CN220063831U - 一种微型化液体检测光谱装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型化液体检测光谱装置及系统，所述装置包括：光源、液体皿、第一凹球面反射镜、第二凹球面反射镜、光谱接收器以及供电电源；所述光源用于发出准直近红外光，所述供电电源用于给光源以及光谱接收器供电；所述光源发出的准直近红外光依次经过液体皿、第一凹球面反射镜、第二凹球面反射镜后，第二次经过液体皿后被光谱接收器接收。该装置通过特定位置的两块凹球面反射镜使得近红外光两次经过待测液体，从而使光程有效增加，进而增加透射近红外光携带待测液体的信息量，从而提升光谱分析结果的准确性。

Description

一种微型化液体检测光谱装置及系统

技术领域

本实用新型涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种微型化液体检测光谱装置及系统。

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。

随着微机电技术的发展，市场主流的大型近红外光谱仪设备都朝着体积小巧，价格低廉的微型化方向发展。但是微型化近红外光谱仪受限于自身结构、检测方法等影响，其检测光程往往较短，包含待测样品的信息量较少，进而易引发分析效果较差的问题。尤其是针对液体检测时，常规的微型化近红外液体检测方案采用透射检测方式，即从微型化近红外光谱检测仪的一端发出近红外光，透射过装有待测液体的工装，另一端光谱接收器接收携带待测液体信息的透射光并转化为光谱数据进行输出。这类检测方案光程较短，近红外光携带的待测液体信息较少，极易引起分析结果不准确的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种微型化液体检测光谱装置及系统，以解决现有技术中针对液体检测光程较短，近红外光携带的待测液体信息较少，极易引起分析结果不准确的问题。

本实用新型采用的技术方案是：提供一种微型化液体检测光谱装置，包括：光源、液体皿、第一凹球面反射镜、第二凹球面反射镜、光谱接收器以及供电电源；

所述光源用于发出准直近红外光，所述供电电源用于给光源以及光谱接收器供电；

所述光源发出的准直近红外光依次经过液体皿、第一凹球面反射镜、第二凹球面反射镜后，第二次经过液体皿后被光谱接收器接收。

进一步的，所述光源包括依次同轴设置的宽谱近红外发光器、光阑、准直透镜。

进一步的，所述宽谱近红外发光器包含单个卤钨灯及半球形反光杯，所述卤钨灯发出的近红外光波长范围为320nm～2500nm。

进一步的，所述液体皿为侧壁透光比色皿，形状为立体柱状结构。

进一步的，所述液体皿为直四棱柱状，所述准直近红外光垂直射入液体皿侧壁中部。

进一步的，所述第一凹球面反射镜与第二凹球面反射镜呈45°夹角。

进一步的，所述第一凹球面反射镜、第二凹球面反射镜与液体皿侧壁之间的间距均为小于3cm。

进一步的，所述光谱接收器包含可调滤波器、光谱传感器、微控制单元，所述可调滤波器与光谱传感器分别与微控制单元相连。

本实用新型还提供一种微型化液体检测光谱系统，所述系统包括上述的微型化液体检测光谱装置。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型实现了一种微型化液体检测光谱装置，该装置通过特定位置的两块凹球面反射镜使得近红外光两次经过待测液体，从而使光程有效增加，进而增加透射近红外光携带待测液体的信息量，从而提升光谱分析结果的准确性。

(2)本实用新型采用的光谱接收器可根据待测液体光谱吸收峰进行针对性光谱滤波，进一步提升光谱数据的准确性。

附图说明

图1为本实用新型公开的微型化液体检测光谱装置的结构示意图；

图2为本实用新型公开的微型化液体检测光谱装置的俯视图。

附图标记：01-光源，02-液体皿，03-反射镜，04-光谱接收器，05-供电电源，06-宽谱近红外发光器，07-光阑，08-准直透镜，09-第一凹球面反射镜，10-第二凹球面反射镜，11-可调滤波器，12-光谱传感器，13-下表面，14-左表面，15-前表面，16-后表面，17-上表面，18-右表面，19-卤钨灯，20-半球形反光杯，21-准直近红外光，22-微控制单元。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

