CN207730660U - 一种油菜籽光谱光栅分光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油菜籽光谱光栅分光系统，包括：上位机、控制器、LED光源、电机、放大器和A/D转换器、样品盘、LED光源和样品盘之间设置用于接收并筛选LED光源的光线的第一透镜和第二透镜，还包括用于接收经过第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘反射的光线并将其汇聚进入光纤组的第一聚光镜和第二聚光镜，与放大器电连接的并用于接收光纤组的光线的单色仪，放大器与A/D转换器电连接；上位机向控制器发送LED光源开启指令，第一透镜和第二透镜平行设置，检测装置纵向设置，使检测光线纵向发射样品盘水平方向设置，并设置旋转机构。本实用新型解决了传统检测装置光线波长范围宽泛，小颗粒样品透光率低，监测数据准确度不高的问题。

Description

一种油菜籽光谱光栅分光系统

技术领域

本实用新型涉及粮食、食品固体样品成分及含量分析技术领域，具体涉及一种油菜籽光谱光栅分光系统。

背景技术

现有的光谱类检测仪，光线波长范围宽泛，各透镜或聚光镜之间间距固定，监测某一样样品时，庞杂波长的光谱较多，混淆监测数据，使检测结果不明了，准确度不高，因此，无法获得准确的光谱强度数据，再有由于如油菜籽这样质样较小的待测样品在样品盘内排列坚实，透过率很低，使得现有的近红外分析仪检测到的弱电信号不足以达到被分析的强度，因此，无法获得准确的光谱强度数据。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种新型的，纵向设置的，光线波长范围针对性筛选的，样品盘可多种组合的，多档可调的油菜籽光谱光栅分光系统，检测目标精准，参数精准设置，检测结果快速准确。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种油菜籽光谱光栅分光系统，包括：上位机，与上位机电连接的控制器，分别与控制器电连接的LED光源、电机、放大器和A/D转换器，与电机电连接的样品盘，LED光源和样品盘之间设置用于接收并筛选LED光源的光线的第一透镜和第二透镜，还包括用于接收经过样品盘反射的光线并将其汇聚进入光纤组的第一聚光镜和第二聚光镜，与放大器电连接的并用于接收光纤组的光线的单色仪，放大器与A/D转换器电连接；上位机向控制器发送LED光源开启指令，第一透镜和第二透镜平行设置，检测装置纵向设置，使检测光线纵向发射，所述样品盘水平方向设置，并设置旋转机构，控制所述样品盘匀速旋转；样品盘包括由上而下相互叠加设置的第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘；第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘底部设置卡扣，使第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘彼此扣叠或拆卸；第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘的厚度各自都为1～10mm；单色仪包括：腔体；设置在腔体内部的用于将携带样品信息的光线准直成平行光的第一反射镜，用于接收平行光并对其进行分光的光栅，用于汇聚通过光栅分光后的各波段光的第二反射镜用于探测汇聚光成像的探测器；设置在腔体外部的位于第一反射镜焦点上的光纤入射孔，与探测器直接固定相连的USB接口直接导出。

进一步的，第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘的厚度各自都为2mm。

进一步的，第一透镜和所述LED光源的相对位移可移动，控制所述LED光源光线进入第一透镜的光线量。

进一步的，第二透镜与所述样品盘之间的距离可调节，再次选择进入样品盘的光线波长。

进一步的，第一聚光镜和第二聚光镜的横向位移和纵向位移，相对可以调动。

进一步的，放大器采用AD8250芯片。

进一步的，A/D转换器采用LTC1609芯片。

进一步的，光栅的光谱波长范围为900nm～1665nm，每间隔3nm取一个光谱值，共得到256个光谱值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:

