專利名稱：紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，用于液體、固體 和高光散射的液體的分析。
背景技術(shù)：
光譜儀器是進(jìn)行光譜學(xué)研究和物質(zhì)光譜分析的儀器，通過對光譜的測量來完成光 成分的分析、材料光學(xué)屬性的測量以及物質(zhì)成分的鑒定，被廣泛的應(yīng)用于各種光學(xué)檢測、生 物化學(xué)分析、工業(yè)自動化檢測、天文研究等領(lǐng)域。紫外光(Ultraviolet，UV)是指波長在185 400nm范圍內(nèi)的電磁波，不可被人眼 感知。因?yàn)榇蠖鄶?shù)分子的電子光譜處于紫外區(qū)域，而分子的電子光譜基本上能決定物質(zhì)的 化學(xué)反應(yīng)，所以利用分子的電子光譜可以進(jìn)行分子定性分析、定量分析、結(jié)構(gòu)分析和分子化 學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的分子光譜技術(shù)工作?？梢姽?Visible，VIS)是指波長在380 780nm范圍內(nèi)的電磁波，可以被人眼感 知?？梢姽馐菓?yīng)用最為廣泛的波段，與人們的生活密切聯(lián)系。利用可見光，可以實(shí)現(xiàn)對光成 分的分析、顏色的測量和計(jì)算、材料屬性的測量和分子光譜分析等。近紅外光(Near Infrared, NIR)是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR)之間的電 磁波，即波長在780 2500nm范圍內(nèi)的電磁波，不可被人眼感知。習(xí)慣上又將近紅外區(qū)劃 分為近紅外短波和近紅外長光譜區(qū)；1900年前后，近紅外光(NIR)光譜儀器使用玻璃棱鏡 和膠片記錄器，其光譜范圍局限于700nm-1600nm.由于物質(zhì)在該譜區(qū)的倍頻和合頻吸收信 號弱，譜帶重疊，解析復(fù)雜，受當(dāng)時的技術(shù)水平限制，近紅外光譜“沉睡” 了近一個半世紀(jì)， 直到20世紀(jì)50年代，才開始將近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)副產(chǎn)品分析中，50年代的商品近紅 外光(NIR)光譜儀使用硫化鉛光敏電阻作檢測器，其波長范圍可至3000nm，用于定量分析， 但由于近紅外光(NIR)消光系數(shù)低和譜帶寬而解析困難，該技術(shù)并沒有獲得廣泛應(yīng)用，60 年代，開始使用漫反射技術(shù)對麥子水分、蛋白和脂肪含量進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)近紅外光(NIR)光 譜用于常規(guī)分析的實(shí)用價值。隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展和化學(xué)計(jì)量學(xué)的誕生，近紅外光(NIR)和化 學(xué)計(jì)量學(xué)結(jié)合產(chǎn)生了現(xiàn)代近紅外光(NIR)光譜學(xué)。近紅外光(NIR)最先應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。 到60年代中后期，隨著各種新的分析技術(shù)的出現(xiàn)，加之經(jīng)典近紅外光譜分析技術(shù)暴露出的 靈敏度低、抗干擾性差的弱點(diǎn)，使人們淡漠了該技術(shù)在分析測試中的應(yīng)用，從此，近紅外光 譜進(jìn)入了一個沉默的時期。80年代后期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，帶動了分析儀器的數(shù) 字化和化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展，通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法在解決光譜信息提取和背景干擾方面取得 的良好效果，加之近紅外光譜在測樣技術(shù)上所獨(dú)有的特點(diǎn)，使人們重新認(rèn)識了近紅外光譜 的價值，近紅外光譜在各領(lǐng)域中的應(yīng)用研究陸續(xù)展開。進(jìn)入90年代，近紅外光譜在工業(yè)領(lǐng) 域中的應(yīng)用全面展開，有關(guān)近紅外光譜的研究及應(yīng)用文獻(xiàn)幾乎呈指數(shù)增長，成為發(fā)展最快、 最引人注目的一門獨(dú)立的分析技術(shù)。