CN216484607U - 一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，包括控制器模块、与控制器模块连接的传感器模块、RFID模块、通信模块、电源模块和灯光发射器模块。控制器模块进行光谱数据的处理及储存传感器模块包含不同波段范围的多个传感器，根据不同待测样品进行自动切换；RFID模块读取待测样品的电子标签信息；通信模块用于光谱设备与移动设备的网络连接，进而进行数据传输；电源模块用于各个模块的电能供应；灯光发射器模块用于发射近红外光线。针对不同样品，仅需使用一个便携式近红外光谱仪就可以进行检测工作，有效降低检测难度，节约成本，并且通过独立的继电器控制不同传感器的启动和关闭，降低了功耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及光谱领域，特别涉及一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪。
背景技术
近年来，近红外光谱分析技术发展十分迅速，已在化工，制药，军工，食品等多个领域都获得了应用。近红外光谱技术属于分子光谱技术，可以在分子水平上表明物质成分和性质信息，不论对经济还是社会影响来说，都取得了非常高的效益，极具发展潜力。
然而，目前大多数物质成分和性质信息检测主要使用大型实验室近红外光谱仪器进行，这些方法虽然定量准确灵敏度高，但所需设备体积庞大，设备费用昂贵，样品制备时间长且样品制作方法严格，检测设备和样品制备需要专业人员操作，检测环境固定，且分析时间长，不适用于现场检测，不便于推广使用。
伴随着便携式近红外光谱技术的发展，市场主流的大型近红外光谱仪设备都朝着体积小巧，价格低廉的便携式方向发展。但是单一的便携式近红外光谱仪往往只能检测某种样品。针对不同的测试样品，往往需要不同类型、不同波段范围的便携式近红外光谱仪进行协作检测，这样不仅会造成检测成本高，检测难度大的问题，而且会极大程度的阻碍便携式近红外光谱技术的发展。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，用于解决现有技术中便携式近红外光谱仪涵盖波段范围小，针对不同样品需要不同近红外光谱仪进行协作检测的问题，有效的节约检测成本，提升便携式近红外光谱仪应用范围。
本实用新型通过下述技术方案解决上述问题：
一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，包括控制器模块、与所述控制器模块连接的传感器模块、RFID模块、通信模块、电源模块和灯光发射器模块。所述控制器模块进行光谱数据的处理及储存；所述的传感器模块包含不同波段范围的个智能光谱传感器，各个光谱传感器均有不同的光谱响应范围，可根据不同待测样品进行自动切换；所述的RFID模块读取待测样品的电子标签信息；所述的通信模块用于光谱设备与移动设备的网络连接，进而进行数据传输；所述的电源模块用于各个模块的电能供应；所述的灯光发射器模块用于发射近红外光线。
进一步的，所述的控制器模块为微控制单元MCU，分别与传感器模块、RFID模块、通信模块、电源模块和灯光发射器模块相接，控制各个模块的运作并进行数据的存储及处理。
进一步的，所述传感器模块与控制器模块之间设置有继电器模块，所述继电器模块用于根据控制器模块的电平信号控制传感器模块中的不同传感器的启动或关闭。
进一步的，所述的RFID模块包含读写器、样品电子标签，通过读写器读取待测样品电子标签信息，将电子标签信息传递至控制器模块，控制器模块根据识别的待测样品信息，控制相应传感器对应的继电器闭合，从而调用相关的传感器进行光谱数据采集，而其他传感器处于不工作状态，减少功耗。
进一步的，所述电源模块包括锂电池、微型稳压器和电量检测模块，所述控制器模块还连接有指示灯模块。所述锂电池和微型稳压器保证输出电压稳定，所述电量检测模块用于检测锂电池的剩余电量，并通过所述指示灯模块显示。
进一步的，所述电源模块与控制器模块之间设置有开关模块，用于便携式近红外光谱仪通电或断电。
进一步的，所述的通信模块包括蓝牙组件、wifi组件和4G组件中的任意一种或多种，可以根据不同应用场景选择不同的通信组件。
进一步的，所述灯光发射器为卤钨灯，卤钨灯有四盏，且以所述传感器为中心对称分布。卤钨灯的适用波长范围为320nm-2500nm，几乎包含整个近红外波段。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
一方面，本实用新型将各个波段范围的传感器集成在一个便携式近红外光谱仪中，针对不同样品，仅需使用一个便携式近红外光谱仪就可以进行检测工作，有效的降低检测难度，节约检测成本。
另一方面，本实用新型的控制器模块分别通过独立的继电器控制不同传感器的启动和关闭，降低功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本实用新型实施例提供的近红外光谱仪结构框图。
图2是本实用新型实施例提供的近红外光谱仪中传感器模块结构框图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚-完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
结合附图1所示，一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪包括控制器模块、与所述控制器模块连接的传感器模块、RFID模块、通信模块、电源模块和灯光发射器模块。所述的控制器模块进行光谱数据的处理及储存；所述的传感器模块包含不同波段范围的多个传感器，根据不同待测样品进行自动切换；所述的RFID模块读取待测样品的电子标签信息；所述的通信模块用于光谱设备与移动设备的网络连接，进而进行数据传输；所述的电源模块用于各个模块的电能供应；所述的灯光发射器模块用于发射近红外光线。