参见图1，本实施例公开一种微型化液体检测光谱装置，包括：光源01、液体皿02、反射镜03，光谱接收器04以及供电电源05；所述反射镜03包括第一凹球面反射镜09、第二凹球面反射镜10；所述光源01用于发出准直近红外光21，所述供电电源05用于给光源01以及光谱接收器04供电；所述光源01发出的准直近红外光21依次经过液体皿02、第一凹球面反射镜09、第二凹球面反射镜10后，第二次经过液体皿02后被光谱接收器04接收。

具体的，光源01包含宽谱近红外发光器06、光阑07、准直透镜08，光阑07安装在宽谱近红外发光器06正前方，将发光器06发出的线光源转化为点光源，准直透镜08安装在光阑07正前方，将转化的点光源进一步转化为准直光源，由上，宽谱近红外发光器06发出的近红外光通过光阑07以及准直透镜08的作用转化为准直近红外光21照射向液体皿02。进一步的，所述的宽谱近红外发光器06包含单个卤钨灯19及半球形反光杯20，卤钨灯发出的近红外光波长范围为320nm～2500nm，几乎包含整个近红外波段，尽可能大的波段范围可以有效提升微型化液体检测光谱装置通用性。半球形反光杯20可以初步将卤钨灯19发出的线光源进行聚合，提升光源强度与准直性。

液体皿02为侧壁透光比色皿，用于盛放待测液体，形状为立体柱状，具体可以为圆柱状，正四棱柱、正六棱柱、正八棱柱等。本实施例液体皿采用正四棱柱状，由6个表面构成，分别为左表面14、右表面18、前表面15、后表面16、上表面17、下表面13，其中左表面14、右表面18、前表面15、后表面16为高透光学玻璃，下表面13为磨毛玻璃，上表面17为空心面，待测液体由上表面17倒入双透比色皿中，待测液体的高度应高于光源01所处高度，液体皿02右表面18与光源01临近。

反射镜03包含呈特定角度与位置的第一凹球面反射镜09以及第二凹球面反射镜10，其作用改变近红外光路，增加近红外光在待测液体中的光程。

光谱接收器04包含可调滤波器11、光谱传感器12、微控制单元22，可调滤波器11根据待测液体光谱吸收峰进行针对性宽光谱滤波，光谱传感器12接收滤波后的宽光谱近红外光并将该光信号转化为电信号，同时将该电信号传输至微控制单元22，微控制单元22接收电信号并将电信号转化为光谱信号进行存储。其中供电电源05分别与宽谱近红外发光器06、光谱传感器12、微控制单元22连接，并分别为其提供电能。

具体的，所述的液体皿02处于微型化液体检测光谱装置的中心位置，其左表面14与光源01相邻，右表面18与第一凹球面反射镜09相邻，前表面15与光谱接收器04相邻，后表面16与第二凹球面反射镜10相邻。为了同时保证微型化结构以及检测的可实施性，如附图2微型化液体检测光谱装置俯视图所示，液体皿02的左、右、前、后4个表面分别与第一凹球面反射镜09、光源01、光谱接收器04、第二凹球面反射镜10的距离均小于3厘米，从而实现微型化。

所述的反射镜03包含呈特定角度与位置的第一凹球面反射镜09以及第二凹球面反射镜10，本实施例中，所述第一凹球面反射镜与第二凹球面反射镜呈45°夹角。如附图2微型化液体检测光谱装置俯视图所示，第一凹球面反射镜09与入射近红外光的夹角度数为A＝67.5°，且第一凹球面反射镜09中心点C与液体皿02左表面14的直线距离为2厘米；第二凹球面反射镜10与出射近红外光的夹角度数为B＝67.5°，且第二凹球面反射镜10中心点D与液体皿02后表面16的直线距离为2厘米。

