專(zhuān)利名稱(chēng)：采用手持式紅外光譜儀鑒定消費(fèi)者或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層的方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用紅外(IR)分光儀來(lái)鑒定消費(fèi)者或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層的方法和裝置，具體地說(shuō)是涉及到一種采用一個(gè)手持式紅外分光儀來(lái)鑒定消費(fèi)者或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層的方法，該IR分光儀有一個(gè)IR放射源，它用IR輻射照射消費(fèi)者或工業(yè)用過(guò)的氈層，還有一個(gè)用于選擇預(yù)定數(shù)目的輻射的離散波長(zhǎng)的選擇器和一個(gè)用于探測(cè)被消費(fèi)者或工業(yè)用過(guò)的氈層反射的光線的IR探測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明也涉及到一種鑒定聚酰胺-6與/或聚酰胺-66的方法和裝置，這兩種物質(zhì)包含了可用手持式IP分光儀將聚酰胺分類(lèi)的材料。
相關(guān)方法的描述回收消費(fèi)者或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層物質(zhì)，要求根據(jù)用于制造氈層的表面纖維的類(lèi)型將消費(fèi)者或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層物質(zhì)分類(lèi)。貫穿本申請(qǐng)，申請(qǐng)者將反復(fù)提到“消費(fèi)者用過(guò)的廢棄氈層”，申請(qǐng)者將其當(dāng)作通用術(shù)語(yǔ)來(lái)用，它不僅包括消費(fèi)者及工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層，而且還包括含有廢棄物流的聚酰胺-6與/或聚酰胺-66。
當(dāng)前，氈層使用由如下一些物質(zhì)生產(chǎn)而得的表面纖維，有聚酰胺6、聚酰胺-66、聚丙烯、動(dòng)物毛以及這些物質(zhì)合成品的混合物質(zhì)。為了成功地進(jìn)行回收，就必須很容易地進(jìn)行精確地鑒定氈層所使用的表面纖維的類(lèi)型。
一種鑒定氈層的方法是在氈層背面打上一個(gè)記號(hào)。不幸的是，雖然在所有可能的方法中，這是最無(wú)須證明的，但它需要?dú)謱釉谥圃斓臅r(shí)候就做上記號(hào)。因此，即使現(xiàn)在就開(kāi)始做記號(hào)，根據(jù)做了記號(hào)的氈層的預(yù)計(jì)壽命，這種方法不可能在長(zhǎng)達(dá)大約十年的時(shí)間內(nèi)都有效。而且，用于膠合的氈層時(shí)，這種方法就不能令人滿(mǎn)意了，因?yàn)槟z合氈層的背面可能會(huì)被損壞，這就會(huì)涂抹鑒別記號(hào)，使其難以辨認(rèn)。
另外，采用探測(cè)表面纖維熔點(diǎn)的方法來(lái)鑒定氈層類(lèi)型也是可能的。但這種鑒定方法是不適當(dāng)?shù)模驗(yàn)樗荒軈^(qū)分聚酯流和聚酰胺-66流。而且，多種不同類(lèi)型的表面纖維的混合物還不能夠被區(qū)分開(kāi)來(lái)。將氈層物質(zhì)的熔點(diǎn)作為鑒別特征的裝置也是不完善的，因?yàn)樗鼈兺ǔＰ枰幸粋€(gè)長(zhǎng)的預(yù)熱時(shí)間，這樣便降低了效率，而且還有危險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈儽仨氂屑訜岵考?br> 鑒定用在一個(gè)特定廢棄氈層樣品的表面物質(zhì)類(lèi)型的第三種方法是使用分光儀。作為公知技術(shù)，使用振動(dòng)分光技術(shù)(如中紅外及近紅外分光儀)，可以鑒別不同的物質(zhì)。特別是，近紅外分光儀是一個(gè)公知的方法，例如，用于瓶子的分類(lèi)。IR分光儀可用于透明的物質(zhì)，方法是分析透射過(guò)的輻射；也可用于對(duì)IR輻射來(lái)說(shuō)是不透明的物質(zhì)，方法是分析被其反射的散射輻射。為了與光學(xué)上的慣用方法一致，本申請(qǐng)有時(shí)就將IR輻射稱(chēng)作“光”。
