便攜式近紅外分析儀的制作方法
【專利摘要】便攜式近紅外分析儀，涉及糧食、食品成分及含量分析領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有采用鹵素?zé)魡翁綔y(cè)器系統(tǒng)的近紅外分析儀器存在的結(jié)構(gòu)脆弱、穩(wěn)定性差的問(wèn)題，其包括上位機(jī)，與上位機(jī)電連接的控制器，分別與控制器電連接的LED光源組、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在LED光源組后端用于接收LED光源組的窄波段光的分光鏡，與放大器電連接用于接收分光鏡的反射光的第一探測(cè)器，設(shè)置在分光鏡后端用于接收分光鏡的透射光的樣品盤，靠近樣品盤設(shè)置與放大器電連接的第二探測(cè)器，放大器與A/D轉(zhuǎn)換器電連接。采用窄波段的LED光源組，降低了對(duì)后續(xù)單色光路系統(tǒng)的要求，結(jié)構(gòu)輕便、體積小且功耗小，通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)比光譜數(shù)據(jù)，同步消除測(cè)量誤差，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。
【專利說(shuō)明】便攜式近紅外分析儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及糧食、食品成分及含量分析【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種便攜式近紅外分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在測(cè)量谷物成分及含量時(shí)，通常采用物理方法或化學(xué)方法進(jìn)行檢測(cè)，這兩種方法都需要破壞樣本，且容易造成環(huán)境污染，為彌補(bǔ)這一缺陷，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)相繼開(kāi)發(fā)出了許多檢測(cè)儀器，如遠(yuǎn)紅外、中紅外、近紅外光譜檢測(cè)儀等，通過(guò)監(jiān)測(cè)紅外光照射下樣本粒子產(chǎn)生的振動(dòng)光譜，分析確定谷物成分及含量，具有不破壞樣品，不用試劑，不污染環(huán)境，便于操作等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品檢測(cè)領(lǐng)域。
[0003]目前近紅外分析儀器大多采用鹵素?zé)魡翁綔y(cè)器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)脆弱，不適宜頻繁搬運(yùn)及顛簸，且使用前需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱才能達(dá)到穩(wěn)定性要求，不能滿足測(cè)量谷物成分及含量的需求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了解決現(xiàn)有采用鹵素?zé)魡翁綔y(cè)器系統(tǒng)的近紅外分析儀器存在的結(jié)構(gòu)脆弱、穩(wěn)定性差的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種便攜式近紅外分析儀。
[0005]本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]便攜式近紅外分析儀，包括:
[0007]上位機(jī)，與上位機(jī)電連接的控制器，分別與控制器電連接的LED光源組、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在LED光源組后端并用于接收LED光源組的窄波段光的分光鏡，與放大器電連接并用于接收分光鏡的反射光的第一探測(cè)器，設(shè)置在分光鏡后端并用于接收分光鏡的透射光的樣品盤，靠近樣品盤設(shè)置并與放大器電連接的第二探測(cè)器，所述放大器與A/D轉(zhuǎn)換器電連接；
[0008]所述控制器按照上位機(jī)的光源開(kāi)啟指令開(kāi)啟LED光源組中的一個(gè)LED燈，該LED燈的窄波段光被分光鏡分解成反射光和透射光，第一探測(cè)器將接收到的反射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)傳遞給放大器，再經(jīng)過(guò)放大器的運(yùn)算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給控制器，通過(guò)上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)；透射光對(duì)樣品盤中的樣品進(jìn)行透射，第二探測(cè)器全面接收攜帶樣品信息的光譜弱信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大器的運(yùn)算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給控制器，通過(guò)上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)；每開(kāi)啟一個(gè)LED燈測(cè)量一次并得到相應(yīng)的兩個(gè)光譜數(shù)據(jù)，依次開(kāi)啟LED光源組中的所有LED燈進(jìn)行測(cè)量并得到相應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)，利用上位機(jī)中的光譜處理分析軟件對(duì)讀取到的所有光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析實(shí)現(xiàn)樣品的定量分析。
[0009]所述LED光源組采用四個(gè)中心波長(zhǎng)分別為930nm、950nm、970nm、990nm的LED燈并聯(lián)。
[0010]所述第一探測(cè)器和第二探測(cè)器均采用硅探測(cè)器。[0011 ] 所述放大器采用MCP6S22芯片。
[0012]所述A/D轉(zhuǎn)換器采用ADSl 118芯片。
[0013]所述控制器采用STM32F103ZET6芯片，控制器接收上位機(jī)的控制指令對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、對(duì)比及測(cè)量。
