用户误操作的概率；在实现参比白板自动切换功能的同时，参比白板和待测样品的光谱测试面与积分球测量窗口的距离一致，参比白板与待测样品的检测位置一致，更加符合光谱检测原理，提高光谱数据的准确性；在具体实施中，本实用新型采用半导体制冷恒温型铟镓砷探测器，使探测器组件具有足够体积的散热片，且满足半导体制冷器件热端的散热要求，将探测器内部温度控制在实验室室温以下，温度设定范围零下5摄氏度到15摄氏度，有效降低探测器的噪声水平；载物台采用轴承机构，配合步进电机驱动，转动可靠性高。位置定位采用一个霍尔芯片，配合三段由不同数量组成的不同长度的磁钢段，通过微处理器程序判断不同长度的磁场长度来识别转盘位置。三个位置识别比单纯一个位置识别可靠性更高，位置识别速度更快，只需选择三分之一圈即可获取当前准确位置信息。
Claims (3)
1.一种近红外光谱分析仪的漫反射检测装置，包括载物台、积分球、底座、步进电机，其特征在于：底座（1）的上方固定有积分球（2），积分球（2）的上方采用轴承固定有载物台（3），积分球（2）的一侧采用铰链固定有步进电机（4），积分球（2）的另一侧设有霍尔芯片（5），积分球（2）的背面采用螺钉固定有探测器组件（6），所述载物台（3）的外圈嵌装有尼龙传送带（7），载物台（3）下方靠近外圈的位置开设有三段腰形槽（8），腰形槽（8）中嵌设有磁钢，载物台（3）的中央开设有透明窗口，与透明窗口相对的积分球（2）顶面开设有积分球测量窗口（9），透明窗口的上方设有参比白板（10），参比白板（10）内置在样品杯夹持件（11）中，样品杯夹持件（11）采用螺丝固定在载物台（3）上表面的中央，所述步进电机（4）的电机轴端套设有硅胶套管（12），步进电机（4）的电机轴端则与尼龙传送带（7）紧密相贴，步进电机（4）顶部与弹簧（13）的一端相固定，弹簧（13）的另一端固定在积分球（2）上，固定位置在靠近载物台（3）底面的地方，使步进电机（4）紧靠在载物台（3）上。
2.根据权利要求1所述的一种近红外光谱分析仪的漫反射检测装置，其特征在于：所述样品杯夹持件（11）分为参比白板内置区（11-1）与样品杯放置区（11-2），参比白板内置区（11-1）中放置参比白板（10），样品杯放置区（11-2）可以放置样品杯，使参比白板（10）底面到积分球测量窗口（9）的距离与样品杯底面到积分球测量窗口（9）的距离相同。
3.根据权利要求1所述的一种近红外光谱分析仪的漫反射检测装置，其特征在于：所述探测器组件（6）主要由探测器（6-1）、压圈（6-2）、散热片（6-3）组成，探测器（6-1）采用压圈（6-2）固定在散热片（6-3）上，探测器（6-1）与散热片（6-3）之间涂覆有导热硅脂，且探测器（6-1）的自由端伸入积分球探测窗口（9）中。
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