CN2938081Y - 袖珍型近红外光纤光谱装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种袖珍型近红外光纤光谱装置，该装置还包含有光源、聚光透镜、包含有比色皿的可控温样品池、光敏探测器、分光器、近红外光谱检测器阵列，该光敏探测器和分光器之间通过光纤相连；其中：该光源发出的光通过光路系统中的聚光透镜入射到放置于比色皿中的待测样品上，其发射光由光敏探测器接收，传送到分光器，再送至近红外光谱检测器阵列由光信号转换为电信号，该电信号通过电源和分析处理电路、输出接口输出。该系统提高近红外光谱的信噪比，使整个光谱系统及其光路结构简化、紧凑，保证理想的光谱分析结果，而且，大大地缩小了光谱系统的体积、重量，使其非常便于野外和现场检测和分析。

Description

袖珍型近红外光纤光谱装置

技术领域

本实用新型涉及一种近红外光谱系统，尤其是一种袖珍型近红外光纤光谱装置，属于光谱测量技术领域。

背景技术

近红外光谱中，产生光谱吸收的官能团主要是含氢基团，包括：C-H(甲基、亚甲基、甲氧基、羧基等)，O-H(羟基)，S-H(巯基)和N-H(氨基)等，它们的分子结构中，其跃迁能量的合频和一级倍频位于1300nm-2500nm波段。自然界不少物质的近红外光谱具有明显的特异性，因此，近红外光谱(波长在780nm至2500nm)测量前途无量，是当今国内外研究的热门领域，在农副产品(如谷物、饲料、水果、蔬菜、肉、蛋、奶等)的品质(例如水分、蛋白、油脂含量等)方面的测定，以及矿物分析、药品检验、石油检验和环境检验上，均得到一定的应用。

利用近红外光谱进行分析测量的仪器有很多种，但是其普遍存在体积较为庞大、携带不便等诸多问题，如：申请号为97193402，申请日为1997年01月31日的中国发明专利申请《无损伤性近红外光谱仪的多光谱分析方法和便携式近红外光谱仪》，其公开了一种利用近红外光谱区的多光谱分析，确定样品中存在的被分析物浓度的方法和便携式近红外光谱仪。其采用含有约1100至3500nm范围中多个不同不相重叠波长区的入射辐射，对样品扫描。对样品的漫反射进行检测，利用化学计量技术获得表示被分析物浓度的值。该技术能够使每个不相重叠波长区所获得的信息相互关联，以除去背景干扰。这虽然使得近红外光谱的应用前进了一步，但其公开的便携式近红外光谱仪体积仍较大，重量依然较重，不利于该种检测方法的进一步推广应用。

该专利申请中所使用的光栅分光式近红外光谱仪主要由光源、聚光镜、滤光片、光栅扫描器、样品池、检测器和有关处理电路组成。由于近红外光谱的信噪比较弱，外界干扰对测量结果的影响较为强烈。为了获得理想的测量效果，目前的近红外光谱系统光路结构比较复杂，体积较为庞大，光源与检测器为分体式设计，不便携带。再加上大多光谱仪采用机械式扫描光栅系统，使得仪器对振动等干扰的抵抗能力降低，仅适用于环境条件较为稳定的实验室检测，无法进行野外和现场的测量分析。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光路结构合理、紧凑，且光源和测量系统合一的袖珍型近红外光纤光谱装置，以克服现有技术存在的缺点，为野外和现场的测量分析提供方便。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种袖珍型近红外光纤光谱装置，包含有电源和分析处理电路、输出接口，其重点在于：

该装置还包含有光源、聚光透镜、包含有比色皿的可控温样品池、光敏探测器、分光器、近红外光谱检测器阵列，该光敏探测器和分光器之间通过光纤相连；其中：

该光源发出的光通过安装在可控温样品池上的光系中的聚光透镜入射到放置于比色皿中的待测样品上，其发射光由光敏探测器接收，传送到分光器，再送至近红外光谱检测器阵列由光信号转换为电信号，该电信号通过分析处理电路、输出接口输出。