[0014]該便攜式近紅外分析儀還包括分別與所述樣品盤和控制器電連接的電機(jī)，所述控制器接收上位機(jī)的電機(jī)啟動(dòng)指令啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)在控制器的實(shí)時(shí)調(diào)控下精確運(yùn)行，同時(shí)帶動(dòng)樣品盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0015]所述電機(jī)采用35BYGH28步進(jìn)電機(jī)。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0017]1、本實(shí)用新型采用LED光源組作為光源，LED燈光譜波段范圍較窄，發(fā)出的光為窄波段光，對(duì)后續(xù)單色光路系統(tǒng)的要求大大降低，極大精簡(jiǎn)了儀器的結(jié)構(gòu)和體積，結(jié)構(gòu)輕便且功耗??；
[0018]2、本實(shí)用新型采用雙光路探測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)比通過(guò)上位機(jī)采集的兩路光譜數(shù)據(jù)，可以同步消除由于測(cè)量環(huán)境、條件及溫度等客觀條件變化所引起的測(cè)量誤差，同時(shí)省去了預(yù)測(cè)量階段的基線測(cè)量及背景光譜校正步驟，使測(cè)量過(guò)程具有更高的實(shí)時(shí)性和便利性，進(jìn)而得到更為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果；
[0019]3、本實(shí)用新型通過(guò)控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并接收上位機(jī)的控制指令，有效避免了誤動(dòng)作問(wèn)題；
[0020]4、本實(shí)用新型的分析儀是一臺(tái)智能化高精密分析儀器，可同時(shí)定量定性分析多種成分，透射深度大，可通過(guò)玻璃或石英等介質(zhì)而不易被吸收等特點(diǎn)，尤其對(duì)谷物糧油等關(guān)系民生的重點(diǎn)行業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)可靠的檢測(cè)支持。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型的便攜式近紅外分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型的便攜式近紅外分析儀，由LED光源組、分光鏡、第一探測(cè)器、樣品盤、電機(jī)、第二探測(cè)器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、控制器和上位機(jī)組成，上位機(jī)與控制器通過(guò)電纜線相連，控制器分別與LED光源組、電機(jī)、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò)電纜線相連，電機(jī)與樣品盤通過(guò)電纜線相連，第一探測(cè)器和第二探測(cè)器均與放大器通過(guò)電纜線相連，放大器與A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò)電纜線相連，分光鏡放置在LED光源組和樣品盤之間的位置，分光鏡用于將LED光源組的窄波段光分解成反射光和入射光，第一探測(cè)器用于接收來(lái)自分光鏡的反射光，樣品盤用于接收來(lái)自分光鏡的透射光，第二探測(cè)器靠近樣品盤設(shè)置，第二探測(cè)器用于接收來(lái)自樣品盤的攜帶樣品信息的光譜弱信號(hào)。
[0024]本實(shí)施方式中，LED光源組采用四個(gè)LED燈并聯(lián)，LED光源組的中心波段范圍為930nm?990nm，四個(gè)LED燈的型號(hào)各不相同，它們的中心波長(zhǎng)分別為930nm，950nm，970nm，990nm，這四個(gè)LED燈發(fā)出的光均為窄波段光。
[0025]本實(shí)用新型采用LED光源組可以通過(guò)后續(xù)單色光路系統(tǒng)濾光后得出光譜數(shù)據(jù)，LED光源組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低等特點(diǎn)，適用于便攜式設(shè)計(jì)。
[0026]本實(shí)施方式中，第一探測(cè)器和第二探測(cè)器均采用硅探測(cè)器，具有價(jià)格便宜、體積小、信噪比高及熱影響小等特點(diǎn)。
[0027]本實(shí)施方式中，放大器采用MCP6S22芯片，具有雙路可切換及增益程控的特性，放大器與控制器通過(guò)電纜線相連，控制器接收上位機(jī)的控制指令控制放大器進(jìn)行電信號(hào)的運(yùn)算放大，同時(shí)調(diào)控放大器的放大倍數(shù)。
[0028]本實(shí)施方式中，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADSl118芯片，具有小型、低耗及位數(shù)高等特點(diǎn)。
[0029]本實(shí)施方式中，電機(jī)采用35BYGH28步進(jìn)電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、運(yùn)行精確等特點(diǎn)。
[0030]本實(shí)施方式中，控制器是一種微型小系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制模塊，即微控芯片，具體采用STM32F103ZET6芯片，光譜數(shù)據(jù)的采集、對(duì)比、測(cè)量及分析儀的動(dòng)作控制都通過(guò)上位機(jī)控制控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0031]本實(shí)用新型的便攜式近紅外分析儀的工作過(guò)程如下:
[0032]上位機(jī)向控制器發(fā)送光源開(kāi)啟指令，控制器按照接收到的光源開(kāi)啟指令開(kāi)啟LED光源組中的LED燈，每次只開(kāi)啟一個(gè)LED燈進(jìn)行一次測(cè)量并得到一組兩個(gè)光譜數(shù)據(jù)，四個(gè)LED燈分別照射一次之后為一次完整的測(cè)量，再通過(guò)上位機(jī)中的光譜處理分析軟件對(duì)讀取到的八個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；首先開(kāi)啟中心波長(zhǎng)為930nm的LED燈，該LED燈發(fā)出窄波段光入射至分光鏡上，分光鏡將窄波段光分解成反射光和透射光，反射光通過(guò)第一探測(cè)器接收，第一探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)傳遞給放大器，控制器接收上位機(jī)的控制指令控制放大器進(jìn)行電信號(hào)的運(yùn)算放大，同時(shí)調(diào)控放大器的放大倍數(shù)，弱電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器的運(yùn)算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給控制器，通過(guò)上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)Al ;透射光入射至樣品盤上，第二探測(cè)器靠近樣品盤放置，第二探測(cè)器全面接收近紅外光對(duì)樣品進(jìn)行透射后攜帶樣品信息的光譜弱信號(hào)，第二探測(cè)器將接收到的光譜弱信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器的運(yùn)算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給控制器，通過(guò)上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)BI ;然后按照上述過(guò)程依次開(kāi)啟中心波長(zhǎng)為950nm，970nm，990nm的LED燈進(jìn)行測(cè)量，得到的三組光譜數(shù)據(jù)分別為A2和B2，A3和B3，A4和B4 ;最后利用上位機(jī)中的光譜處理分析軟件對(duì)讀取到的四組八個(gè)光譜數(shù)據(jù)即數(shù)據(jù)Al和BI，A2和B2，A3和B3，A4和B4進(jìn)行對(duì)比分析實(shí)現(xiàn)樣品的定量分析和檢測(cè)。
[0033]本實(shí)用新型的便攜式近紅外分析儀在測(cè)量的過(guò)程中，上位機(jī)向控制器發(fā)送電機(jī)啟動(dòng)指令，控制器按照接收到的電機(jī)啟動(dòng)指令啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)樣品盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，使得樣品盤中的樣品由于顆粒大小、形狀和分布不同而產(chǎn)生的光譜吸收差異通過(guò)多次測(cè)量而消除，得到更為準(zhǔn)確的光譜數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果，在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，電機(jī)在控制器的實(shí)時(shí)調(diào)控下精確運(yùn)行。
[0034]本實(shí)用新型的便攜式近紅外分析儀在測(cè)量的過(guò)程中，對(duì)特定的樣品體系，近紅外光譜特征峰的差別并不明顯，需要通過(guò)光譜的處理減少以消除各方面因素對(duì)光譜信息的干擾，再?gòu)牟顒e甚微的光譜信息中提取樣品的定量信息。
【權(quán)利要求】
1.便攜式近紅外分析儀，其特征在于，包括: 上位機(jī)，與上位機(jī)電連接的控制器，分別與控制器電連接的LED光源組、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在LED光源組后端并用于接收LED光源組的窄波段光的分光鏡，與放大器電連接并用于接收分光鏡的反射光的第一探測(cè)器，設(shè)置在分光鏡后端并用于接收分光鏡的透射光的樣品盤，靠近樣品盤設(shè)置并與放大器電連接的第二探測(cè)器，所述放大器與A/D轉(zhuǎn)換器電連接； 所述控制器按照上位機(jī)的光源開(kāi)啟指令開(kāi)啟LED光源組中的一個(gè)LED燈，該LED燈的窄波段光被分光鏡分解成反射光和透射光，第一探測(cè)器將接收到的反射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)傳遞給放大器，再經(jīng)過(guò)放大器的運(yùn)算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給控制器，通過(guò)上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)；透射光對(duì)樣品盤中的樣品進(jìn)行透射，第二探測(cè)器全面接收攜帶樣品信息的光譜弱信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大器的運(yùn)算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給控制器，通過(guò)上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)；每開(kāi)啟一個(gè)LED燈測(cè)量一次并得到相應(yīng)的兩個(gè)光譜數(shù)據(jù)，依次開(kāi)啟LED光源組中的所有LED燈進(jìn)行測(cè)量并得到相應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)，利用上位機(jī)中的光譜處理分析軟件對(duì)讀取到的所有光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析實(shí)現(xiàn)樣品的定量分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述LED光源組采用四個(gè)中心波長(zhǎng)分別為930nm、950nm、970nm、990nm的LED燈并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述第一探測(cè)器和第二探測(cè)器均采用硅探測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述放大器采用MCP6S22-H-* I I心/T O
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換器采用ADSl118 芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述控制器采用STM32F103ZET6芯片，控制器接收上位機(jī)的控制指令對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、對(duì)比及測(cè)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，還包括分別與所述樣品盤和控制器電連接的電機(jī)，所述控制器接收上位機(jī)的電機(jī)啟動(dòng)指令啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)在控制器的實(shí)時(shí)調(diào)控下精確運(yùn)行，同時(shí)帶動(dòng)樣品盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述電機(jī)采用35BYGH28步進(jìn)電機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01N21/359GK203561585SQ201320652266
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】林新光, 樸仁官 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春長(zhǎng)光思博光譜技術(shù)有限公司