专利名称：紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪，用于液体、固体 和高光散射的液体的分析。
背景技术：
光谱仪器是进行光谱学研究和物质光谱分析的仪器，通过对光谱的测量来完成光 成分的分析、材料光学属性的测量以及物质成分的鉴定，被广泛的应用于各种光学检测、生 物化学分析、工业自动化检测、天文研究等领域。紫外光(Ultraviolet，UV)是指波长在185 400nm范围内的电磁波，不可被人眼 感知。因为大多数分子的电子光谱处于紫外区域，而分子的电子光谱基本上能决定物质的 化学反应，所以利用分子的电子光谱可以进行分子定性分析、定量分析、结构分析和分子化 学反应等有关的分子光谱技术工作。可见光(Visible，VIS)是指波长在380 780nm范围内的电磁波，可以被人眼感 知。可见光是应用最为广泛的波段，与人们的生活密切联系。利用可见光，可以实现对光成 分的分析、颜色的测量和计算、材料属性的测量和分子光谱分析等。近红外光(Near Infrared, NIR)是介于可见光(VIS)和中红外光(MIR)之间的电 磁波，即波长在780 2500nm范围内的电磁波，不可被人眼感知。习惯上又将近红外区划 分为近红外短波和近红外长光谱区；1900年前后，近红外光(NIR)光谱仪器使用玻璃棱镜 和胶片记录器，其光谱范围局限于700nm-1600nm.由于物质在该谱区的倍频和合频吸收信 号弱，谱带重叠，解析复杂，受当时的技术水平限制，近红外光谱“沉睡” 了近一个半世纪， 直到20世纪50年代，才开始将近红外光谱技术应用在农副产品分析中，50年代的商品近红 外光(NIR)光谱仪使用硫化铅光敏电阻作检测器，其波长范围可至3000nm，用于定量分析， 但由于近红外光(NIR)消光系数低和谱带宽而解析困难，该技术并没有获得广泛应用，60 年代，开始使用漫反射技术对麦子水分、蛋白和脂肪含量进行研究，发现近红外光(NIR)光 谱用于常规分析的实用价值。随着计算机发展和化学计量学的诞生，近红外光(NIR)和化 学计量学结合产生了现代近红外光(NIR)光谱学。近红外光(NIR)最先应用于农业领域。 到60年代中后期，随着各种新的分析技术的出现，加之经典近红外光谱分析技术暴露出的 灵敏度低、抗干扰性差的弱点，使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用，从此，近红外光 谱进入了一个沉默的时期。80年代后期，随着计算机技术的迅速发展，带动了分析仪器的数 字化和化学计量学的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得 的良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使人们重新认识了近红外光谱 的价值，近红外光谱在各领域中的应用研究陆续展开。进入90年代，近红外光谱在工业领 域中的应用全面展开，有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长，成为发展最快、 最引人注目的一门独立的分析技术。由于近红外光在常规光纤中具有良好的传输特性，使 近红外光谱在在线分析领域也得到了很好的应用，并取得良好的社会效益和经济效益，从 此近红外光谱技术进入一个快速发展的新时期，现代近红外光谱(NIR)分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学 领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种应用领域广、测量精确的紫外、可 见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪。本发明的目的通过以下技术方案来实现一种紫外、可见、近红外在线检测漫反射 光谱分析仪，包括壳体，在壳体内部设有照明系统、探头、光学分光系统、信号采集系统、校 正系统和光谱处理系统，照明系统、信号采集系统、校正系统和光谱处理系统共同连接有供 电系统，照明系统用于发射紫外、可见、近红外波段的光线，照明被测物体，所述探头用于收 集被测物体漫反射后的光线，并将收集后的光线传送给光学分光系统，光学分光系统利用 光栅将光线分光形成不同波长的光，信号采集系统将光信号转换成数字信号并进行采集， 通过校正系统校正后的光谱，交给光谱处理系统处理、分析和显示，从而确定检测结果。本发明的进一步改进在于所述探头包括探镜和光纤，探镜的作用是用来扩大采 光面积，使更多的光线进入分光系统，光纤用来传输光信号。本发明的进一步改进在于 所述光学分光系统的主要部件是光栅，光学分光系统利用光栅的分光作用将光线色散成不 同波长的光线。