CN217132932U - 一种基于led的光谱分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了物理光学技术领域的一种基于LED的光谱分析仪，包括：光电接收转换器，接收被测物体发出的光谱特征并产生电信号传输给放大器；放大器，将电信号按比例转换放大成模拟电压后输出给A/D转换器；A/D转换器，将模拟电压转换为数字电压输出给微处理器；微处理器，基于数字电压进行运算处理后将结果输出到显示模块。本实用新型操作方便、精度高，能够被广泛的应用在农副食品的检测中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于LED的光谱分析仪，属于物理光学技术领域。
背景技术
当前社会随着人们生活水平的提高人们对农副食品的认知也有了相应的转变，人们对农副食品的需求不再只局限于数量，渐渐开始关注食品安全问题。但当前市场上的检测设备种类繁多，测试方法繁琐、测试环境要求苛刻。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于LED的光谱分析仪，操作方便、精度高，能够被广泛的应用在农副食品的检测中。
为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
本实用新型提供了一种基于LED的光谱分析仪，包括：
光电接收转换器，接收被测物体发出的光谱特征并产生电信号传输给放大器；
放大器，将电信号按比例转换放大成模拟电压后输出给A/D转换器；
A/D转换器，将模拟电压转换为数字电压输出给微处理器；
微处理器，基于数字电压进行运算处理后将结果输出到显示模块。
进一步的，还包括LED激励光源，所述LED激励光源照射被测物体使其发出光谱特征。
进一步的，所述LED激励光源包括红外、蓝光和紫外LED激励光源；所述光电接收转换器包括三个分别接收红外、蓝光和紫外在被测物体表面反射或折射的光谱特征的光电二极管。
进一步的，还包括接有动态电流反馈调节电路的三路选择开关，且三路选择开关连接所述微处理器和LED激励光源，所述微处理器通过控制三路选择开关调节LED激励光源的开关组合状态。
进一步的，所述微处理器以检测的蓝光为基准，计算红外反射和紫外反射相对于蓝光的相对比值。
进一步的，所述微处理器采用可独立控制3个LED激励光源开关的 STM32F030F4P6芯片。
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：
本实用新型提供的基于LED的快速光谱分析仪，以三个光电转换管接收被测物体反射或透射的特征光谱并产生电荷传输给放大器，由放大器将微弱的电信号按比例转换放大成可采集变化明显的电压信号后输出给ADC采集芯片。当 ADC采集到信号后将模拟电压转换为数字电压输出给微处理器进行运算处理，再由微处理器将运算分析的结果输出到显示模块上，操作方便、精度高，能够被广泛的应用在农副食品的检测中。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种基于LED的光谱分析仪示意图；
图2是本实用新型实施例提供的数据产生采集及转换输出电路示意图；
图3是本实用新型实施例提供的多路开关及动态反馈电流调节电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。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。
实施例：
一种基于LED的光谱分析仪，包括：三个LED激励光源、微处理器、光电接收转换器、数据采集转换器、电源稳定输出模块、显示模块、三路选择开关、动态电流反馈调节电路和A/D转换器。三个LED激励光源其发出光的波长范围如下所示：
(1)红外发射管：940nm
(2)紫外发射管：365nm
(3)蓝光发射：450nm
其中，A/D转换器的输出口连接微处理器的输入端，显示模块连接微处理器的输出端；微处理器控制三路选择开关，A/D转换器读取光电转换器产生存储的电荷。三路选择开关上接有动态电流反馈调节电路，当微处理器控制LED打开时为避免多路选择开关多个同时打开而产生电流不稳定使得LED不能正常工作而设置的动态电流反馈调节电路。三路选择开关由按键控制，有八种不同的开关组合状态：多路开关由按键算法控制可有多种不同的检测模式。光电接收转换器由三个光电二极管组成：光电转换器检测波长为400到1000nm、400到500nm 和300到400nm，分别接收红外，蓝光和紫外在被测物体表面反射光波特征。光电转换器接收后经由A/D转换给微处理器，微处理器以检测的蓝光为基准计算红外反射和紫外反射对于蓝光的相对比值。
