本實(shí)用新型涉及近紅外光譜檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置。

背景技術(shù)：

近紅外(NIR)光譜檢測技術(shù)是近年來發(fā)展較為迅速的一種高新分析測試技術(shù),與傳統(tǒng)分析技術(shù)相比，近紅外光譜分析儀具有無損檢測、分析效率高、分析速度快、分析成本低、重現(xiàn)性好等獨(dú)特優(yōu)勢。

近紅外分析主要是利用被測物對固定波長近紅外光的吸收特性來進(jìn)行各種物質(zhì)含量的分析。目前的近紅外光譜分析儀從使用環(huán)境上分析，主要有兩種，一種是用于實(shí)驗(yàn)室或檢測室內(nèi)的臺(tái)式機(jī)，其特點(diǎn)是檢測精度較高，但體積較大，重量較重，不利于攜帶；另外一種是便攜式近紅外光譜檢測裝置，其特點(diǎn)是小巧便攜，但檢測精度不高。

為此，尋求一種檢測精度高，且便于攜帶的近紅外光譜檢測裝置具有重要研究價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置。

本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，包括LED光源、準(zhǔn)直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、標(biāo)準(zhǔn)反射板、檢測窗，以及樣品探測器、參考探測器，還包括分別與樣品探測器、參考探測器相連的電路板；其中LED光源、準(zhǔn)直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡及第一反射鏡處于同一直線光路，半透半反鏡將光路分為水平光路和垂直光路：第一反射鏡將水平光路反射至檢測窗，直接照射樣品，形成樣品通道，之后由樣品探測器對樣品通道的漫反射信號進(jìn)行采集；同時(shí)垂直光路依次經(jīng)過第二反射鏡、第三反射鏡的反射，最終以45°角反射到標(biāo)準(zhǔn)反射板上，形成參考通道，之后參考探測器對參考通道的漫反射信號進(jìn)行采集；樣品探測器、參考探測器將采集的漫反射信號傳輸至電路板進(jìn)行處理。

所述LED光源位于基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置最左側(cè)，水平方向上向右依次設(shè)置準(zhǔn)直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡；LED光源、準(zhǔn)直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡均位于主光路中，其中半透半反鏡平面向左偏下45°角放置，準(zhǔn)直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡分別豎直放置。

所述半透半反鏡右側(cè)為樣品通道，第一反射鏡位于樣品通道拐角處，以第一反射鏡的反射面左偏下67.5°位置安裝，第一反射鏡的右下方垂直放置檢測窗；檢測窗水平位置左側(cè)垂直放置樣品探測器，樣品探測器朝向探測窗。

所述半透半反鏡下方為參考通道，其中第二反射鏡位于半透半反鏡正下方，以第二反射鏡的反射面上偏右45°位置安裝；第三反射鏡位于第二反射鏡右側(cè)，以第三反射鏡的反射面左偏下22.5°位置安裝；標(biāo)準(zhǔn)反射板位于第三反射鏡左下方45°方位，豎直安裝；最后在標(biāo)準(zhǔn)反射板右側(cè)豎直安裝參考探測器，參考探測器朝向標(biāo)準(zhǔn)反射板。

所述樣品探測器與參考探測器背向?qū)ΨQ安裝。這樣設(shè)置能夠方便電路及檢測信號的統(tǒng)一輸出與屏蔽。

所述標(biāo)準(zhǔn)反射板、檢測窗、樣品探測器、參考探測器處于同一水平線，共同組成中心組件；所述LED光源、準(zhǔn)直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡，共同組成環(huán)繞組件；所述環(huán)繞組件有N個(gè)，N個(gè)環(huán)繞組件以中心組件所在水平線為中心軸，進(jìn)行圓形陣列排列，N個(gè)環(huán)繞組件共用一個(gè)中心組件。每一路均為不同波長的LED光源及不同中心波長的窄帶濾光片，以陣列的方式實(shí)現(xiàn)非機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)條件下的多波段不同波長的檢測。同時(shí)未設(shè)置機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，在仍然采用同一標(biāo)準(zhǔn)反射板的情況下，進(jìn)行多波段不同波長的多通道檢測，大大提高重復(fù)檢測精度。

本實(shí)用新型所述基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，其工作過程如下：

(1)在待機(jī)狀態(tài)，LED光源發(fā)光后，光線通過準(zhǔn)直透鏡和窄帶濾光片后，變?yōu)闄z測需要的固定波長的平行光，之后光路通過半透半反鏡分為兩路，一路光透過半透半反鏡后，通過第一反射鏡反射至檢測窗，直接照射樣品，形成樣品通道，之后由樣品探測器對樣品通道的漫反射信號進(jìn)行采集；另一路光依次經(jīng)過第二反射鏡、第三反射鏡的反射，最終以45度角反射到標(biāo)準(zhǔn)反射板上，形成參考通道，之后參考探測器對參考通道的漫反射信號進(jìn)行采集；樣品通道、參考通道的數(shù)據(jù)記錄為初始采樣值；

(2)將檢測窗的窗口對準(zhǔn)需要檢測的樣品，并使樣品覆蓋檢測窗，之后電路板發(fā)送檢測命令，參考通道光線仍然照射到標(biāo)準(zhǔn)反射板，樣品通道光線將直接照射到檢測的樣品；