对待测样品进行检测时，RFID模块读取待测样品的电子标签信息，将电子标签信息传递至控制器模块，控制器模块根据识别待检测样品的信息判断该样品的特征峰所述波段范围，调用传感器模块中的单个或多个传感器进行协作光谱数据采集，同时控制器模块控制灯光发射器模块中的卤钨灯发出近红外光线，通过待测样品漫反射后，传感器模块接收反射光，并将该光信号转换为电信号传输至控制器模块，控制器模块对电信号进行放大及模数转换后，将光谱数据存储在ARM的内置Flash中。之后控制器模块通过通信模块将光谱数据传输至移动设备，进而对光谱数据进行进一步分析。
所述传感器模块与控制器模块之间设置有继电器模块，所述继电器模块用于根据控制器模块的电平信号控制传感器模块中的不同传感器的启动或关闭。所述传感器模块采用AMS及滨松传感器解决方案，所述的AMS及滨松传感器与所述的控制器模块之间分别连接有继电器。每个传感器都有对应的继电器作为启动开关，控制器模块通过控制各个继电器的开合完成各个传感器的启动与关闭。
所述的RFID模块读取待测样品上的电子标签信息，将电子标签信息传递至控制器模块，控制器模块根据识别的待检测样品信息，控制相应传感器对应的继电器闭合，从而调用相关的传感器进行数据采集，而其他传感器处理不工作状态，减少功耗。
进一步的，AMS传感器型号为AS7421、AS7423，光谱响应范围分别为750nm~1050nm、1050nm~1350nm ；滨松传感器型号为C13272、C14272、C14273、C14274，光谱响应范围分别为1550nm~1850nm、1350nm~1650nm、1850nm~2150nm、2150nm~2350nm。
进一步的，控制模块为微控制单元MCU，MCU可以采用STM32F373，基于Cortex-M4的STM32F373集成了3个16位的sigma-delta ADC，拥有多大条单通道，每条通道均具有7种可编程增益。
所述电源模块包括锂电池、微型稳压器和电量检测模块，所述控制器模块还连接有指示灯模块。所述锂电池和微型稳压器保证输出电压稳定，所述电量检测模块用于检测锂电池的剩余电量，并通过所述指示灯模块显示。电源模块与控制器模块之间设置有开关模块，用于控制点检仪通电或断电。
进一步的，指示灯模块为LED指示灯，灯光为绿色常亮时，表示该光谱仪设备正常工作且电量充足；灯光为黄色常亮时，表示该光谱仪设备正常工作但是电量偏低；灯光为红色常亮时，表示该光谱仪设备正常工作但是电量已经极低；当灯光为绿色闪亮时，表示该光谱仪设备在持续充电且目前电量极低；当灯光为黄色闪亮时，表示该光谱仪设备在持续充电且目前电量低；当灯光为绿色闪亮时，表示该光谱仪设备在持续充电且电量饱和；当灯光熄灭时，表示该光谱仪设备没有工作。
所述通信模块包括蓝牙模块、wifi模块和4G模块中的任意一种或多种。可以根据不同应用场景选择不同的通信组件。当便携式近红外光谱仪与移动设备距离较近，通过蓝牙模块进行数据传输；当便携式近红外光谱仪与移动设备距离较远，但在同一局域网内，则通过wifi模块进行数据传输；当便携式近红外光谱仪与移动设备距离较远，且不在同一局域网内，则可以通过4G模块进行数据传输。
尽管这里参照本实用新型的实施例对本实用新型进行了描述，但上述实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (8)
1.一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，其特征在于，包括控制器模块、与所述控制器模块连接的传感器模块、RFID模块、通信模块、电源模块和灯光发射器模块；所述控制器模块进行光谱数据的处理及储存；所述传感器模块包含不同波段范围的多个智能光谱传感器，各个光谱传感器均有不同的光谱响应范围，可根据不同待测样品进行自动切换；所述RFID模块读取待测样品的电子标签信息；所述通信模块用于光谱设备与移动设备的网络连接，进而进行数据传输；所述电源模块用于各个模块的电能供应；所述灯光发射器模块用于发射近红外光线。
2.根据权利要求1所述的一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，其特征在于，所述控制器模块为微控制单元MCU。
3.根据权利要求1所述的一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，其特征在于，所述传感器模块与控制器模块之间设置有继电器模块，所述继电器模块用于根据控制器模块的电平信号控制传感器模块中的不同传感器的启动或关闭。
4.根据权利要求3所述的一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，其特征在于，所述的RFID模块包含读写器、样品电子标签，所述读写器读取待测样品电子标签信息，并将电子标签信息传递至控制器模块，控制器模块根据识别的待测样品信息，控制相应传感器对应的继电器闭合，从而调用相关的传感器进行光谱数据采集，而其他传感器处于不工作状态，减少功耗。
5.根据权利要求1所述的一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，其特征在于，所述电源模块包括锂电池、微型稳压器和电量检测模块，所述控制器模块还连接有指示灯模块，所述锂电池和微型稳压器保证输出电压稳定，所述电量检测模块用于检测锂电池的剩余电量，并通过所述指示灯模块显示。
6.根据权利要求1所述的一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，其特征在于，所述电源模块与控制器模块之间设置有开关模块，用于便携式近红外光谱仪通电或断电。
7.根据权利要求1所述的一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，其特征在于，所述通信模块为蓝牙组件、wifi组件和4G组件中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种自动切换波段范围的便携式近红外光谱仪，其特征在于，所述灯光发射器模块包括四盏卤钨灯，所述卤钨灯以传感器为中心对称分布。
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