第二透镜把经过第一透镜的光线部分分散，留下检测油菜籽成分需要的较窄的光谱波长，使检测装置针对油菜籽的检测数据更精准，更快速，检测装置纵向设置，样品盘水平设置使待检测样品在旋转机构的旋转作用和自重情况下，样品分布更均匀，第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘厚度各自都为1～10mm，彼此扣叠或拆卸，适合油菜籽此种小颗粒样品，但单层样品盘厚度适宜，还可多层样品盘随意配合叠放或单放，还可通过使油菜籽在盘内的分布均匀、厚度适宜，光线的透过率和吸收率适宜，使得油菜籽光谱光栅分光系统检测到的弱电信号足以达到被分析的强度，检测装置的检测光线更更有效的投射样品，使检验结构更准确；单色仪的光路采用正交型结构，又称对称型结构，通过选型及布局计算消除象差，使焦平面上的每一个波段都呈象清晰。控制器按接收到的LED光源开启指令开启LED光源，LED光源的光经过第一透镜汇聚后转换成平行光照射第二透镜上，经第二透镜选择部分波长光线照在样品盘上，光线在样品盘和第一聚光镜和第二聚光镜之间发生漫反射后，第一聚光镜和第二聚光镜将携带丰富的样本信息的光线汇聚至光纤组上，经过光纤组无损高保真传导至单色仪中，光线经过单色仪处理后转换为弱电信号传入放大器中，放大器接收弱电信号并对其进行运算放大后传入A/D转换器中，A/D转换器将模拟信号转换为数字信号传递给控制器，通过上位机读取光谱数据，利用上位机中的光谱处理分析软件对接收到光谱数据进行分析处理，实现样品的定量分析。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1种单色仪13的光路系统示意图；

其中，1-上位机；2-控制器；3-LED光源；4-电机；5-放大器；6-A/D转换器；7-样品盘；8-第一透镜；9-第二透镜；10-第一聚光镜；11-第二聚光镜；12-光纤组；13-单色仪，131-腔体；132-光纤入射孔；133第一反射镜；134-光栅；135-第二反射镜；136-探测器；137-USB接口。

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描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1和2所示，本实用新型的一种油菜籽光谱光栅分光系统，包括：上位机1，与上位机1电连接的控制器2，分别与控制器2电连接的LED光源3、电机4、放大器5和A/D转换器6，与电机4电连接的样品盘7，LED光源3和样品盘7之间设置用于接收并筛选LED光源3的光线的第一透镜8和第二透镜9，还包括用于接收经过样品盘7反射的光线并将其汇聚进入光纤组12的第一聚光镜10和第二聚光镜11，与放大器5电连接的并用于接收光纤组12的光线的单色仪13，放大器5与A/D转换器6电连接；放大器5采用AD8250芯片，具有高速、增益可变及低噪声等特点，A/D转换器6采用LTC1609芯片，电机4采用35BYGH28-0504步进电机4，具有结构稳定、运行精确等特点。上位机1向控制器2发送LED光源3开启指令，第一透镜8和第二透镜9平行设置，第二透镜9把经过第一透镜8的光线部分分散，留下检测油菜籽成分需要的较窄的光谱波长，使检测装置针对油菜籽的检测数据更精准，更快速，检测装置纵向设置，使检测光线纵向发射，所述样品盘7水平方向设置，并设置旋转机构，控制所述样品盘7匀速旋转。检测装置纵向设置，样品盘7水平设置使待检测样品在旋转机构的旋转作用和自重情况下，样品分布更均匀，检测装置的检测光线更更有效的投射样品，使检验结构更准确。样品盘包括由上而下相互叠加设置的第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘；第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘底部设置卡扣，使第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘彼此扣叠或拆卸；第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘的厚度各自都为3mm，控制器2按接收到的LED光源3开启指令开启LED光源3，LED光源3的光经过第一透镜8汇聚后转换成平行光照射第二透镜9上，经第二透镜9选择部分波长光线照在样品盘7上，光线在样品盘7和第一聚光镜10和第二聚光镜11之间发生漫反射后，第一聚光镜10和第二聚光镜11将携带丰富的样本信息的光线汇聚至光纤组12上，经过光纤组12无损高保真传导至单色仪13中，光线经过单色仪13处理后转换为弱电信号传入放大器5中，放大器5接收弱电信号并对其进行运算放大后传入A/D转换器6中，A/D转换器6将模拟信号转换为数字信号传递给控制器2，通过上位机1读取光谱数据，利用上位机1中的光谱处理分析软件对接收到光谱数据进行分析处理，实现样品的定量分析。

