CN2124472U - 近红外多元成分计 - Google Patents

Abstract

一种近红外多元成分计，能够对多种物质成分自 动进行连续、快速、准确、非接触在线检测，属于近红 外光谱分析仪。它由光学系统、机械调制系统和微机 处理系统组成，其特征是微机直接与前置放大器连 接，由微机进行峰峰值采样与运算，响应速度与调制 盘的转数同步，采用数字滤波抗干扰技术及先进的双 光路与双参考光的技术组合，其测量准确、稳定、可 靠，该成分计可用于食品、医药、纺织、造纸、冶金、建 材等方面的动态测量。

Description

本实用新型涉及一种红外光谱分析仪，尤其是一种能在动态情况下测量多元成分的定量分析仪器。

美国水分系统公司的QB475型近红外水份仪，是采用双光路的光学系统，一个波股参考光的体制，形成四光束的测量，其水分测定的原理公式为：

样品水分 V’m／Vm×V_R／V_R′………（1）

式中：Vm－－水的测量光经样品吸收后信号电压峰峰值（伏）

V_R－－水的参考光经样品反射后信号电压峰峰值（伏）

Vm’－－水的测量光直接在探测器上信号电压峰峰值（伏）

V_R′－－水的参考光直接在探测器上信号电压峰峰值（伏）

公式（1）的右端是依靠一个设在于前置放大器（下称前放）与微机处理系统之间的模拟信号分析系统（下称模拟系统）来实现的；公式（1）的左端是由微机处理系统来完成的。这里所说的模拟系统是用来对来自前放的模拟信号进行一系列的转换，最后输出与样品水分成正比的直流电压模拟信号送给微机系统，进行A／D转换及数据处理，最终便给出样品水份值。按照此模式，若进行多元（N元）成分分析，就需要有N个模拟系统来各行其功能，所以，将会给整个测量系统增加庞大的机构，既不经济，使用起来也不方便。

为了使成分定量分析仪，能够连续、快速、准确、非接触地进行在线检测多种物质成分的含量，而设计该种近红外多元成分计。

本实用新型的设计要点，是采用了双光路与双波段参考光体制，根据需要，在机械调制系统上设置测量光和参考光对应滤光孔，取出相应的信号，测得结果，消除了由于光源、滤光体、近红外探测器等光学器件性能变化产生的漂移，又能抵制来自被测物体的表面状态（颗粒小、凹不平、颜色不匀等）因素造成的质量影响；另外，去掉了传统的模系统，使微机与前放直接连接（参见图2），解决了进行多元分析需增加模拟系统的数目，而难以实现的技术障碍，使得当分析每一元成分的含量时，只要根据6个光束的信号来确定，如果是三元的，便采用18个光束，而不需增加任何硬件结构；调制盘上透光孔数可随着所测光数来定，孔数≥3N＋1的最小奇数。

该种成分计的测量，是从光源1发出直流复合光，复合光经过聚光透镜2后被分成测量光束（图3中实线箭头所示）与参考光束（图3中虚线箭头所示），当它们分别按顺序穿过安装在高速旋转的调制盘18上的滤光片3后，直流复合光被调制成6束交变单色脉冲光。

通过滤光片3后，变成三色光，测量光束中的三束交变单色脉冲光依次经聚光透镜4→反射镜5→反射镜6→聚光透镜7→被测物体的表面，这时入A₀波长的一束测量光的一部分被A物质所吸收，另一部分被漫反射，漫反射光中的一部分顺次经凹聚光镜9，再经凸聚光透镜10两次汇聚反射后，穿过干扰光截止滤光片11，回到探测器12上，于是入A₀波长的测量光的脉冲光信号被转换脉冲电信号，经前置放大器放大至一定倍数后，其峰峰值电压为VmAo。

两个参考光，由于不能被A物质吸收，于是全部被漫反射，漫反射光中的一部分经过相同的传播过程后，也回到探测器上，它们的光脉冲信号同样被转换成脉冲电信号，经前置放大器放大相同倍数后，它们的峰峰值电压分别为V_RA1和V_RA2。