對(duì)近紅外范圍(800～2500nm)和中紅外范圍(2500～25000nm)來(lái)說(shuō)，IR分光儀通常用來(lái)在物質(zhì)材料特征基礎(chǔ)上鑒定和確定物質(zhì)數(shù)量，物質(zhì)的特性決定它們吸收或反射特定的波長(zhǎng)。在許多情形下，對(duì)不同的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，這些特性頻率僅有微小差別。因此，使用高的頻譜分辨率的分光儀就很重要了，特別是在試圖分辨混合在一起的多種物質(zhì)的時(shí)候。
一個(gè)IR分光儀通常包括一個(gè)在所需的波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)出輻射的源和諸如透鏡和反射鏡的輔助光學(xué)系統(tǒng)，后者使得輻射成為有合適形狀和大小的一束光并引導(dǎo)光束穿過(guò)光徑。作為一個(gè)規(guī)則，所有分光儀的構(gòu)成部件都要放入一個(gè)外罩里，最好將其封閉，這樣來(lái)防止灰塵影響部件。
光源最好放進(jìn)一個(gè)反射罩，這樣分光儀可以獲得盡可能多的光線。光源最好放入光學(xué)箱里，以使得光線通過(guò)光學(xué)透明窗口從分光儀發(fā)出并照射到目標(biāo)物質(zhì)上。這個(gè)光學(xué)透明窗可以是，諸如玻璃或高質(zhì)量石英等材料，對(duì)中紅外范圍來(lái)說(shuō)，還可以是由諸如KBr、KCl、ZnSe、KRS5、CaF2或MgF2等制成的物質(zhì)。
這個(gè)光束投射到待測(cè)物質(zhì)的某個(gè)地方。被反射的輻射被收集起來(lái)，形成具有所需的柱面形狀，最后投射到一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)。這個(gè)探測(cè)系統(tǒng)通常包括一個(gè)探測(cè)器，它能測(cè)量入射輻射的強(qiáng)度?？赡苡糜诮t外范圍中的幾個(gè)探測(cè)器包括PbS和InGaAs探測(cè)器，可能用于中紅外范圍的探測(cè)器包括由氘化硫酸三甘肽(deuterized triglycinesulphate)(DTGS)制成的探測(cè)器。
IR分光儀有幾種基本類(lèi)型，下面討論其中的兩種類(lèi)型。第一種類(lèi)型，被反射的輻射通過(guò)不同的濾光片(它只對(duì)一個(gè)特定波長(zhǎng)范圍來(lái)說(shuō)是透明的)，將離散波長(zhǎng)選擇出來(lái)，第二種類(lèi)型，一束反射的IR輻射被開(kāi)來(lái)并照射到一個(gè)二極管陣列上。不幸的是，具有這種性質(zhì)且有足夠分辨能力的二極管陣列非常昂貴，在下行流處理設(shè)備中，從吸收光譜中選擇所需波長(zhǎng)必定發(fā)生在后一個(gè)階段，這就要增加使用分光儀所需的輔助電子設(shè)備的數(shù)量。
從一個(gè)特定物質(zhì)中反射或發(fā)射的光的強(qiáng)度及波長(zhǎng)之間的關(guān)系，稱(chēng)之為光譜。探測(cè)器被連接到一個(gè)處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)將探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為用戶(hù)或計(jì)算機(jī)的可用光譜形式，比如曲線或數(shù)字值。