单色仪13由腔体131、光纤入射孔132、第一反射镜133、光栅134、第二反射镜135、探测器136和USB接口137组成，探测器136采用硅探测器，具有价格便宜、体积小、信噪比高及热影响小等特点。第一反射镜133、光栅134、第二反射镜135和探测器136均固定设置在腔体131内部，光纤入射孔132和USB接口137均固定设置在腔体131外部上，光纤入射孔132位于第一反射镜133的焦点上，第一反射镜133用于将携带样品信息的光线准直成平行光，光栅用于接收平行光并对其进行分光，第二反射镜135用于汇聚通过光栅134分光后的各波长下的光，探测器136用于接收光谱数据并将其转换为弱电信号，探测器136与USB接口137直接固定连接，USB接口137与放大器5相连。单色仪系统中带有样品信息的光通过光纤传导后，高保真无损入射光纤入射孔，通过设置反射镜使光线在腔体内往返传播缩短腔室长度，并利用光栅器件对入射光进行相干叠加后分别读取不同波长下的光谱强度数据，根据实际测量的需要通过计算对各光学器件进行选型，充分保障了光谱信息的充实性及完整性，且通过光栅分光极大的减少了杂散光的影响，提升弱信号检测的准确性，使光谱数据具有良好的稳定性及准确性。本实用新型在细化测量波段的同时将光信号探测器阵列后整合有USB接口，使得整个系统集合可直接插接至后续的信号放大装置及模拟数字转换的光谱数据处理装置，以完成更多的实际测量功能，更有利于近红外分析仪的模块化和实用化。

本实施方式中利用光栅通过光的相干叠加分别读取不同波长下的光谱强度数据，光栅主要起到波长选择的作用，充分保障了光谱信息的充实性及完整性，且通过本实用新型的纵向设置的，光线波长范围针对性筛选的，多档可调的结构设置，更是极大的减少了杂散光的影响，提升弱信号检测的准确性，使光谱强度数据具有良好的稳定性及准确性。

本实施方式中，控制器2是一种微型小系统计算机控制模块，即微控芯片，具体采用STM32F103ZET6芯片，光谱数据的采集、对比、测量及分析仪的动作控制都通过上位机1控制控制器2来实现。

本实用新型的油菜籽光谱光栅分光系统的工作过程如下：

上位机1向控制器2发送LED光源3开启指令，控制器2按照接收到的LED光源3开启指令开启光源，卤素灯LED光源3发出的光经过第一透镜8汇聚后转换成平行光照射第二透镜9上，经第二透镜9选择部分波长光线照在样品盘7上，光线在样品盘7和第一聚光镜10和第二聚光镜11之间发生漫反射后，第一聚光镜10和第二聚光镜11将携带丰富的样本信息的光线汇聚至光纤组12上，经过光纤组12无损高保真传导至单色仪13中，即携带有样品信息的光线经过光纤传导后由光纤入射孔高保真无损入射至光路系统的腔体内，携带样品信息的光线由光纤入射孔入射至第一反射镜上，第一反射镜将光线准直成平行光入射至光栅上，平行光经光栅分光后转换为不同波长下的光照射在第二反射上，第二反射镜将各波长下的光谱数据汇聚至探测器上，探测器将接收到的光谱数据转换为弱电信号并由USB接口直接导出，放大器5接收弱电信号并对其进行运算放大后传入A/D转换器6中，A/D转换器6将模拟信号转换为数字信号传递给控制器2，通过上位机1读取光谱数据，利用上位机1中的光谱处理分析软件对接收到光谱数据进行分析处理，实现样品的定量分析。