三个LED激励光源和光电接收转换器放置于光谱分析仪检测面，其检测范围覆盖于整个光谱分析检测口；红外、紫外、蓝光LED激励光源和光电转换检测器件位于检测面一侧，由LED发出激励光源照射到物体表面，经过物体的吸收后反射出特定频率的光波分别被三路光电转换器吸收。光电接收转换器可以将射入的光信号转换为电荷输出，输出的电荷分别由三个放大电路将微弱的电流信号放大转换为可以测量变化明显的电压信号，由24位的A/D转换器测量电压输出给微处理器经过运算分析出物体表面反射出光线的波谱。本实用新型提供的基于LED的光谱快速分析仪，以物体反射的光谱判断物体的种类。当光谱分析仪的开关打开时，三个LED激励光源逐个打开，微处理器分别读取对应光的光电转换后经放大器放大ADC转换后的数据值并运算分析出物体反射的各光谱分量与以蓝光为基准的比值并分析被测物体的表面特性由屏幕显示。
如图1，光电转换采集器件由低温票运放组成的电流转电压输出电路和光电管组成可将微弱的电流信号转换为可采集的变化范围明显的电压信号，上电动态检测输出电流是否稳定以及激励光源全开时光电接收转换器的工作状况，也就是光电接收转换器能否接收到相应激励光源发出的光：波长为350到1150nm 的红外线和180到370nm的蓝光和紫外混合光线，然后由信号转换器转换输出给微处理器计算出结果即可。微处理器采用STM32F030F4P6芯片，其电路如图2， 3路开关信号，可以独立控制3个LED激励光源的开关。其中可通过按键配合编程算法分别有组合的控制三个激励光源的使用从而达到菜不同场合应对不同种物体的光谱分析使用。PA4至PA7引脚通过四个LED指示灯来显示不同的操作模式和设备本身的状态，根据实际电路需要电路选择即可。微处理器的PA0至PA7 引脚作为输出端，其中PA0至PA2作为开关信号输出端，仅输出开关信号，用以提供给多路选个电路作为控制信号之用。选择器使用PNP三极管和动态电流调节电路组合设计。根据实际需要选择即可。同时，该动态电流调节电路分具有辨力高，输入阻抗低，低温漂等特点。
目前，本实施例提供3路开关信号，可以独立控制3个LED激励光源的开关。本实施例全部使用，其中可通过按键配合编程算法分别控制三个激励光源的使用从而达到在不同场合应对不同种物体的光谱分析使用。PA4至PA7引脚通过四个LED指示灯来显示不同的操作模式和设备本身的状态，根据实际电路需要电路选择即可。本实施例中的微处理器用STM32F030F4P6属于价格较高，功能较强的IC，仅作为开发之用，后续量产型，可选用其他廉价IC。本实施例中，光电采集后电荷的信号处理由HX710A完成，因此，微处理器仅需要具有I/O接口、计时、中断等基础功能即可。因此市面可选IC种类极多。本实施例的具体工作过程如下：当光谱分析仪打开时将三个LED激励光源和光电接收转换器放置于光谱分析仪检测面，其检测范围覆盖于整个光谱分析检测口；红外紫外蓝光LED激励光源和光电转换检测器件位于检测面一侧，由LED发出激励光源照射到物体表面，经过物体的吸收后反射出特定频率的光波被分别被三路光电转换器组合同时吸收。光电接收转换器可以将射入的光信号转换为电荷输出，输出的电荷分别放大电路将微弱的电流型号转换为变化范围明显的电压信号，由 24位的A/D转换器测量电压输出给微处理器经过运算分析出物体表面反射出光线的波谱。
本实例提供的基于LED的快速光谱分析仪是为了快速检测农副食品，能够根据光谱快速的分析检测出食品的性状，还能通过按钮选择模式适应多种不同的分析检测环境。本实例具有两路的光电转换，和A/D信号转换电路，因为本实例实施时进多次实验发现，当物体反射或透射带有紫外分量时被测物体可能产生荧光如果使用单一的混合光电转换器时会受到紫外照射时产生的荧光干扰，因此设置两路光电转换器来隔绝被测物体可能产生的荧光干扰。此外两路光电转换器还和以用来测量对比物体的荧光特性。本实例的多个LED激励光源以逐个点亮进行光分量的对比。本实例还提供多个外置激励光源，可以对透明物体经行透射的光谱检测。本实例以反射蓝光为基准，计算反射红外和反射紫外的相对值，避免了绝对测量的参数定标问题。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于LED的光谱分析仪，其特征是，包括：
光电接收转换器，接收被测物体发出的光谱特征并产生电信号传输给放大器；
放大器，将电信号按比例转换放大成模拟电压后输出给A/D转换器；
A/D转换器，将模拟电压转换为数字电压输出给微处理器；
微处理器，基于数字电压进行运算处理后将结果输出到显示模块；
还包括LED激励光源，所述LED激励光源照射被测物体使其发出光谱特征；
所述LED激励光源包括红外、蓝光和紫外LED激励光源；所述光电接收转换器包括三个分别接收红外、蓝光和紫外在被测物体表面反射或折射的光谱特征且与LED激励光源同波长的红外、蓝光和紫外LED；
还包括接有动态电流反馈调节电路的三路选择开关，且三路选择开关连接所述微处理器和LED激励光源，所述微处理器通过控制三路选择开关调节LED激励光源的开关组合状态；
所述微处理器以检测的蓝光为基准，计算检测的红外反射和紫外反射相对于检测的蓝光的相对比值作为被测物体光谱的判别。
2.根据权利要求1所述的基于LED的光谱分析仪，其特征是，所述微处理器采用可独立控制3个LED激励光源开关的STM32F030F4P6芯片。
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