由于近紅外光在常規(guī)光纖中具有良好的傳輸特性，使 近紅外光譜在在線分析領(lǐng)域也得到了很好的應(yīng)用，并取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，從 此近紅外光譜技術(shù)進(jìn)入一個快速發(fā)展的新時期，現(xiàn)代近紅外光譜(NIR)分析技術(shù)是近年來分析化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù)，越來越引起國內(nèi)外分析專家的注目，在分析化學(xué) 領(lǐng)域被譽(yù)為分析“巨人”，它的出現(xiàn)可以說帶來了又一次分析技術(shù)的革命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足，提供一種應(yīng)用領(lǐng)域廣、測量精確的紫外、可 見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射 光譜分析儀，包括殼體，在殼體內(nèi)部設(shè)有照明系統(tǒng)、探頭、光學(xué)分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、校 正系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)，照明系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、校正系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)共同連接有供 電系統(tǒng)，照明系統(tǒng)用于發(fā)射紫外、可見、近紅外波段的光線，照明被測物體，所述探頭用于收 集被測物體漫反射后的光線，并將收集后的光線傳送給光學(xué)分光系統(tǒng)，光學(xué)分光系統(tǒng)利用 光柵將光線分光形成不同波長的光，信號采集系統(tǒng)將光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進(jìn)行采集， 通過校正系統(tǒng)校正后的光譜，交給光譜處理系統(tǒng)處理、分析和顯示，從而確定檢測結(jié)果。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述探頭包括探鏡和光纖，探鏡的作用是用來擴(kuò)大采 光面積，使更多的光線進(jìn)入分光系統(tǒng)，光纖用來傳輸光信號。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于 所述光學(xué)分光系統(tǒng)的主要部件是光柵，光學(xué)分光系統(tǒng)利用光柵的分光作用將光線色散成不 同波長的光線。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述信號采集系統(tǒng)包括接收單元、放大單元和采集單 元，接收單元用來將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成的微弱電信號傳送到放大單元，放大單元用來 將接收單元發(fā)送來的微弱電信號放大到能夠采集的程度，采集單元用來將計(jì)算機(jī)不能識別 的電信號即模擬信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信號。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述校正系統(tǒng)包括距離傳感器和溫度傳感器，所述距 離傳感器用來測量被測物體與探頭之間的距離，溫度傳感器用來測量被測物體的溫度。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述光譜處理系統(tǒng)包括處理模塊和分析模塊，處理模 塊包括用來將采集的光譜信號進(jìn)行預(yù)處理的預(yù)處理部，用來減小光譜中的高頻噪聲，提高 光譜信噪比的數(shù)字低通濾波器，由于被測物體的距離和溫度會影響反射光強(qiáng)，把校正系統(tǒng) 得到的距離和溫度信號代入通過預(yù)先實(shí)驗(yàn)得到的距離和溫度對光強(qiáng)影響關(guān)系函數(shù)的函數(shù) 部中，用以減小由于距離和溫度變化對反射光強(qiáng)帶來的影響，分析模塊包括針對某一物質(zhì) 通過大量的前期試驗(yàn)得到的函數(shù)部即數(shù)學(xué)模型，將預(yù)處理過的光譜信號經(jīng)過該模型計(jì)算之 后，可以得到特定物質(zhì)的含量。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述光源照射到被測物體上，光線與被測物體相互作 用后，產(chǎn)生漫反射光線，經(jīng)探頭中的探鏡收集并通過探頭中的光纖傳送，由所述光學(xué)分光系 統(tǒng)分光后，通過所述信號采集系統(tǒng)采集，并將通過校正系統(tǒng)校正后的光譜，交給光譜處理系 統(tǒng)進(jìn)行光譜處理的定性和定量分析，從而確定檢測結(jié)果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域廣、測量精確，可用于多種行業(yè)的測量。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例 僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。