本实用新型的光油菜籽光谱光栅分光系统在测量的过程中，上位机1向控制器2发送启动电机4的命令，控制器2按照接收到的控制指令启动电机4，此时，电机4带动样品盘7匀速转动，使得样品盘7中的样品由于颗粒大小、形状和分布不同而产生的光谱吸收差异通过多次测量而消除，得到更为准确的测量结果，在整个测量过程中，电机4在控制器2的信息实时传递及调控下精确运行。

本实用新型的光油菜籽光谱光栅分光系统在测量的过程中，对特定的样品体系，近红外光谱特征峰的差别并不明显，需要通过光谱的处理减少以消除各方面因素对光谱信息的干扰，再从差别甚微的光谱信息中提取样品的定量信息

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 (8)

1.一种油菜籽光谱光栅分光系统，其特征在于，包括：上位机，与上位机电连接的控制器，分别与控制器电连接的LED光源、电机、放大器和A/D转换器，与电机电连接的样品盘，LED光源和样品盘之间设置用于接收并筛选LED光源的光线的第一透镜和第二透镜，还包括用于接收经过样品盘反射的光线并将其汇聚进入光纤组的第一聚光镜和第二聚光镜，与放大器电连接的并用于接收光纤组的光线的单色仪，所述放大器与A/D转换器电连接；所述上位机向控制器发送LED光源开启指令，所述第一透镜和所述第二透镜平行设置，检测装置纵向设置，使检测光线纵向发射，所述样品盘水平方向设置，并设置旋转机构，控制所述样品盘匀速旋转，所述样品盘包括由上而下相互叠加设置的第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘，所述第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘底部设置卡扣，使所述第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘彼此扣叠或拆卸，所述第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘的厚度各自都为1～10mm，所述单色仪包括：腔体、设置在腔体内部的用于将携带样品信息的光线准直成平行光的第一反射镜，用于接收平行光并对其进行分光的光栅，用于汇聚通过光栅分光后的各波段光的第二反射镜用于探测汇聚光成像的探测器；设置在腔体外部的位于第一反射镜焦点上的光纤入射孔，与探测器直接固定相连的USB接口，携带有样品信息的光线经光纤传导后由光纤入射孔高保真无损入射至腔体内的第一反射镜上，光线经第一反射镜准直成平行光入射至光栅上，平行光经光栅分光后转换为不同波长下的光照射在第二反射镜上，第二反射镜将上述各波长下的光谱数据汇聚至探测器上，探测器将接收到的光谱数据转换为弱电信号并由USB接口直接导出。

2.根据权利要求1所述的油菜籽光谱光栅分光系统，其特征在于，所述第一样品盘、第二样品盘和第三样品盘的厚度各自都为2mm。

3.根据权利要求1所述的油菜籽光谱光栅分光系统，其特征在于，所述第一透镜和所述LED光源的相对位移可移动，控制所述LED光源光线进入所述第一透镜的光线量。

4.根据权利要求1所述的油菜籽光谱光栅分光系统，其特征在于，所述第二透镜与所述样品盘之间的距离可调节，再次选择进入所述样品盘的光线波长。

5.根据权利要求1所述的油菜籽光谱光栅分光系统，其特征在于，所述所述第一聚光镜和所述第二聚光镜的横向位移和纵向位移，相对可以调动。

6.根据权利要求1所述的油菜籽光谱光栅分光系统，其特征在于，所述放大器采用AD8250芯片。

7.根据权利要求1至6任一项所述的油菜籽光谱光栅分光系统，其特征在于，所述A/D转换器采用LTC1609芯片。

8.根据权利要求1所述的油菜籽光谱光栅分光系统，其特征在于，所述光栅的光谱波长范围为900nm～1665nm，每间隔3nm取一个光谱值，共得到256个光谱值。