管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置，所述管狀通道的中部套設(shè)在裝置本體內(nèi)，上固定片和下固定片分別設(shè)置于裝置本體的上下兩端，樣品探測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在上固定片上，近紅外光源均勻分布在管狀通道的四周，氣流控制閥設(shè)置于管狀通道的下部，管狀通道的上部和下部分別設(shè)置近紅外窗片，光譜信號(hào)收集透鏡位于近紅外窗片上，傳導(dǎo)光纖固定在光譜信號(hào)收集透鏡的后端。本發(fā)明可以對(duì)固體和流體進(jìn)行高通量、精確的測(cè)量，具有高速、無損、無污染、便于操作等優(yōu)點(diǎn)；固體或流體在傳輸過程中進(jìn)行檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單粒的高速在線檢測(cè)；采用點(diǎn)狀光源（或線狀光源或環(huán)狀光源）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)樣品的均勻照射；采用氣流控制樣品下降速度，有利于對(duì)樣品檢測(cè)。
【專利說明】管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有固體和液體高通量檢測(cè)性能的裝置，尤其涉及的是一種管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]無損檢測(cè)技術(shù)(NondestructiveDetermination Technologies,簡(jiǎn)稱NDT)是一門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科，是在不破壞或損壞被檢測(cè)對(duì)象的前提下，利用樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷存在所引起的對(duì)熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化，來探測(cè)其內(nèi)部和表面缺陷，并對(duì)缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化做出判斷和評(píng)價(jià)。根據(jù)無損檢測(cè)原理的不同，檢測(cè)方法大致可分為光學(xué)特性分析法、聲學(xué)特性分析法、機(jī)器視覺技術(shù)檢測(cè)方法、電學(xué)特性分析法、核磁共振檢測(cè)技術(shù)與X射線檢測(cè)技術(shù)等。
[0003]光學(xué)特性分析法中的紅外光譜和拉曼光譜技術(shù)能對(duì)樣品進(jìn)行無損分析，具有測(cè)試樣品非接觸性、非破壞性、檢測(cè)靈敏度高、時(shí)間短、樣品所需量小及樣品無需制備等特點(diǎn)，在分析過程中不會(huì)對(duì)樣品造成化學(xué)的、機(jī)械的、光化學(xué)和熱的分解，是分析科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
[0004]近紅外光譜技術(shù)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品等行業(yè)提供了無損檢測(cè)手段。近紅外光(NIR)是指波長(zhǎng)在780?2526nm(波數(shù)為12820cm_l?3959cm_l)范圍內(nèi)的電磁波，介于可見光(VIS)與中紅外光(MIR)之間，近紅外光譜吸收是分子振動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的(伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷)，而分子振動(dòng)能級(jí)躍遷包括基頻躍遷，倍頻躍遷以及合頻躍遷。光源發(fā)出的近紅外光照射到由分子組成的物質(zhì)上，若分子吸收近紅外光的能量發(fā)生振動(dòng)狀態(tài)變化或振動(dòng)狀態(tài)在不同能級(jí)間的躍遷等于近紅外光譜區(qū)某波長(zhǎng)處光子的能量，則會(huì)產(chǎn)生近紅外光譜吸收。在近紅外光譜范圍內(nèi)，測(cè)量的主要是分子中含氫官能團(tuán)X — H(X=C、N、0、S等)振動(dòng)的倍頻及合頻吸收，根據(jù)各含氫基團(tuán)的近紅外吸收特點(diǎn)就可以來檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中含有氫基團(tuán)的蛋白質(zhì)、脂肪、水分、氨基酸、淀粉、糖、酸等成分。
[0005]現(xiàn)代近紅外光譜技術(shù)是90年代以來迅速發(fā)展的高新分析化學(xué)技術(shù)，是光譜測(cè)量技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，已發(fā)展成為最引人注目的光譜技術(shù)之一，被譽(yù)為分析化學(xué)領(lǐng)域的“巨人”?，F(xiàn)代近紅外光譜技術(shù)的出現(xiàn)掀起了一場(chǎng)無損分析技術(shù)革命。以其高效、快速、無損等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。