CN210243490U - 一种基于太赫兹光谱的浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于太赫兹光谱的浓度检测装置，包括用于将水和样品进行混合并形成混合液的混合装置、用于对混合液进行太赫兹光谱检测的检测系统，检测系统包括用于产生激光的激光器、用于将激光器产生的激光转换为太赫兹光并发射的发射器、用于接收发射器发射并经过混合液的太赫兹光的接收器、用于将接收器接收到的太赫兹光形成太赫兹光谱并进行分析的处理终端，激光器与发射器连接，接收器与处理终端连接。本实用新型解决了目前对于农药残留尚未进行定量分析检测的空白。

Description

一种基于太赫兹光谱的浓度检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于太赫兹光谱的浓度检测装置。

背景技术

太赫兹光谱技术是一种新型的光谱分析技术，其波段处于微波和红外之间，所以太赫兹波又称作亚毫米波或者远红外波。相对于紫外光谱技术，该技术的光子能量仅为毫电子伏特级，对活性分子几乎无电离作用且对人体危害也很小，且该波段具有丰富的指纹特性。其对应着分子内的低频集体振动、大分子的骨架振动、分子间的弱相互作用氢键和范德华力的拉伸、扭转及晶格的声子振动模式等。相对于红外光谱技术，该技术光源稳定，对环境热辐射不敏感，且其波长较长，因此散射作用较弱。更为独特的是：该技术采用相干测量技术，能够同时提供信号瞬时电场的幅值和相位信息传统的光谱技术仅能提供幅值信息，即可以同时给出样品的吸收系数和折射率光谱或者复介电常数光谱。基于以上特性，该技术可以很好的应用于农药的定性和定量分析，其信噪比高达80dB。

国内外的研究已经证明了太赫兹光谱在农残检测方面的潜力，但是目前太赫兹光谱技术进行农药检测时，存在以下问题：一是应用太赫兹技术对农药残留进行检测还处于初步阶段，且大部分工作集中在对农药残留的定性分析，对于农药残留进行定量分析还尚未应用到实际工作中去；二是采集的样品往往是如土壤等固体，固体检测存在误差较大，需要对其进行固液混合，从而使检测更加准确；三是固液混合往往采用人工搅拌，且搅拌时间长了，容易对搅拌叶产生损耗，目前由于搅拌叶不易更换，采用直接更换搅拌装置，成本比较高；四是搅拌过程中人工搅拌容易产生固液混合搅拌不均匀，不均匀的检测样本容易造成实验误差，影响太赫兹光谱检测的效率和结果；五是检测时对于样品和水的配比要求较高，样品浓度对于太赫兹光谱检测具有很高的影响，人工控制费事费力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于太赫兹光谱的浓度检测装置，以解决上述技术问题。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案是：一种基于太赫兹光谱的浓度检测装置，包括用于将水和样品进行混合并形成混合液的混合装置、用于对混合液进行太赫兹光谱检测的检测系统，检测系统包括用于产生激光的激光器、用于将激光器产生的激光转换为太赫兹光并发射的发射器、用于接收发射器发射并经过混合液的太赫兹光的接收器、用于将接收器接收到的太赫兹光形成太赫兹光谱并进行分析的处理终端，激光器与发射器连接，接收器与处理终端连接。激光器产生激光，与激光器连接的发射器将激光转换为太赫兹光并发射，太赫兹光经混合装置时穿过混合液，接收器接收穿过混合液的太赫兹光并发送给处理终端，处理终端将太赫兹光转换成太赫兹光谱并对波段进行分析，可以得出样品中农药的浓度。

作为优选，检测系统还包括若干个用于反射发射器发射的太赫兹光的抛面镜，太赫兹光通过若干个抛面镜反射经混合装置后进入接收器。

作为优选，检测系统设有4个抛面镜。发射器将太赫兹光射向第一抛面镜，第一抛面镜将太赫兹光发射向第二抛面镜，第二抛面镜将太赫兹光穿过混合液后射向第三抛面镜，第三抛面镜将太赫兹光射向第四抛面镜，第四抛面镜将太赫兹光射向接收器，通过4个抛面镜的设置，可以将发射器和接收器放在同一位置，便于操作。

