一種在線近紅外光譜分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于過程分析與控制儀器領(lǐng)域，涉及一種在線近紅外光譜分析儀
【背景技術(shù)】
[0002] MicroNIR?微型近紅外光譜分析儀是由美國JDSU公司設(shè)計和生產(chǎn)的一款超緊湊、 輕便、低成本的近紅外光譜儀，該光譜儀使用先進的光學(xué)鍍膜技術(shù)制造的線性漸變?yōu)V光片 (LVF,LinearVariableFilter)作為分光元件，將LVF親合到線性探測器陣列上，組成一個 可以提供光譜信息的傳感器，可廣泛應(yīng)用于商業(yè)、工業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域。
[0003] 由于MicroNIR?結(jié)構(gòu)特點導(dǎo)致其在線應(yīng)用時存在一定不便性，因此，基于此微型 近紅外光譜分析儀設(shè)計和開發(fā)出一款在線近紅外光譜分析儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的是提供一種在線近紅外光譜分析儀，解決了JDSUMicroNIR?近 紅外光譜儀不能直接安裝于生產(chǎn)線上判定物料性質(zhì)及測定物料中主要成分含量的問題。
[0005] 本實用新型的另一目的是提供上述在線近紅外光譜分析儀的軟件控制系統(tǒng)。
[0006] 本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一、一種在線近紅外光譜分析儀，包括外 殼、藍(lán)寶石透明窗以及設(shè)在外殼內(nèi)部的光譜儀、攝像頭、控制板、馬達(dá)驅(qū)動器、伺服馬達(dá)和鍍 金片參考板，所述的外殼上裝有藍(lán)寶石透明窗，藍(lán)寶石透明窗的正下方裝有光譜儀和攝像 頭，控制板的輸出端連接馬達(dá)驅(qū)動器、光譜儀和攝像頭，馬達(dá)驅(qū)動器和伺服馬達(dá)連接，伺服 馬達(dá)的輸出軸連接鍍金片參考板，鍍金片參考板伸出后正好位于藍(lán)寶石透明窗和光譜儀中 間。
[0007] 進一步的，所述的光譜儀采用JDSU近紅外光譜儀。
[0008] 進一步的，所述的藍(lán)寶石透明窗表面鍍有增透膜。
[0009] 進一步的，所述的鍍金片參考板為鋁質(zhì)板，表面鍍有金膜。
[0010] 二、一種根據(jù)上述的在線近紅外光譜分析儀的軟件控制系統(tǒng)，包括光譜采集模塊、 存儲模塊、數(shù)據(jù)調(diào)用模塊和顯示模塊三部分，數(shù)據(jù)調(diào)用模塊的輸入端連接光譜采集模塊，輸 出端連接顯示模塊，其中，光譜采集模塊包括儀器信息、采樣模式、服務(wù)器IP地址、配料信 息四部分，存儲模塊包括樣品光譜保存、預(yù)測結(jié)果保存兩部分，數(shù)據(jù)調(diào)用模塊包括模型調(diào) 用、歷史光譜調(diào)用和歷史預(yù)測結(jié)果調(diào)用三部分，顯示模塊包括樣品信息顯示、模型信息顯 示、輔助信息顯示和樣品預(yù)測結(jié)果顯示四部分。
[0011] 采用上述技術(shù)方案的積極效果：本實用新型可實現(xiàn)微型近紅外光譜分析儀的在線 使用，所采集物料光譜穩(wěn)定可靠，適用于飼料、農(nóng)業(yè)、制藥、煙草等各領(lǐng)域的過程分析，節(jié)省 人力、物力、財力。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實用新型的縱剖視圖；
[0013] 圖2是本實用新型的橫剖視圖。
[0014] 圖中，1外殼，2藍(lán)寶石透明窗，3光譜儀，4攝像頭，5控制板，6馬達(dá)驅(qū)動器，7伺服 馬達(dá)，8鍍金片參考板。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的說明，但不應(yīng)理解為對本實用 新型的限制：
[0016] 實施例1
[0017] 圖1是本實用新型的縱剖視圖，圖2是本實用新型的橫剖視圖，如圖所示，一種在 線近紅外光譜分析儀，包括外殼1、藍(lán)寶石透明窗2以及設(shè)在外殼1內(nèi)部的光譜儀3、攝像 頭4、控制板5、馬達(dá)驅(qū)動器6、伺服馬達(dá)7和鍍金片參考板8,所述的外殼1上裝有藍(lán)寶石透 明窗2,藍(lán)寶石透明窗用于直接接觸物料，藍(lán)寶石透明窗2的正下方裝有光譜儀3和攝像頭 4,光譜儀用于對物料進行檢測，攝像頭主要用于拍攝照片以探測藍(lán)寶石透明窗前是否有物 料?？刂瓢?的輸出端連接馬達(dá)驅(qū)動器6、光譜儀3和攝像頭4,馬達(dá)驅(qū)動器6和伺服馬達(dá) 7連接，伺服馬達(dá)7的輸出軸連接鍍金片參考板8,鍍金片參考板8伸出后正好位于藍(lán)寶石 透明窗2和光譜儀3中間。光譜儀通過采集鍍金片參考板的光譜進行100 %反射校正，伺服 馬達(dá)則用于控制鍍金片參考板的伸縮。本發(fā)明中控制板采用北京藍(lán)海微芯科技發(fā)展有限公 司生產(chǎn)的LJD-eWinV5-LT3型號控制板。