所述的光谱接收器04包含可调滤波器11、光谱传感器12、微控制单元22，可调滤波器11与光谱传感器12分别与微控制单元22相连，微控制单元22根据待测液体光谱吸收峰特征以及光谱传感器12的可接收波段范围生成波段范围指令，并将该指令传输至可调滤波器11，可调滤波器11根据相应波段范围指令进行指定波段范围滤波，如待测液体光谱吸收峰的波长值为1800nm，光谱传感器12的可接收波段范围为400nm，则该波段范围指令为1600nm～2000nm，可调滤波器11根据该波段范围指令进行近红外光谱滤波，使得1600nm～2000nm的近红外光可以穿透可调滤波器11，而其余波段范围的近红外光被阻拦无法穿透。光谱传感器12接收滤波后的宽光谱近红外光并将该光信号转化为电信号，同时将该电信号传输至微控制单元22，微控制单元22接收电信号并将电信号转化为光谱信号进行存储。

本实用新型提出的微型化液体检测光谱装置的工作流程为：如附图2微型化液体检测光谱装置俯视图所示，光源01向液体皿02的右表面18发出宽光谱准直近红外光21，准直近红外光垂直射入右表面18进入到双透比色皿中，并穿透待测液体，携带待测液体信息从左表面14透射出来至第一凹球面反射镜09，第一凹球面反射镜09进行聚光后将该聚合光反射至第二凹球面反射镜10，第二凹球面反射镜10再次进行聚光并将聚合光反射至液体皿02，从后表面16进入到双透比色皿中，并进一步穿透待测液体，增加近红外光携带的待测液体信息，从前表面15透射出来至光谱接收器04，光谱接收器04接收携带待测液体信息的近红外光并转化为光谱信号进行存储。

实施例2：

本实施例公开一种微型化液体检测光谱系统，所述系统包括实施例1所述的微型化液体检测光谱装置。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种微型化液体检测光谱装置，其特征在于，包括：光源、液体皿、第一凹球面反射镜、第二凹球面反射镜、光谱接收器以及供电电源；

所述光源用于发出准直近红外光，所述供电电源用于给光源以及光谱接收器供电；

所述光源发出的准直近红外光依次经过液体皿、第一凹球面反射镜、第二凹球面反射镜后，第二次经过液体皿后被光谱接收器接收。

2.根据权利要求1所述的微型化液体检测光谱装置，其特征在于，所述光源包括依次同轴设置的宽谱近红外发光器、光阑、准直透镜。

3.根据权利要求2所述的微型化液体检测光谱装置，其特征在于，所述宽谱近红外发光器包含单个卤钨灯及半球形反光杯，所述卤钨灯发出的近红外光波长范围为320nm～2500nm。

4.根据权利要求1所述的微型化液体检测光谱装置，其特征在于，所述液体皿为侧壁透光比色皿，形状为立体柱状结构。

5.根据权利要求4所述的微型化液体检测光谱装置，其特征在于，所述液体皿为直四棱柱状，所述准直近红外光垂直射入液体皿侧壁中部。

6.根据权利要求5所述的微型化液体检测光谱装置，其特征在于，所述第一凹球面反射镜与第二凹球面反射镜呈45°夹角。

7.根据权利要求5所述的微型化液体检测光谱装置，其特征在于，所述第一凹球面反射镜、第二凹球面反射镜与液体皿侧壁之间的间距均为小于3cm。

8.根据权利要求1所述的微型化液体检测光谱装置，其特征在于，所述光谱接收器包含可调滤波器、光谱传感器、微控制单元，所述可调滤波器与光谱传感器分别与微控制单元相连。

9.一种微型化液体检测光谱系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1～8中任意一项所述的微型化液体检测光谱装置。