作为优选，混合装置包括水箱、用于放置样品的样品箱、用于将水和样品进行混合并形成混合液的搅拌装置、用于盛放待混合液的液体池，水箱和样品箱均设在搅拌装置上方，搅拌装置内底壁固定连接有出料管，出料管上设有压力泵，搅拌装置与液体池通过出料管连接。液体池下方设有传送带，通过传送带将液体池传送到太赫兹光前，太赫兹光透过液体池，将样品信息在信息处理系统显示。通过简单的处理，根据不同样品在太赫兹频段的吸收峰的大小和位置的不同，可以判断出样品中是否含有农药，含有什么农药以及所含农药的浓度，实现了对样品的快速自动检测。

作为优选，水箱内均设有用于检测水流量的第一流量传感器，出料管内设有用于检测混合液流量的第二流量传感器。通过第一流量传感器的设置，可以准确控制流量，达到样品与水的精确配比，通过第二流量传感器的设置，可以精确控制检测混合液的体积。

作为优选，搅拌装置包括搅拌装置本体和搅拌装置顶盖，搅拌装置顶盖设在搅拌装置本体的上方，搅拌装置顶盖的上表面中央固定连接有电机，电机的输出端通过联轴器固定连接有转轴，搅拌装置顶盖的上表面一侧设有与水箱连通的第一进料管，搅拌装置顶盖的上表面另一侧设有与样品箱连通的第二进料管，搅拌装置顶盖的上表面与电机对应的位置开设有第一小孔，第一小孔的内壁固定连接有轴承，轴承的内圈与转轴的内壁套接，转轴远离电机的一端贯穿第一小孔并与设置在搅拌装置本体内部的固定套套接，固定套的两侧均固定连接有搅拌叶，固定套的顶部两侧均固定连接有固定块。

作为优选，固定块的内部开设有空腔，空腔靠近转轴的内壁上下均固定连接有弹簧筒，空腔靠近转轴的内壁固定连接有限位板，限位板位于弹簧筒的内部，限位板远离空腔的一侧固定连接有弹簧，弹簧远离限位板的一端固定连接有圆板，圆板远离弹簧的一侧固定连接有伸缩杆，伸缩杆远离圆板的一端贯穿弹簧筒的内右壁与设置在弹簧筒右侧的第一方块固定连接，第一方块远离伸缩杆的一侧固定连接有活动板，活动板远离第一方块的一侧固定连接有拉杆，固定块的右侧设置有拉块，拉杆远离活动板的一端贯穿空腔的内壁并与拉块的左侧固定连接，转轴的两侧与固定块对应的位置均开设有凹槽，空腔靠近转轴的内壁中央开设有第二小孔，活动板的表面固定连接有第二方块，第二方块位于两个第一方块之间，第二方块远离活动板的一侧固定连接有限位柱，限位柱远离活动板的一端贯穿第二小孔与凹槽的内壁接触。

作为优选，圆板的侧面固定连接有第一橡胶圈，橡胶圈的外圈与弹簧筒的内壁活动连接。

作为优选，搅拌装置本体的内壁固定连接有固定框，固定框位于搅拌叶的下方，固定框的内框固定连接有过滤网。

作为优选，搅拌装置顶盖下表面两侧均固定连接有竖块，竖块位于搅拌装置本体的内部，搅拌装置本体的内壁两侧均固定连接有横块，横块的上表面与竖块的下表面接触。

作为优选，活动板的侧面固定套接有第二橡胶圈，第二橡胶圈的外圈与空腔的内壁活动连接。

本实用新型具有的有益效果是：

1、激光器产生激光，与激光器连接的发射器将激光转换为太赫兹光并发射，太赫兹光经混合装置时穿过混合液，接收器接收穿过混合液的太赫兹光并发送给处理终端，处理终端将太赫兹光转换成太赫兹光谱并对波段进行分析，可以得出样品中农药的浓度，解决了目前对于农药残留尚未进行定量分析检测的空白。

2、通过混合装置，将需要检测的样品与水介质充分混合，通过压力泵注入混合液进入液体池中，即完成了样品的自动制备，省去了人工的复杂繁琐的操作；

3、搅拌装置通过将拉块向外拉，使弹簧伸长，使活动板向右位移，从而带动限位柱从凹槽中脱离出来，使搅拌装置的搅拌叶便于更换，有效的解决了搅拌装置由于长期搅拌，搅拌叶的耗损速度快，而当前的搅拌装置的搅拌叶不易拆卸，在更换搅拌叶的时候容易造成转轴的损坏，甚至有的搅拌叶直接焊死在转轴上，搅拌叶损坏时只能更换整个装置，增加了自动混合成本的问题。