[0018] 本發(fā)明中，所述的光譜儀3采用JDSU近紅外光譜儀。
[0019] 所述的藍(lán)寶石透明窗2表面鍍有增透膜，用以放大物料近紅外光譜信息。
[0020] 進一步的，所述的鍍金片參考板8為鋁質(zhì)板，表面鍍有金膜，金純度99. 999 %，用 以達(dá)到彡95 %反射率。
[0021] 實施例2
[0022] -種在線近紅外光譜分析儀的軟件控制系統(tǒng)，包括光譜采集模塊、存儲模塊、數(shù)據(jù) 調(diào)用模塊、顯示模塊。
[0023] 進一步的，光譜采集模塊包括：
[0024] (1)設(shè)置儀器信息（如積分時間等），保證儀器可針對不同物料采集最優(yōu)光譜。
[0025] (2)設(shè)置采樣模式（采樣次數(shù)、采樣間隔等），保證所采集光譜具有最佳質(zhì)量，同時 保證生產(chǎn)過程能被合理監(jiān)測。
[0026] (3)設(shè)置儀器網(wǎng)絡(luò)配置，保證軟件和分析儀之間可正常通信。
[0027] 進一步的，存儲模塊包括：
[0028] (1)樣品光譜保存，通過自定義設(shè)置保存路徑，將所采集物料的光譜實時保存至本 地硬盤。
[0029] (2)預(yù)測結(jié)果保存，通過自定義設(shè)置保存路徑，將光譜所對應(yīng)物料結(jié)果實時保存至 本地硬盤。
[0030] (3)修改配料信息，實時更新樣品配料數(shù)據(jù)庫，為下一步數(shù)據(jù)調(diào)用模塊中調(diào)取模型 做準(zhǔn)備，能根據(jù)配料信息正確調(diào)用相關(guān)物料模型。
[0031] 進一步的，數(shù)據(jù)調(diào)用模塊包括：
[0032] (1)模型調(diào)用，主要用來調(diào)用針對物料參數(shù)已建立好的模型，對生產(chǎn)過程實時預(yù) 測。
[0033] (2)歷史光譜調(diào)用，可調(diào)用歷史光譜與當(dāng)前光譜作比對，或者調(diào)用歷史光譜進行模 型的建立與更新。
[0034] (3)歷史預(yù)測結(jié)果調(diào)用，調(diào)用歷史預(yù)測結(jié)果與當(dāng)前結(jié)果比對，用以輔助判斷生產(chǎn)過 程中物料狀態(tài)。
[0035] 進一步的，顯示模塊包括：
[0036] (1)樣品信息顯示（樣品名稱、樣品品種），樣品名稱與品種等信息主要為用戶提 供物料確證，保證已針對生產(chǎn)過程調(diào)用正確模型。
[0037] (2)模型信息顯示（當(dāng)前光譜、所使用模型參數(shù)），當(dāng)前光譜的顯示可用以判斷該 物料生產(chǎn)過程是否出現(xiàn)異常，所使用模型參數(shù)顯示可為用戶提供直觀顯示，另外，可根據(jù)需 求選擇光譜信息和模型參數(shù)信息分別或同時顯示。
[0038] (3)輔助信息顯示（儀器連接狀態(tài)、儀器溫度、儀器當(dāng)前采集狀態(tài)），儀器連接狀 態(tài)能判斷儀器是否正常連接，如果儀器連接異常用戶則需尋找原因，進行恰當(dāng)處理，儀器 溫度可顯示儀器當(dāng)前工作溫度，儀器當(dāng)前采集狀態(tài)可顯示儀器當(dāng)前狀態(tài)是否正進行光譜采 集。
[0039] (4)樣品預(yù)測結(jié)果顯示（數(shù)值結(jié)果、曲線結(jié)果），數(shù)值結(jié)果與曲線結(jié)果兩種方式能 為用戶提供不同選擇，曲線結(jié)果更加直觀，當(dāng)曲線結(jié)果顯示異常時可切換數(shù)值結(jié)果查看當(dāng) 前實際結(jié)果。
[0040] 使用時，由于本實用新型的體積較小，可安裝到其他大型設(shè)備上，藍(lán)寶石透明窗直 接接觸待測物料，控制板發(fā)送命令至馬達(dá)驅(qū)動器，馬達(dá)驅(qū)動器接受命令后驅(qū)動伺服馬達(dá)，伺 服馬達(dá)控制鍍金片參考板，將鍍金片參考板移動至光譜儀正前方，光譜儀采集鍍金片參考 板光譜進行100%反射校正，完成100%反射校正時后將鍍金片參考板由光譜儀正前方移 開，啟動攝像頭拍攝照片探測藍(lán)寶石透明窗前是否有物料，當(dāng)照片結(jié)果指示藍(lán)寶石透明窗 前存在物料時，控制板控制光譜儀采集物料光譜，物料光譜通過藍(lán)寶石透明窗到達(dá)光譜儀 并通過網(wǎng)線進一步傳至中央處理器。