附图1是传统的近红外分析计的原理方框图。

附图2是本实用新型的原理方框图。

附图3是本实用新型的光学系统与机械调制系统的示意图。图中1是光源，2是聚光透镜，3是滤光片，4是聚光透镜，5是反射镜，6是反射镜，7是聚光透镜，8是被测物体，9是凹聚光镜，10是凸聚光镜，11是干扰光截止滤光片，12是探测器，13是聚光透镜，14是反射镜，15是聚光透镜，16是反射镜，17是聚光透镜，18是调制盘，19是前置放大器，20是机械调制系统。

附图4是二元分析模拟信号图。

a是以可见光完全进入参考光路时刻为起始时刻的上半周期的光信号时序图

21可见光进入参考光路  λy形成  υy峰峰值电压为Vy′

22B的参考光进入测量光路 λ_RB1″ υ_RB1″ V_RB1

23A的参考光进入参考光路 λ_RA1″ υ_RA1″ V’_RA1

24B的测量光进入测量光路 λ_MB0″ υ_MB0″ V_MB0

25A的测量光进入参考光路 λ_MAO″ υ′_MA0″ V’_MA0

26B的参考光进入测量光路 λ_RB2″ υ_RB2″ V_RB2

27A的参考光进入参考光路 λ_RA2″ υ′_RA2″ V’_RA2

b是以可见光完全进入测量光路时刻为起始时刻的下半周期的光信号时序图

28可见光进入测量光路  λy  形成υy峰峰值电压为Vy

29B的参考光参考光路 λ_RB1″ υ′_RB1″ V’_RB1

30A的参考光测量光路 λ_RA1″ υ_RA1″ V_RA1

31B的测量光参考光路 λ_MB0″ υ′_MB0″ V’_MB0

32A的测量光测量光路 λ_MA0″ υ_MA0″ V_MA0

33B的参考光参考光路 λ_RB2″ υ′_RB2″ V’_RB2

34A的参考光测量光路 λ_RA2″ υ_RA2″ V_RA2

35参考光通道孔

36测量光通道孔

c是一个调制周期的模拟信号波形图

37零线基准

实施例：

本实施例由光学系统、机械调制多元系统、检测系统和8098单片机应用系统等四大部分组成，以两元（A、B）成分分析为例，分别测定A％、B％。

A物质的吸收光的滤光片波长为λ_MAO；

A物质的参考光 ″ λ_RA1；

A ″ ″ ″ λ_RA2；

B物质的吸收光 ″ λ_MB0；

B ″ 参考光 ″ λ_RB1；

B ″ ″ ″ λ_RB2。

可见光的滤光片的波长为λy。

可见光用来在被测定物体的表面上形成一个可见光光斑，借以模拟上述不可见光光斑的大小与位置。为使以上七种光相间有序地进入测量光路与参考光路，两光路孔中心应在同一直径上且与旋转中心等距，七个滤光片在调制盘上应均布（见图4中的a、b）它们按顺时针排列，顺序为λ_y、λ_RA2、λ_MA0、λ_RA1、λ_RB2、λ_MB0、λ_RB1。当调制盘顺时针旋转时，以可见光通过参考光路时产生的稳定信号υy为一周的零时刻点，那么，前放输出的一个周期的模拟信号的14个脉冲顺序（见图4C）。测出某被测定物体中的A，B成分含量A％、B％为

A％ V’_MA0／V_MA0×（V_RA1＋V_RA2）／（V’_RA1＋V’_RA2）（2）

B％ V’_MB0／V_MB0×（V_RB1＋V_RB2）／（V’_RB1＋V’_RB2）（3）

本实用新型，省去了模拟系统，电路结构简化了，具有通用性，既可用于一元分析，又便于多元成分分析；根除了模拟系统带来的抗干扰性差等缺点；响应时间短至毫秒数量级，性能和可靠性有很大提高。

Claims (3)

1、一种近红外多元成分计，包括光学系统、机械调制系统、检测系统及微机处理系统，其特征是光学系统采用双光路与双参考光测量。

2、一种如权利要求1所述的近红外多元成分计，其特征是根据测量元数确定在调制盘上均布的孔的数目，孔的数目≥3N＋1的最小奇数。

3、一种如权利要求1或2所述的近红外多元成分计，其特征是去掉传统的模拟系统，使前置放大器直接与微机连接。

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