4、搅拌装置通过设置固定框和过滤网，使搅拌装置只有在搅拌颗粒小于过滤网的孔径时才能通过过滤网，有效的解决了一些搅拌装置内的样品搅拌不均匀就从出料管排出，影响太赫兹光谱检测的效率和结果。

5、通过在水箱中设置流量传感器，可以精确控制水与样品的配比，通过出料管设置流量传感器和压力泵，可以控制检测混合液的体积，从而提高实验的准确性。

附图说明

图1是检测系统的结构示意图。

图2是混合装置的结构示意图。

图3是搅拌装置的结构示意图。

图4是图2中A处的放大图。

图中：1、水箱，2、样品箱，3、搅拌装置，31、搅拌装置顶盖，32、电机，33、第一小孔，34、轴承，35、转轴，36、搅拌装置本体，37、固定块，38、凹槽，39、空腔，310、弹簧筒，311、限位板，312、弹簧，313、圆板，314、伸缩杆，315、第一方块，316、活动板，317、拉杆，318、拉块，319、第二方块，320、第二小孔，321、限位柱，322、第一橡胶圈，323、第二橡胶圈，324、竖块，325、横块，326、搅拌叶，327、固定套，328、固定框，329、过滤网，330、第一进料管，331、出料管，332、第二进料管，4、液体池，5、第一流量传感器，6、第二流量传感器，7、传送带，8、检测系统，81、激光器，82、发射器，83、接收器，84、处理终端，85、抛面镜，851、第一抛面镜，852、第二抛面镜，853、第三抛面镜，854、第四抛面镜

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明。

如图1-3所示，本实用新型一种基于太赫兹光谱的浓度检测装置，包括用于将水和样品进行混合并形成混合液的混合装置、用于对混合液进行太赫兹光谱检测的检测系统8，检测系统8包括用于产生激光的激光器81、用于将激光器81产生的激光转换为太赫兹光并发射的发射器82、用于接收发射器82发射并经过混合液的太赫兹光的接收器83、用于将接收器83接收到的太赫兹光形成太赫兹光谱并进行分析的处理终端84，激光器81与发射器82连接，接收器83与处理终端84连接，发射器82与接收器83连接。激光器81产生激光，与激光器81连接的发射器82将激光转换为太赫兹光并发射，太赫兹光经混合装置时穿过混合液，接收器83接收穿过混合液的太赫兹光并发送给处理终端84，处理终端84将太赫兹光转换成太赫兹光谱并对波段进行分析，可以得出样品中农药的浓度。农药尤其是敌百虫农药，不同浓度混合溶液的太赫兹光谱存在差异，可以根据谱线或吸收峰的强弱来区分不同浓度的混合溶液，利用偏最小二乘回归建立溶液浓度的预测模型，可以定性及定量分析土壤溶液中敌百虫的浓度。样品指土壤样品，处理终端84可以是电脑终端。本技术使用太赫兹频域光谱技术，相比太赫兹时域光谱技术要在充满氮气的密封箱中进行和对数据进行傅里叶变换的缺点，频域光谱技术更为方便快捷。

检测系统还包括若干个用于反射发射器82发射的太赫兹光的抛面镜85，太赫兹光通过若干个抛面镜85反射经混合装置后进入接收器83。

检测系统设有4个抛面镜85，发射器82将太赫兹光射向第一抛面镜851，第一抛面镜851将太赫兹光发射向第二抛面镜852，第二抛面镜852将太赫兹光穿过混合液后射向第三抛面镜853，第三抛面镜853将太赫兹光射向第四抛面镜854，第四抛面镜854将太赫兹光射向接收器83，通过4个抛面镜的设置，可以将发射器82和接收器83放在同一位置，便于操作。

混合装置包括水箱1、用于放置样品的样品箱2、用于将水和样品进行混合并形成混合液的搅拌装置3、用于盛放待混合液的液体池4，水箱1和样品箱2均设在搅拌装置3上方，搅拌装置3内底壁固定连接有出料管331，出料管331上设有压力泵，搅拌装置3与液体池4通过出料管331连接。液体池4下方设有传送带7，通过传送带7将液体池4传送到太赫兹光的检测系统8前，太赫兹光透过液体池4，将样品信息在信息处理系统显示。通过简单的处理，根据不同样品在太赫兹频段的吸收峰的大小和位置的不同，可以判断出样品中是否含有农药，含有什么农药以及所含农药的浓度，实现了对样品的快速自动检测。