該技術(shù)通過農(nóng)作物的吸收光譜實(shí)現(xiàn)品質(zhì)檢測(cè)，具有方便、快速、高效、準(zhǔn)確、成本較低、不破壞樣品、不消耗化學(xué)試劑、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，與常規(guī)檢測(cè)方法相比，更適用于農(nóng)作物的品質(zhì)檢測(cè)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域該技術(shù)不但可用于谷物和水果的營(yíng)養(yǎng)成分的分析，還適用于其他各種農(nóng)副產(chǎn)品品質(zhì)分析，如飼料、食品、蔬菜、煙葉等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)動(dòng)態(tài)樣品。[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括傳導(dǎo)光纖、光譜信號(hào)收集透鏡、樣品探測(cè)系統(tǒng)、管狀通道、近紅外光源、氣流控制閥、上固定片、下固定片和裝置本體，所述管狀通道的中部套設(shè)在裝置本體內(nèi)，上固定片和下固定片分別設(shè)置于裝置本體的上下兩端，樣品探測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在上固定片上，近紅外光源均勻分布在管狀通道的四周，氣流控制閥設(shè)置于管狀通道的下部，管狀通道的上部和下部分別設(shè)置近紅外窗片，光譜信號(hào)收集透鏡位于近紅外窗片上，傳導(dǎo)光纖固定在光譜信號(hào)收集透鏡的后端。
[0008]所述管狀通道的上部為樣品的進(jìn)口，下部為樣品的出口，上部和下部的彎曲方向相反，上部與中部的夾角90°?270°，下部與中部的夾角為270°?90°。樣品在管狀通道中傳輸，這種角度可以控制樣品傳輸?shù)乃俣?，同時(shí)這種角度也和收集系統(tǒng)有關(guān)，優(yōu)化此角度可以更好地對(duì)樣品進(jìn)行光譜檢測(cè)。
[0009]所述管狀通道為近紅外玻璃制成。能夠透過780?2526nm波段的光，管狀通道內(nèi)直徑與傳輸固體物體直徑有關(guān)，與傳輸?shù)牧黧w的流量有關(guān)。
[0010]所述光譜信號(hào)收集透鏡的中心軸線、管狀通道中部的中心線、傳導(dǎo)光纖的中心軸
線重合。
[0011]所述近紅外光源包括點(diǎn)狀光源、線狀光源和環(huán)狀光源，近紅外光源發(fā)射的波段為780?2526nm。通過外部電源控制近紅外光源的功率等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品高效、均勻的照射。
[0012]所述傳導(dǎo)光纖是一分二近紅外光纖，位于管狀通道的上部和下部的兩個(gè)傳導(dǎo)光纖將收集的信號(hào)耦合至一束光纖進(jìn)行傳輸。
[0013]當(dāng)固體物體在通道中傳輸時(shí)，通過氣流控制閥調(diào)節(jié)傳輸通道中氣流量，從而控制單粒物體在通道中的傳輸速度，該通道中的氣體流量大小由所述氣流控制閥控制，當(dāng)樣品接近近紅外檢測(cè)區(qū)域，被光電探測(cè)器探測(cè)，然后觸發(fā)近紅外光譜儀在樣品下落至近紅外檢測(cè)區(qū)域時(shí)對(duì)其的近紅外光譜進(jìn)行采集。
[0014]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明可以對(duì)固體和流體進(jìn)行高通量、精確的測(cè)量，具有高速、無損、無污染、便于操作等優(yōu)點(diǎn)；固體或流體在傳輸過程中進(jìn)行檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單粒的高速在線檢測(cè)；采用點(diǎn)狀光源(或線狀光源或環(huán)狀光源)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)樣品的均勻照射；采用氣流控制樣品下降速度，有利于對(duì)樣品檢測(cè)；上下兩端同時(shí)對(duì)近紅外光譜采集，提高了信噪比；外部采用近紅外反射材料作為主體，可以對(duì)近紅外光進(jìn)行全反射，有利于對(duì)樣品的照射。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為環(huán)狀光源近紅外檢測(cè)裝置；
[0016]圖2為線狀光源近紅外檢測(cè)裝置；
[0017]圖3為點(diǎn)狀光源近紅外檢測(cè)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。[0019]實(shí)施例1
[0020]如圖1所示，本實(shí)施例包括傳導(dǎo)光纖1、光譜信號(hào)收集透鏡2、樣品探測(cè)系統(tǒng)4、管狀通道5、近紅外光源6、氣流控制閥7、上固定片8、下固定片9和裝置本體10，所述管狀通道5的中部套設(shè)在裝置本體10內(nèi)，上固定片8和下固定片9分別設(shè)置于裝置本體10的上下兩端，樣品探測(cè)系統(tǒng)4設(shè)置在上固定片8上，近紅外光源6均勻分布在管狀通道5的四周，氣流控制閥7設(shè)置于管狀通道5的下部，管狀通道5的上部和下部分別設(shè)置近紅外窗片3，光譜信號(hào)收集透鏡2位于近紅外窗片3上，傳導(dǎo)光纖I固定在光譜信號(hào)收集透鏡2的后端。光譜信號(hào)收集透鏡2的中心軸線、管狀通道5中部的中心線、傳導(dǎo)光纖I的中心軸線重合。
[0021]本實(shí)施例為近紅外預(yù)測(cè)單粒水稻成分的含量。