本发明的进一步改进在于所述信号采集系统包括接收单元、放大单元和采集单 元，接收单元用来将接收到的光信号转换成的微弱电信号传送到放大单元，放大单元用来 将接收单元发送来的微弱电信号放大到能够采集的程度，采集单元用来将计算机不能识别 的电信号即模拟信号转换成计算机可以识别的数字信号。本发明的进一步改进在于所述校正系统包括距离传感器和温度传感器，所述距 离传感器用来测量被测物体与探头之间的距离，温度传感器用来测量被测物体的温度。本发明的进一步改进在于所述光谱处理系统包括处理�？楹头治瞿？椋砟� 块包括用来将采集的光谱信号进行预处理的预处理部，用来减小光谱中的高频噪声，提高 光谱信噪比的数字低通滤波器，由于被测物体的距离和温度会影响反射光强，把校正系统 得到的距离和温度信号代入通过预先实验得到的距离和温度对光强影响关系函数的函数 部中，用以减小由于距离和温度变化对反射光强带来的影响，分析�？榘ㄕ攵阅骋晃镏� 通过大量的前期试验得到的函数部即数学模型，将预处理过的光谱信号经过该模型计算之 后，可以得到特定物质的含量。本发明的进一步改进在于所述光源照射到被测物体上，光线与被测物体相互作 用后，产生漫反射光线，经探头中的探镜收集并通过探头中的光纤传送，由所述光学分光系 统分光后，通过所述信号采集系统采集，并将通过校正系统校正后的光谱，交给光谱处理系 统进行光谱处理的定性和定量分析，从而确定检测结果。本发明与现有技术相比具有以下优点应用领域广、测量精确，可用于多种行业的测量。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例 仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。如图1示出了本发明一种紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪的实施 方式，所述光谱分析仪包括壳体，壳体内部设有照明系统、探头、光学分光系统、信号采集 系统、校正系统和光谱处理系统，照明系统、信号采集系统、校正系统和光谱处理系统共同 连接有供电系统，照明系统用于发射紫外、可见、近红外波段的光线，照明被测物体，探头用 于收集被测物体漫反射后的光线，并将收集后的光线传送给光学分光系统，光学分光系统 利用光栅将光线分光形成不同波长的光，通过信号采集系统将光信号转换成数字信号并进 行采集，通过校正系统校正后的光谱，交给光谱处理系统处理、分析和显示，从而确定检测 结果，且应用测量范围广，探头包括探镜和光纤，探镜用来扩大采光面积，使更多的光线进 入分光系统；光纤用来传输光信号，光学分光系统的主要部件是光栅，光学分光系统利用光 栅的分光作用将光线色散成不同波长的光线，信号采集系统包括接收单元、放大单元和采 集单元，接收单元用来将接收到的光信号转换成的微弱电信号传送到放大单元，放大单元 用来将接收单元发送来的微弱电信号放大到能够采集的程度，采集单元是将计算机不能识 别的电信号即模拟信号转换成计算机可以识别的数字信号，校正系统包括距离传感器和温 度传感器，距离传感器用来测量被测物体与探头之间的距离，温度传感器用来测量被测物 体的温度，光谱处理系统包括处理模块和分析�？椋砟？榘ㄓ美唇杉墓馄仔藕� 进行预处理的预处理部，用来减小光谱中的高频噪声，提高光谱信噪比的数字低通滤波器， 由于被测物体的距离和温度会影响反射光强，把校正系统得到的距离和温度信号代入通过 预先实验得到的距离和温度对光强影响关系函数的函数部中，用以减小由于距离和温度变 化对反射光强带来的影响，分析�？榘ㄕ攵阅骋晃镏释ü罅康那捌谑匝榈玫降暮� 即数学模型，将预处理过的光谱信号经过该模型计算之后，可以得到特定物质的含量，可以 得到特定物质的含量，与常规分析技术不同，近红外光谱是一种间接分析技术，必须通过建 立数学模型来实现对未知样品的定性或定量分析，在分析时主要通过包括以下几个步骤 先选择有代表性的样品并测量其近红外光谱，采用标准或认可的参考方法测定所关心的组 分或性质数据，将测量的光谱和基础数据，用适当的化学计量方法建立数学模型，从而进行 未知样品组分或性质的测定，本发明所述的分析仪即是通过光源照射到被测物体上，光线 与被测物体相互作用后，产生漫反射光线，经探头中的探镜收集并通过探头中的光纤传送， 由所述光学分光系统分光后，通过所述信号采集系统采集，通过校正系统校正后的光谱，交 给光谱处理系统进行光谱处理的定性和定量分析，从而确定检测结果，可用于石油及石油 化工、基本有机化工、精细化工、冶金、生命科学、制药、医学临床、农业、食品、饮料、烟草、纺 织、造纸、化妆品、质量监督、环境保护、高校及科研院所等，在石化领域可测定油品的辛烷 值、族组成、十六烷值、闪点、冰点、凝固点、馏程、MTBE含量等，在农业领域可以测定谷物的 蛋白质、糖、脂肪、纤维、水分含量等，在医药领域可以测定药品中有效成分，组成和含量，亦 可进行样品的种类鉴别，如酒类和香水的真假辨别，环保废弃物的分检等，这种紫外、可见、 近红外在线检测漫反射光谱分析仪的分析检测结果较为精确，且对被测物体无损害，无须 进行预处理，这样测量时较为简便。