水箱1内均设有用于检测水流量的第一流量传感器5，出料管331内设有用于检测混合液流量的第二流量传感器6。

搅拌装置3包括搅拌装置本体36和搅拌装置顶盖31，搅拌装置顶盖31的下表面与搅拌装置本体36的顶部两侧接触，搅拌装置顶盖31的上表面中央固定连接有电机32，电机32主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子和其它附件组成，在定子绕组旋转磁场的作用下，其在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并受磁场的作用而使其转动，电机32的输出端通过联轴器固定连接有转轴35，搅拌装置顶盖31的上表面左侧固定连通有进料管330，搅拌装置本体36的内底壁中央固定连接有出料管331，搅拌装置顶盖31的上表面与电机32对应的位置开设有第一小孔33，第一小孔33的内壁固定连接有轴承34，轴承34的内圈与转轴35的内壁套接，转轴35远离电机32的一端贯穿第一小孔33并与设置在搅拌装置本体36内部的固定套327套接，固定套327的两侧均固定连接有搅拌叶326，搅拌装置本体36的内壁固定连接有固定框328，固定框328位于搅拌叶326的下方，固定框328的内框固定连接有过滤网329，过滤网329的孔径为0.5mm，通过设置固定，328和过滤网329，使搅拌装置内的样品只有在搅拌颗粒小于过滤网329的孔径时才能通过过滤网329，有效的解决了一些搅拌装置内的样品搅拌不均匀就从出料管331排出，出现样品检测不准确的问题，固定套327的顶部两侧均固定连接有固定块37，搅拌装置顶盖31下表面两侧均固定连接有竖块324，竖块324位于搅拌装置本体36的内部，搅拌装置本体36的内壁两侧均固定连接有横块325，横块325的上表面与竖块324的下表面接触，通过设置横块325和竖块324，提高搅拌装置顶盖31和搅拌装置本体36接触的稳定性。

固定块37的内部开设有空腔39，空腔39靠近转轴35的内壁上下均固定连接有弹簧筒310，空腔39靠近转轴35的内壁固定连接有限位板311，限位板311位于弹簧筒310的内部，限位板311远离空腔39的一侧固定连接有弹簧312，弹簧312远离限位板311的一端固定连接有圆板313，圆板313的侧面固定连接有第一橡胶圈322，橡胶圈322的外圈与弹簧筒310的内壁活动连接，通过设置第一橡胶圈322，减小圆板313与弹簧筒310内壁之间的摩擦，延长弹簧筒310的使用寿命，圆板313远离弹簧312的一侧固定连接有伸缩杆314，伸缩杆314远离圆板313的一端贯穿弹簧筒310的内右壁与设置在弹簧筒310右侧的第一方块315固定连接，第一方块315远离伸缩杆314的一侧固定连接有活动板316，活动板316的侧面固定套接有第二橡胶圈323，第二橡胶圈323的外圈与空腔39的内壁活动连接，通过设置第二橡胶圈323，减小活动板316与空腔39内壁之间的摩擦，延长固定块37的使用寿命，活动板316远离第一方块315的一侧固定连接有拉杆317，固定块37的右侧设置有拉块318，拉杆317远离活动板316的一端贯穿空腔39的内壁并与拉块318的左侧固定连接，转轴35的两侧与固定块37对应的位置均开设有凹槽38，空腔39靠近转轴35的内壁中央开设有第二小孔320，活动板316的表面固定连接有第二方块319，第二方块319位于两个第一方块315之间，第二方块319远离活动板316的一侧固定连接有限位柱321，限位柱321远离活动板316的一端贯穿第二小孔320与凹槽38的内壁接触。

搅拌装置工作原理：当搅拌叶326需要更换时，向外拉拉块318，使与拉块318连接的拉杆317，与拉杆317连接的活动板316，与活动板316连接的第一方块315，与第一方块315连接的圆板313，使弹簧312伸长，从而使活动板316向右位移，使与活动板316连接的第二方块319，与第二方块319连接的限位柱321向右位移脱离凹槽8的内部，完成拆卸。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于太赫兹光谱的浓度检测装置，其特征在于：包括用于将水和样品进行混合并形成混合液的混合装置、用于对混合液进行太赫兹光谱检测的检测系统(8)，检测系统(8)包括用于产生激光的激光器(81)、用于将激光器(81)产生的激光转换为太赫兹光并发射的发射器(82)、用于接收发射器(82)发射并经过混合液的太赫兹光的接收器(83)、用于将接收器(83)接收到的太赫兹光形成太赫兹光谱并进行分析的处理终端(84)，激光器(81)与发射器(82)连接，接收器(83)与处理终端(84)连接。