如圖1示出了本發(fā)明一種紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀的實(shí)施 方式，所述光譜分析儀包括殼體，殼體內(nèi)部設(shè)有照明系統(tǒng)、探頭、光學(xué)分光系統(tǒng)、信號采集 系統(tǒng)、校正系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)，照明系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、校正系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)共同 連接有供電系統(tǒng)，照明系統(tǒng)用于發(fā)射紫外、可見、近紅外波段的光線，照明被測物體，探頭用 于收集被測物體漫反射后的光線，并將收集后的光線傳送給光學(xué)分光系統(tǒng)，光學(xué)分光系統(tǒng) 利用光柵將光線分光形成不同波長的光，通過信號采集系統(tǒng)將光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進(jìn) 行采集，通過校正系統(tǒng)校正后的光譜，交給光譜處理系統(tǒng)處理、分析和顯示，從而確定檢測 結(jié)果，且應(yīng)用測量范圍廣，探頭包括探鏡和光纖，探鏡用來擴(kuò)大采光面積，使更多的光線進(jìn) 入分光系統(tǒng)；光纖用來傳輸光信號，光學(xué)分光系統(tǒng)的主要部件是光柵，光學(xué)分光系統(tǒng)利用光 柵的分光作用將光線色散成不同波長的光線，信號采集系統(tǒng)包括接收單元、放大單元和采 集單元，接收單元用來將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成的微弱電信號傳送到放大單元，放大單元 用來將接收單元發(fā)送來的微弱電信號放大到能夠采集的程度，采集單元是將計(jì)算機(jī)不能識 別的電信號即模擬信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信號，校正系統(tǒng)包括距離傳感器和溫 度傳感器，距離傳感器用來測量被測物體與探頭之間的距離，溫度傳感器用來測量被測物 體的溫度，光譜處理系統(tǒng)包括處理模塊和分析模塊，處理模塊包括用來將采集的光譜信號 進(jìn)行預(yù)處理的預(yù)處理部，用來減小光譜中的高頻噪聲，提高光譜信噪比的數(shù)字低通濾波器， 由于被測物體的距離和溫度會影響反射光強(qiáng)，把校正系統(tǒng)得到的距離和溫度信號代入通過 預(yù)先實(shí)驗(yàn)得到的距離和溫度對光強(qiáng)影響關(guān)系函數(shù)的函數(shù)部中，用以減小由于距離和溫度變 化對反射光強(qiáng)帶來的影響，分析模塊包括針對某一物質(zhì)通過大量的前期試驗(yàn)得到的函數(shù)部 即數(shù)學(xué)模型，將預(yù)處理過的光譜信號經(jīng)過該模型計(jì)算之后，可以得到特定物質(zhì)的含量，可以 得到特定物質(zhì)的含量，與常規(guī)分析技術(shù)不同，近紅外光譜是一種間接分析技術(shù)，必須通過建 立數(shù)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)對未知樣品的定性或定量分析，在分析時主要通過包括以下幾個步驟 先選擇有代表性的樣品并測量其近紅外光譜，采用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可的參考方法測定所關(guān)心的組 分或性質(zhì)數(shù)據(jù)，將測量的光譜和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量方法建立數(shù)學(xué)模型，從而進(jìn)行 未知樣品組分或性質(zhì)的測定，本發(fā)明所述的分析儀即是通過光源照射到被測物體上，光線 與被測物體相互作用后，產(chǎn)生漫反射光線，經(jīng)探頭中的探鏡收集并通過探頭中的光纖傳送， 由所述光學(xué)分光系統(tǒng)分光后，通過所述信號采集系統(tǒng)采集，通過校正系統(tǒng)校正后的光譜，交 給光譜處理系統(tǒng)進(jìn)行光譜處理的定性和定量分析，從而確定檢測結(jié)果，可用于石油及石油 化工、基本有機(jī)化工、精細(xì)化工、冶金、生命科學(xué)、制藥、醫(yī)學(xué)臨床、農(nóng)業(yè)、食品、飲料、煙草、紡 織、造紙、化妝品、質(zhì)量監(jiān)督、環(huán)境保護(hù)、高校及科研院所等，在石化領(lǐng)域可測定油品的辛烷 值、族組成、十六烷值、閃點(diǎn)、冰點(diǎn)、凝固點(diǎn)、餾程、MTBE含量等，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以測定谷物的 蛋白質(zhì)、糖、脂肪、纖維、水分含量等，在醫(yī)藥領(lǐng)域可以測定藥品中有效成分，組成和含量，亦 可進(jìn)行樣品的種類鑒別，如酒類和香水的真假辨別，環(huán)保廢棄物的分檢等，這種紫外、可見、 近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀的分析檢測結(jié)果較為精確，且對被測物體無損害，無須 進(jìn)行預(yù)處理，這樣測量時較為簡便。
權(quán)利要求