(3)此時(shí)樣品通道光線照射到檢測樣品表面后發(fā)生了吸收現(xiàn)象，之后參考探測器和樣品探測器再次分別記錄兩個(gè)通道的采樣值；

(4)然后對比前后兩次樣品探測器的采樣值，計(jì)算出樣品的吸光度值，之后對比前后兩次參考探測器的采樣值，計(jì)算出前后兩次檢測的偏差，并將該偏差帶入之前計(jì)算出的吸光度值，對其進(jìn)行矯正，最后通過矯正后的吸光度值計(jì)算出樣品內(nèi)物質(zhì)的含量。

需要特別說明的是，本實(shí)用新型所述一種基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置中的電路板對于樣品通道的漫反射信號、參考通道的漫反射信號采用常規(guī)的處理方式，也同樣能夠滿足要求，也就是說本實(shí)用新型所述一種基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置最重要的實(shí)用新型點(diǎn)不在于軟件的數(shù)據(jù)處理上，而在于硬件結(jié)構(gòu)的雙光路的設(shè)計(jì)上，雙光路的設(shè)計(jì)比以前的単光路設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(除了有益效果所列出的)在于：參考通道、樣品通道共用同一時(shí)間的同一個(gè)LED光源，減少了變量，而增加了定量，對于提升檢測精度有非常重要的意義。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本實(shí)用新型利用雙光路通道提高信噪比的原理，將原來便攜式近紅外光譜檢測裝置檢測精度低的問題進(jìn)行了改進(jìn)，并通過內(nèi)置光路以及外殼全封閉式的設(shè)計(jì)，使檢測裝置在復(fù)雜環(huán)境下仍然能夠保證檢測效果，盡可能的減小使?jié)穸鹊韧獠恳蛩貙z測結(jié)果的影響。

2、本實(shí)用新型將原本單通道的檢測方式，改為了雙通道檢測，通過對比參考通道來對樣品檢測的結(jié)果進(jìn)行矯正，提升了整機(jī)的信噪比，提高了檢測精度。

3、本實(shí)用新型封閉式光路設(shè)計(jì)，減少了外部濕度、雜散光的因素對檢測結(jié)果的影響，提高檢測精度。

4、本實(shí)用新型雙光路體積較之前大幅減小，有利于設(shè)備的便攜性和附件匹配，提高通用性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述一種基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

如圖1，一種基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，包括LED光源1、準(zhǔn)直透鏡2、窄帶濾光片3、半透半反鏡4、第一反射鏡5、第二反射鏡14、第三反射鏡6、標(biāo)準(zhǔn)反射板12、檢測窗8，以及樣品探測器9、參考探測器10，還包括分別與樣品探測器9、參考探測器10相連的電路板15；所述光路通過半透半反鏡4將光源準(zhǔn)直調(diào)焦并濾光后的平行光分為兩路，在同一時(shí)間分別照射樣品和標(biāo)準(zhǔn)反射板12。

一種基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，其工作過程如下：

首先檢測標(biāo)準(zhǔn)樣品，記錄雙通道探測器采樣值，再檢測待檢樣品，記錄雙通道采樣值。之后通過分析并計(jì)算出樣品的吸光度值，進(jìn)而計(jì)算出樣品的物質(zhì)含量。以測量樣品表面漫反射光吸收的方式，通過樣品通道探測器分別采集初始采樣值和當(dāng)前采樣值來實(shí)現(xiàn)對物質(zhì)含量的檢測。通過建立上述的樣品測試光路，可以實(shí)現(xiàn)便攜式近紅外光譜檢測裝置的高精度檢測，具有檢測速度快、檢測精度高的特點(diǎn)。

具體來講，如圖1所示，一種基于平面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，檢測光線由LED光源1發(fā)出后，通過準(zhǔn)直透鏡2后變?yōu)槠叫泄猓偻ㄟ^窄帶濾光片3后，變?yōu)楣潭úㄩL的平行光，之后光線經(jīng)過半透半反鏡4后分為兩路；一路投射通過第一反射鏡5反射進(jìn)入樣品通道7，直接透過檢測窗8照射到樣品上，之后漫反射進(jìn)入樣品探測器9；另外一路由半透半反鏡4反射進(jìn)入?yún)⒖纪ǖ?3，之后經(jīng)過第二反射鏡14和第三反射鏡6的反射，以45°角照射到標(biāo)準(zhǔn)反射板12上，之后漫反射進(jìn)入?yún)⒖继綔y器10。

第一次檢測首先在檢測窗8處放置標(biāo)準(zhǔn)樣品，樣品探測器、參考探測器分別進(jìn)行第一次數(shù)據(jù)的采集，之后可以攜帶便攜式近紅外檢測裝置至樣品處，將8-探測窗對準(zhǔn)需要檢測的樣品，并使其覆蓋整個(gè)探測窗，發(fā)送命令使兩個(gè)探測器采集第二次數(shù)據(jù)。

第一次檢測標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，參考探測器的采樣值為A₁，樣品探測器采樣值為B₁，第二次檢測待檢樣品時(shí)，參考探測器采樣值為A₂，樣品探測器采樣值為B₂；則參考通道比值X＝A₁/A₂，樣品通道比值Y＝B₁/B₂；最終樣品吸光度值

Z＝㏒₁₀(X/Y)＝㏒₁₀(A₁B₂/A₂B₁)。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。