[0041] 實施例3
[0042] 本儀器已在某飼料廠生產(chǎn)過程中在線使用，以豬飼料為例，使用方法與結(jié)果如 下：
[0043] 將儀器安裝于飼料生產(chǎn)線上，儀器自身所帶網(wǎng)線連接中控室電腦，軟件控制系統(tǒng) 在中控室電腦上運行。設(shè)置儀器網(wǎng)絡(luò)配置以保證軟件與分析儀之間正常通信，打開軟件控 制系統(tǒng)，設(shè)置儀器信息（如積分時間等）、采樣模式（采樣次數(shù)、采樣間隔等），對飼料生產(chǎn) 過程中儀器進行光譜采集，同時將光譜對應(yīng)樣品進行收集并進行水分、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維 含量的測定。
[0044] 共收集豬飼料8個品種，272個樣品，分別為151SS(26個）、乳豬寶（37個）、仔豬 寶（64個）、代乳寶（4個）、553(20個）、566(45個）、567(33個）、552A(43個），樣品各成 分信息如表1 :
[0045] 表1樣品信息表
[0046]
[0047] 采用相關(guān)軟件進行數(shù)據(jù)處理和模型建立，應(yīng)用偏最小二乘法（PartialLeast SquaresRegression,PLS)建立定量模型，PLS模型結(jié)果如表2所示，各成分含量結(jié)果相關(guān) 系數(shù)及誤差均滿足生產(chǎn)需求。
[0048] 表2PLS模型結(jié)果
[0049]
[0050] 本實用新型可實現(xiàn)微型近紅外光譜分析儀的在線使用，所采集物料光譜穩(wěn)定可 靠，適用于飼料、農(nóng)業(yè)、制藥、煙草等各領(lǐng)域的過程分析，節(jié)省人力、物力、財力。
【主權(quán)項】
1. 一種在線近紅外光譜分析儀，其特征在于：包括外殼（1)、藍(lán)寶石透明窗（2)以及設(shè) 在外殼（1)內(nèi)部的光譜儀（3)、攝像頭（4)、控制板（5)、馬達(dá)驅(qū)動器（6)、伺服馬達(dá)（7)和鍍 金片參考板（8)，所述的外殼（1)上裝有藍(lán)寶石透明窗（2)，藍(lán)寶石透明窗（2)的正下方裝 有光譜儀（3)和攝像頭（4)，控制板（5)的輸出端連接馬達(dá)驅(qū)動器（6)、光譜儀（3)和攝像頭 (4)，馬達(dá)驅(qū)動器（6)和伺服馬達(dá)（7)連接，伺服馬達(dá)（7)的輸出軸連接鍍金片參考板（8)，鍍 金片參考板（8 )伸出后正好位于藍(lán)寶石透明窗（2 )和光譜儀（3 )中間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線近紅外光譜分析儀，其特征在于：所述的光譜儀（3)采用 JDSU近紅外光譜儀。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線近紅外光譜分析儀，其特征在于：所述的藍(lán)寶石透明窗 (2)表面鍍有增透膜。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線近紅外光譜分析儀，其特征在于：所述的鍍金片參考板 (8)為鋁質(zhì)板，表面鍍有金膜。
【專利摘要】本實用新型涉及一種在線近紅外光譜分析儀，包括外殼、藍(lán)寶石透明窗以及設(shè)在外殼內(nèi)部的光譜儀、攝像頭、控制板、馬達(dá)驅(qū)動器、伺服馬達(dá)和鍍金片參考板，所述的外殼上裝有藍(lán)寶石透明窗，藍(lán)寶石透明窗的正下方裝有光譜儀和攝像頭，控制板的輸出端連接馬達(dá)驅(qū)動器、光譜儀和攝像頭，馬達(dá)驅(qū)動器和伺服馬達(dá)連接，伺服馬達(dá)的輸出軸連接鍍金片參考板，鍍金片參考板伸出后正好位于藍(lán)寶石透明窗和光譜儀中間。本實用新型還提供了上述在線近紅外光譜分析儀的軟件控制系統(tǒng)。本實用新型可實現(xiàn)微型近紅外光譜分析儀的在線使用，所采集物料光譜穩(wěn)定可靠，適用于飼料、農(nóng)業(yè)、制藥、煙草等各領(lǐng)域的過程分析，節(jié)省人力、物力、財力。
【IPC分類】G01N21/359
【公開號】CN204789327
【申請?zhí)枴緾N201520477287
【發(fā)明人】田福成, 張曙光, 張惠, 王鳳, 孫琦, 孫丹丹
【申請人】北京凱元盛世科技發(fā)展有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月3日