一種紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于所述光譜分析儀包括殼體，所述殼體內(nèi)部設(shè)有照明系統(tǒng)、探頭、光學(xué)分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、校正系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、校正系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)共同連接有供電系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)用于發(fā)射紫外、可見、近紅外波段的光線，照明被測物體，所述探頭用于收集被測物體漫反射后的光線，并將收集后的光線傳送給光學(xué)分光系統(tǒng)，光學(xué)分光系統(tǒng)利用光柵將光線分光形成不同波長的光，信號采集系統(tǒng)將光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進(jìn)行采集，通過校正系統(tǒng)校正后的光譜，交給光譜處理系統(tǒng)處理、分析和顯示，從而確定檢測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于 所述探頭包括探鏡和光纖，所述探鏡用來擴(kuò)大采光面積，使更多的光線進(jìn)入分光系統(tǒng)，光纖 用來傳輸光信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于 所述光學(xué)分光系統(tǒng)的主要部件是光柵，所述光學(xué)分光系統(tǒng)利用光柵的分光作用將光線色散 成不同波長的光線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于 所述信號采集系統(tǒng)包括接收單元、放大單元和采集單元，所述接收單元用來將接收到的光 信號轉(zhuǎn)換成的微弱電信號傳送到放大單元，所述放大單元用來將接收單元發(fā)送來的微弱電 信號放大到能夠采集的程度；所述采集單元用來將計(jì)算機(jī)不能識別的電信號即模擬信號轉(zhuǎn) 換成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于 所述校正系統(tǒng)包括距離傳感器和溫度傳感器，所述距離傳感器用來測量被測物體與探頭之 間的距離，溫度傳感器用來測量被測物體的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于 所述光譜處理系統(tǒng)包括處理模塊和分析模塊，所述處理模塊包括用來將采集的光譜信號進(jìn) 行預(yù)處理的預(yù)處理部，用來減小光譜中的高頻噪聲，提高光譜信噪比的數(shù)字低通濾波器，由 于被測物體的距離和溫度會影響反射光強(qiáng)，把校正系統(tǒng)得到的距離和溫度信號代入通過預(yù) 先實(shí)驗(yàn)得到的距離和溫度對光強(qiáng)影響關(guān)系函數(shù)的函數(shù)部中，用以減小由于距離和溫度變化 對反射光強(qiáng)帶來的影響，所述分析模塊包括針對某一物質(zhì)通過大量的前期試驗(yàn)得到的函數(shù) 部即數(shù)學(xué)模型，將預(yù)處理過的光譜信號經(jīng)過該模型計(jì)算之后，可以得到特定物質(zhì)的含量，所 述分析模塊是針對某一物質(zhì)通過大量的前期試驗(yàn)得到的數(shù)學(xué)模型，將預(yù)處理過的光譜信號 經(jīng)過該模型計(jì)算之后，可以得到特定物質(zhì)的含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，其特征在于 所述光源照射到被測物體上，光線與被測物體相互作用后，產(chǎn)生漫反射光線，經(jīng)探頭中的探 鏡收集并通過探頭中的光纖傳送，由所述光學(xué)分光系統(tǒng)分光后，通過所述信號采集系統(tǒng)采 集，并將通過校正系統(tǒng)校正后的光譜，交給光譜處理系統(tǒng)進(jìn)行光譜處理的定性和定量分析， 從而確定檢測結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紫外、可見、近紅外在線檢測漫反射光譜分析儀，包括殼體，所述殼體內(nèi)部設(shè)有照明系統(tǒng)、探頭、光學(xué)分光系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、校正系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、校正系統(tǒng)和光譜處理系統(tǒng)共同連接有供電系統(tǒng)。所述照明系統(tǒng)用于發(fā)射紫外、可見、近紅外波段的光線，照明被測物體，所述探頭用于收集被測物體漫反射后的光線，并將收集后的光線傳送給光學(xué)分光系統(tǒng)，利用光柵將光線分光形成不同波長的光，通過信號采集系統(tǒng)將光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進(jìn)行采集，通過校正系統(tǒng)校正后的光譜，交給光譜處理系統(tǒng)處理、分析和顯示，從而確定檢測結(jié)果。本發(fā)明具有應(yīng)用領(lǐng)域廣、測量精確的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N21/47GK101922969SQ20101026638
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者丁峰, 劉混海, 周峰, 李志杰, 杜偉 申請人:南通北極光自動控制技術(shù)有限公司