权利要求
一种紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于所述光谱分析仪包括壳体，所述壳体内部设有照明系统、探头、光学分光系统、信号采集系统、校正系统和光谱处理系统，所述照明系统、信号采集系统、校正系统和光谱处理系统共同连接有供电系统，所述照明系统用于发射紫外、可见、近红外波段的光线，照明被测物体，所述探头用于收集被测物体漫反射后的光线，并将收集后的光线传送给光学分光系统，光学分光系统利用光栅将光线分光形成不同波长的光，信号采集系统将光信号转换成数字信号并进行采集，通过校正系统校正后的光谱，交给光谱处理系统处理、分析和显示，从而确定检测结果。
2.根据权利要求1所述紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于 所述探头包括探镜和光纤，所述探镜用来扩大采光面积，使更多的光线进入分光系统，光纤 用来传输光信号。
3.根据权利要求1所述紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于 所述光学分光系统的主要部件是光栅，所述光学分光系统利用光栅的分光作用将光线色散 成不同波长的光线。
4.根据权利要求1所述紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于 所述信号采集系统包括接收单元、放大单元和采集单元，所述接收单元用来将接收到的光 信号转换成的微弱电信号传送到放大单元，所述放大单元用来将接收单元发送来的微弱电 信号放大到能够采集的程度；所述采集单元用来将计算机不能识别的电信号即模拟信号转 换成计算机可以识别的数字信号。
5.根据权利要求1所述紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于 所述校正系统包括距离传感器和温度传感器，所述距离传感器用来测量被测物体与探头之 间的距离，温度传感器用来测量被测物体的温度。
6.根据权利要求1所述紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于 所述光谱处理系统包括处理�？楹头治瞿？椋龃砟？榘ㄓ美唇杉墓馄仔藕沤� 行预处理的预处理部，用来减小光谱中的高频噪声，提高光谱信噪比的数字低通滤波器，由 于被测物体的距离和温度会影响反射光强，把校正系统得到的距离和温度信号代入通过预 先实验得到的距离和温度对光强影响关系函数的函数部中，用以减小由于距离和温度变化 对反射光强带来的影响，所述分析�？榘ㄕ攵阅骋晃镏释ü罅康那捌谑匝榈玫降暮� 部即数学模型，将预处理过的光谱信号经过该模型计算之后，可以得到特定物质的含量，所 述分析模块是针对某一物质通过大量的前期试验得到的数学模型，将预处理过的光谱信号 经过该模型计算之后，可以得到特定物质的含量。
7.根据权利要求1所述紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪，其特征在于 所述光源照射到被测物体上，光线与被测物体相互作用后，产生漫反射光线，经探头中的探 镜收集并通过探头中的光纤传送，由所述光学分光系统分光后，通过所述信号采集系统采 集，并将通过校正系统校正后的光谱，交给光谱处理系统进行光谱处理的定性和定量分析， 从而确定检测结果。
全文摘要
本发明公开了一种紫外、可见、近红外在线检测漫反射光谱分析仪，包括壳体，所述壳体内部设有照明系统、探头、光学分光系统、信号采集系统、校正系统和光谱处理系统，所述照明系统、信号采集系统、校正系统和光谱处理系统共同连接有供电系统。所述照明系统用于发射紫外、可见、近红外波段的光线，照明被测物体，所述探头用于收集被测物体漫反射后的光线，并将收集后的光线传送给光学分光系统，利用光栅将光线分光形成不同波长的光，通过信号采集系统将光信号转换成数字信号并进行采集，通过校正系统校正后的光谱，交给光谱处理系统处理、分析和显示，从而确定检测结果。本发明具有应用领域广、测量精确的优点。
文档编号G01N21/47GK101922969SQ20101026638
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者丁峰, 刘混海, 周峰, 李志杰, 杜伟 申请人:南通北极光自动控制技术有限公司
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