[0022]管狀通道5的上部為樣品的進(jìn)口，下部為樣品的出口，圖1中管狀通道5內(nèi)的箭頭為物料的傳輸軌跡，上部和下部的彎曲方向相反，管狀通道5采用石英玻璃燒制而成，內(nèi)直徑為IOmm,外直徑為12mm,管狀通道5的上部和下部的長(zhǎng)度都為40mm,中部為60mm,上部與中部的夾角為120°，下部與中部的夾角為150° ;裝置本體10采用鋁材料加工而成，裝置本體10的內(nèi)直徑為45mm，外直徑為50mm ;樣品探測(cè)系統(tǒng)4采用光電探測(cè)；36個(gè)近紅外光源6 (LED燈)均勻環(huán)繞分布在裝置本體10上，本實(shí)施例的近紅外光源6為環(huán)狀光源，光源功率為0.5-5W，功率大小通過外部電源控制；光譜信號(hào)收集透鏡2和近紅外窗片3都采用石英玻璃材料，傳導(dǎo)光纖I米用一份二近紅外光纖，光纖芯徑為600微米，SM905接口。在水稻開始檢測(cè)之前，需打開近紅外光源6和氣流控制閥7，水稻首先通過管狀通道5上部到達(dá)光電探測(cè)系統(tǒng)，光電探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)單粒水稻，然后觸發(fā)光譜儀，待單粒水稻到達(dá)管狀通道5中部，水稻被近紅外光源6照射，產(chǎn)生近紅外光譜，光譜儀對(duì)近紅外光譜進(jìn)行采集，最后通過建立的水稻近紅外模型對(duì)水稻成分進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0023]實(shí)施例2
[0024]如圖2所示,本實(shí)施例為近紅外預(yù)測(cè)尿素溶液成分的含量。
[0025]管狀通道5采用石英玻璃燒制而成，圖2中管狀通道5內(nèi)的箭頭為物料的傳輸軌跡，內(nèi)直徑為4mm,外直徑為5mm,管狀通道5的上部和下部的長(zhǎng)度都為30mm,中部為50mm,上部與中部呈120°夾角，下部與中部夾角為150° ;裝置本體10采用鋁材料加工而成，裝置本體10內(nèi)直徑為30mm，外直徑為35mm ;樣品探測(cè)系統(tǒng)4采用光電探測(cè)；4個(gè)線狀光源均勻分布在裝置本體10內(nèi)，光源功率為5-20W，功率大小通過外部電源調(diào)節(jié)；光譜信號(hào)收集透鏡2和近紅外窗片3都米用石英玻璃材料,傳導(dǎo)光纖I米用一份二光纖，光纖芯徑為600微米,SM905接口。在尿素溶液開始檢測(cè)之前,需要打開近紅外光源6,尿素溶液首先通過管狀通道5上部分到達(dá)光電探測(cè)系統(tǒng)，光電探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到尿素溶液，然后觸發(fā)光譜儀，待尿素溶液到達(dá)管狀通道5中間部分，尿素溶液被近紅外光源6照射，產(chǎn)生近紅外光譜，光譜儀開始對(duì)近紅外光譜進(jìn)行采集，最后通過建立的尿素溶液的近紅外模型對(duì)尿素溶液中的成分進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0026]其他實(shí)施方式和實(shí)施例1相同。
[0027]實(shí)施例3
[0028]如圖3所示，本實(shí)施例為近紅外預(yù)測(cè)單粒水稻成分的含量。圖3中管狀通道5內(nèi)的箭頭為物料的傳輸軌跡，10個(gè)近紅外光源6 (鹵鎢燈)均勻分布在裝置本體10上，本實(shí)施例的近紅外光源6為點(diǎn)狀光源，光源功率為0.5-5W，功率大小通過外部電源控制。其他實(shí)施方式和實(shí)施例1相同。
【權(quán)利要求】
1.一種管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，包括傳導(dǎo)光纖(I)、光譜信號(hào)收集透鏡(2)、樣品探測(cè)系統(tǒng)(4)、管狀通道(5)、近紅外光源(6)、氣流控制閥(7)、上固定片(8)、下固定片(9)和裝置本體(10)，所述管狀通道(5)的中部套設(shè)在裝置本體(10)內(nèi)，上固定片(8)和下固定片(9)分別設(shè)置于裝置本體(10)的上下兩端，樣品探測(cè)系統(tǒng)(4)設(shè)置在上固定片(8)上，近紅外光源(6)均勻分布在管狀通道(5)的四周，氣流控制閥(7)設(shè)置于管狀通道(5)的下部，管狀通道(5)的上部和下部分別設(shè)置近紅外窗片(3)，光譜信號(hào)收集透鏡(2)位于近紅外窗片(3)上，傳導(dǎo)光纖(I)固定在光譜信號(hào)收集透鏡(2)的后端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述管狀通道(5)的上部為樣品的進(jìn)口，下部為樣品的出口，上部和下部的彎曲方向相反，上部與中部的夾角90°?270°，下部與中部的夾角為270°?90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述管狀通道(5)為近紅外玻璃制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光譜信號(hào)收集透鏡(2)的中心軸線、管狀通道(5)中部的中心線、傳導(dǎo)光纖(I)的中心軸線重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述近紅外光源(6)包括點(diǎn)狀光源、線狀光源和環(huán)狀光源，近紅外光源(6)發(fā)射的波段為780?2526nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀的近紅外光譜檢測(cè)裝置，其特征在于，所述傳導(dǎo)光纖(I)是一分二近紅外光纖，位于管狀通道(5)的上部和下部的兩個(gè)傳導(dǎo)光纖(I)將收集的信號(hào)耦合至一束光纖進(jìn)行傳輸。
【文檔編號(hào)】G01N21/359GK103499554SQ201310488841
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】王 琦, 宋樂, 黃青, 吳躍進(jìn), 劉斌美, 余立詳, 倪曉宇, 余鼎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院