其中：该光源为小型卤钨光源，该光源的电源电路和分析处理电路集成为一体。

该可控温样品池为数字控温装置，其包含有控温器件、数字温度指示器件和保温装置。

投射于该待测样品的入射光和反射光之间的夹角不超过30度。

该可控温样品池由保温盒、样品池架、光系构件、光接收器、温度传感器、电加热带、数字式温度控制器和电源构成，保温盒内部中央设置有空腔，该样品池架、温度传感器均装设于该空腔中；在保温盒的侧壁上设置有光系构件、光接收器，该光系构件、光接收器和样品池架上的样品位于光路上；该电加热带嵌置于保温盒的侧壁中；该温度传感器和数字式温度控制器之间，该数字式温度控制器、电加热带和电源之间具有电气连接。

本实用新型使用时，将待测分析的样品放入可控温样品池中的比色皿中，当光源发出的光经聚光透镜聚光后，投射到样品表面上，在样品表面产生漫反射，这种漫反射光经过光路通道投射到光敏探测器上，通过光纤传送到分光器，再利用分光器中的光路狭缝、准直镜、光栅、聚光镜光镜等投射到近红外光谱检测器阵列上，将光信号变成电信号，输送到分析处理电路中，得到检测分析的结果。

本实用新型采用小型卤钨光源和测量光系部分合一的设计、光系和可控温样品池的合一设计、可控温样品池中待测样品入射和反射光系的不超过30度的小反射角度特殊设计，可以有效提高近红外光谱的信噪比，使整个光谱系统及其光路结构简化、紧凑。因此，不仅可以保证理想的光谱分析结果，而且，大大地缩小了光谱系统的体积、重量，使其非常便于野外和的现场检测和分析。同时本实用新型对上述所用部件采用了一体化的设计结构，将其整合在同一个机壳中，增强了其稳定性和可携带性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型实施例袖珍型近红外光纤光谱装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中包含有可控温样品池的细部结构示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例为一种用于野外进行中药材检测的袖珍型近红外光纤光谱装置。该仪器系统的结构如图1所示，主要由卤钨光源1、聚光透镜2、可控温样品池3、比色皿4、光敏探头5、光纤接口6、分光器7、近红外光谱检测器阵列8、电源和分析处理电路9和数据接口10组成，这些部件，除可控温样品池之外，均为市售产品，因此其具体结构在此不再一一介绍。该电源和分析处理电路9为卤钨光源1提供电源，聚光透镜2和光敏探头5分别位于相对于比色皿4的两个方向(即二者必须错位)，二者是在卤钨光源1发光之后，沿光路、按入射光线、反射光线之间的夹角不超过30度的要求来安置。光敏探头5的光纤另一端接入光纤接口6，从而，可将反射光束引入分光器7。分光器7的一端连接有近红外光谱检测器阵列8，引入该分光器7的反射光，经分光器7之后，便投射到近红外光谱检测器阵列8上。

近红外光谱检测阵列器8的光信号转换为电信号，经其数据线接入分析处理电路9中，再经由其数据线输送到数据接口10，最后，输出到计算机(图中未示)中作进一步的数据处理分析。

下面详细介绍可控温样品池，如图2所示为本实用新型实施例中包含有可控温样品池3的细部结构示意图。

该可控温样品池由保温盒31、样品池架33、近红外光学透镜32、光接收器5、温度传感器34、电加热带35、数字式温度控制器37和电源36构成，如图2所示。保温盒31内部中央设置有一空腔，该样品池架33、温度传感器34均装设于该空腔中；在保温盒31的侧壁上设置有光系构件32、光接收器5，该光系构件32、光接收器5和样品池架33上的样品位于光路上；该电加热带35为带式加温器，其包围在保温盒31的周围(如可通过嵌置于外壳的侧壁中)，而可把控温盒31内的温度加热到设定的温度；数字式温度控制器37和电源36的位置随便就近设置即可。温度的变化通过热敏传感器34，该传感器34将信号传给数字式温度控制器37，从而通过该数字式温度控制器37产生加温或降温的操作，以保证温度的稳定性。该该可控温样品池3所有的部件中，除保温盒31为一中空的、可自制的盒装结构之外，其它部件均为市售产品。如温度传感器型号为Pt100，数字式温度控制器型号为TX3，光系构件为小型附件卤钨光源的配件，光接收器为检测器配件。