2.根据权利要求1所述的基于太赫兹光谱的浓度检测装置，其特征在于：检测系统还包括若干个用于反射发射器(82)发射的太赫兹光的抛面镜(85)，太赫兹光通过若干个抛面镜(85)反射经混合装置后进入接收器(83)。

3.根据权利要求2所述的基于太赫兹光谱的浓度检测装置，其特征在于：检测系统设有4个抛面镜(85)。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于太赫兹光谱的浓度检测装置，其特征在于：混合装置包括水箱(1)、用于放置样品的样品箱(2)、用于将水和样品进行混合并形成混合液的搅拌装置(3)、用于盛放待混合液的液体池(4)，水箱(1)和样品箱(2)均设在搅拌装置(3)上方，搅拌装置(3)内底壁固定连接有出料管(331)，出料管(331)上设有压力泵，搅拌装置(3)与液体池(4)通过出料管(331)连接。

5.根据权利要求4所述的基于太赫兹光谱的浓度检测装置，其特征在于：水箱(1)内均设有用于检测水流量的第一流量传感器(5)，出料管(331)内设有用于检测混合液流量的第二流量传感器(6)。

6.根据权利要求5所述的基于太赫兹光谱的浓度检测装置，其特征在于：搅拌装置(3)包括搅拌装置本体(36)和搅拌装置顶盖(31)，搅拌装置顶盖(31)设在搅拌装置本体(36)的上方，搅拌装置顶盖(31)的上表面中央固定连接有电机(32)，电机(32)的输出端通过联轴器固定连接有转轴(35)，搅拌装置顶盖(31)的上表面一侧设有与水箱(1)连通的第一进料管(330)，搅拌装置顶盖(31)的上表面另一侧设有与样品箱(2)连通的第二进料管(332)，搅拌装置顶盖(31)的上表面与电机(32)对应的位置开设有第一小孔(33)，第一小孔(33)的内壁固定连接有轴承(34)，轴承(34)的内圈与转轴(35)的内壁套接，转轴(35)远离电机(32)的一端贯穿第一小孔(33)并与设置在搅拌装置本体(36)内部的固定套(327)套接，固定套(327)的两侧均固定连接有搅拌叶(326)，固定套(327)的顶部两侧均固定连接有固定块(37)。

7.根据权利要求6所述的基于太赫兹光谱的浓度检测装置，其特征在于：固定块(37)的内部开设有空腔(39)，空腔(39)靠近转轴(35)的内壁上下均固定连接有弹簧筒(310)，空腔(39)靠近转轴(35)的内壁固定连接有限位板(311)，限位板(311)位于弹簧筒(310)的内部，限位板(311)远离空腔(39)的一侧固定连接有弹簧(312)，弹簧(312)远离限位板(311)的一端固定连接有圆板(313)，圆板(313)远离弹簧(312)的一侧固定连接有伸缩杆(314)，伸缩杆(314)远离圆板(313)的一端贯穿弹簧筒(310)的内右壁与设置在弹簧筒(310)右侧的第一方块(315)固定连接，第一方块(315)远离伸缩杆(314)的一侧固定连接有活动板(316)，活动板(316)远离第一方块(315)的一侧固定连接有拉杆(317)，固定块(37)的右侧设置有拉块(318)，拉杆(317)远离活动板(316)的一端贯穿空腔(39)的内壁并与拉块(318)的左侧固定连接，转轴(35)的两侧与固定块(37)对应的位置均开设有凹槽(38)，空腔(39)靠近转轴(35)的内壁中央开设有第二小孔(320)，活动板(316)的表面固定连接有第二方块(319)，第二方块(319)位于两个第一方块(315)之间，第二方块(319)远离活动板(316)的一侧固定连接有限位柱(321)，限位柱(321)远离活动板(316)的一端贯穿第二小孔(320)与凹槽(38)的内壁接触。

8.根据权利要求7所述的基于太赫兹光谱的浓度检测装置，其特征在于：圆板(313)的侧面固定连接有第一橡胶圈(322)，橡胶圈的外圈与弹簧筒(310)的内壁活动连接。

9.根据权利要求6或7或8所述的基于太赫兹光谱的浓度检测装置，其特征在于：搅拌装置顶盖(31)下表面两侧均固定连接有竖块(324)，竖块(324)位于搅拌装置本体(36)的内部，搅拌装置本体(36)的内壁两侧均固定连接有横块(325)，横块(325)的上表面与竖块(324)的下表面接触。

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