使用时，将适量样品放入比色皿4内，然后将其插入可控温样品池中的样品池架33中；点亮系统中的光源1；光源1发出的光束经过聚光透镜2聚光，将全色的光束聚焦在比色皿架4中比色皿的样品表面，如图1所示。

全色的光束在样品表面产生漫反射，反射到光敏探头5中。反射光束经过光纤、光纤接口6，进入分光器7，在其中的准直镜、光栅和聚焦镜的作用下，将波长范围1100-1700nm的单色光发送到近红外光谱检测阵列器8中，分光器7为现有仪器，其内部结构均为现有技术。

在近红外光谱检测器阵列8中，近红外光中被待测样品所吸收信息后的光信号被转变为电信号，输送到分析处理电路9中，经对物质吸收的近红外光谱分析之后，得到待测样品的分析结果。根据需要，还可将带有物质吸收信息的近红外光谱数据，经数据接口10，送入相配的笔记本电脑(或台式计算机)中，进行进一步的分析和处理。从而，进一步得出所需要的精确分析结果。

本实用新型实施例结构简化而紧凑轻巧，没有可移动部件，因此，不仅可以保证理想的光谱分析结果，而且大大缩小了光谱系统的体积，使其便于携带和进行光谱分析测量。本实施例目前在同类仪器中，体积与重量是最小的。

本实用新型实施例作为袖珍型光谱测量仪器，具有体积小、重量轻、部件综合集中、紧凑、功能强等特点，特别适合于现场样品的分析和检测。单次测量时间＜1秒，便可得到测量范围内的全光谱数据。同时可配备现场测量分析用笔记本电脑。

其特性和技术参数如下：

1.波长范围：1100-1700nm，一级衍射状态：1050-1750nm；

2.光电测量元件：InGaAs检测器阵列；

3.分光方式：平场凹面固定光栅；

4.光谱带宽：＜16nm；

5.波长重复性：＜0.1nm；

6.灵敏度：50×1012在1450nm；

7.数字光圈：0.22；

8.杂散光衰减：30dB；

9.信噪比(S/N)：1000-2000；

10.动态范围(80％满偏)：10000∶1；

11.计算机接口：RS232；

12.峰值功率：＜20W；

13.重量：＜3kg；

14.体积：285mm×180mm×100mm。

如上所述，本实用新型提供一较佳的袖珍型近红外光纤光谱装置，于是依法提呈专利申请；然而，以上的实施说明及图式所示，是本创作较佳实施之例，并非以此局限本创作，是以，举凡与本创作的构造、装置、特征等近似、雷同，均应属本创作的创设目的及申请专利范围之内。

Claims (5)

1、一种袖珍型近红外光纤光谱装置，包含有电源和分析处理电路、输出接口，其特征在于：

该装置还包含有光源、聚光透镜、包含有比色皿的可控温样品池、光敏探测器、分光器、近红外光谱检测器阵列，该光敏探测器和分光器之间通过光纤相连；其中：

该光源发出的光通过安装在可控温样品池上的光系中的聚光透镜入射到放置于比色皿中的待测样品上，其发射光由光敏探测器接收，传送到分光器，再送至近红外光谱检测器阵列由光信号转换为电信号，该电信号通过分析处理电路、输出接口输出。

2、如权利要求1所述的袖珍型近红外光纤光谱装置，其特征在于：该光源为小型卤钨光源，该光源中的电源和分析处理电路电气连接。

3、如权利要求1所述的袖珍型近红外光纤光谱装置，其特征在于：该可控温样品池为数字控温装置，其包含有控温器件、数字温度指示器件和保温装置。

4、如权利要求1所述的袖珍型近红外光纤光谱装置，其特征在于：投射于该待测样品的入射光和反射光之间的夹角不超过30度。

5、如权利要求1、2、3或4所述的袖珍型近红外光纤光谱装置，其特征在于：

该可控温样品池由保温盒、样品池架、光系构件、光接收器、温度传感器、电加热带、数字式温度控制器和电源构成，保温盒内部中央设置有空腔，该样品池架、温度传感器均装设于该空腔中；在保温盒的侧壁上设置有光系构件、光接收器，该光系构件、光接收器和样品池架上的样品位于光路上；该电加热带嵌置于保温盒的侧壁中；该温度传感器和数字式温度控制器之间，该数字式温度控制器、电加热带和电源之间具有电气连接。

Images