通常，用于氈層的不同類(lèi)型的纖維的中紅外和近紅外光譜的差別很大。但是，聚酰胺-6和聚酰胺-66的光譜的差別卻很小中紅外光譜部分是完全相同的，近紅外光譜部分只在2000～2500nm光譜范圍內(nèi)有微小差異。
采用給出的分光儀系統(tǒng)的鑒定能力的質(zhì)量表示為Mahalonobis距離(MD)。與光束發(fā)散程度有關(guān)的不同光束之間的“中心至中心”的距離。為了比較好地分離，最小的MD值大約需要是6，但理想值應(yīng)當(dāng)大于10。
不幸的是，雖然Ghosh和Rogers(Melliand Textilberichte5，1988，361-364頁(yè))指出，在他們的系統(tǒng)中的掃描分光儀，為分出聚酰胺-6和聚酰胺-66纖維，可以獲得很好的MD值(MD＝18)，但是，掃描分光儀的尺寸和價(jià)格使得這套系統(tǒng)很不合適用于氈層回收工作。
Ghosh和Rogers還表示，使用一個(gè)Bran＆Luebbe(原名Technicon)InfraAlyzer 500C，外加3個(gè)濾光片(2250、2270和2310nm)的組合，有可能鑒定用于氈層產(chǎn)品的尼龍6和尼龍66纖維。
這些報(bào)告結(jié)論掩蓋了鑒定工作的復(fù)雜性，由于包裹和污染，用過(guò)的氈層比起新的氈層有更多不同的纖維物質(zhì)。比如，在113塊消費(fèi)者用過(guò)的氈層的廢棄樣品中取出一樣，使用同樣3個(gè)濾光片觀察之，申請(qǐng)者發(fā)現(xiàn)得到的MD值介于4和1.2之間，這依賴(lài)于分光儀的分辨能力。如上所述，憑這種特性的結(jié)果顯然是不足以在不同氈層樣品中作精確的分類(lèi)的。因此，還沒(méi)人宣稱(chēng)可以使用一種廉價(jià)的、小型的和手持式分光儀基于選擇波長(zhǎng)來(lái)分辨不同類(lèi)型的消費(fèi)者用過(guò)的廢棄氈層。
同樣，雖然用作特定應(yīng)用的手持式便宜的基于IR濾光片的分光儀可以從市場(chǎng)上得到，比如可用于測(cè)定不同物質(zhì)的含水量的分光儀，但是，無(wú)人已開(kāi)發(fā)出一種手持式分光儀，它可以令人滿(mǎn)意地分辨不同的氈層表面物質(zhì)類(lèi)型，以致于這個(gè)分光儀適用于回收消費(fèi)者用過(guò)的廢棄氈層。
發(fā)明綜述本發(fā)明的目的之一是提供一種使用手持式IR分光儀用于可靠地分析消費(fèi)者用過(guò)的廢棄氈層的方法。為達(dá)到這一目的，本發(fā)明使用一個(gè)手持式分光儀，它能以足夠的分辨率對(duì)多個(gè)離散的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。
在這方面，可以預(yù)見(jiàn)到有兩種手持式分光儀。第一種手持式分光儀能通過(guò)使用一個(gè)輻射選擇器來(lái)以高分辨率測(cè)量多個(gè)離散波長(zhǎng)，該輻射選擇器將輻射發(fā)散開(kāi)來(lái)，并通過(guò)使用一個(gè)在對(duì)應(yīng)于發(fā)散輻射中需要選取的離散波長(zhǎng)的位置上開(kāi)口的平面。從中選取離散波長(zhǎng)。
第二種手持式分光儀也能測(cè)量多個(gè)離散波長(zhǎng)，但是使用了濾光片，該濾光片能使特定的選擇波長(zhǎng)通過(guò)，以用于氈層回收業(yè)務(wù)。
依據(jù)將要采用分光儀的應(yīng)用，一系列樣品的近紅外或中紅外范圍的頻譜將用高分辨率的分光儀加以記錄。這些高分辨率的頻譜用來(lái)確定在不同波長(zhǎng)上吸收量的組合，這能產(chǎn)生用于將一種聚合物從另外一種中區(qū)分出來(lái)的足夠信息。在氈層回收的情況下，舉例來(lái)說(shuō)，人們可能希望知道一塊氈層是否由聚丙烯、聚酰胺-6、聚酰胺-66或聚乙烯對(duì)酞酸鹽(PET)制成。
探測(cè)器的吸收量應(yīng)當(dāng)對(duì)照一個(gè)已知物質(zhì)的參考材料來(lái)檢驗(yàn)。適用于在近紅外范圍的散射反射的參考物質(zhì)，舉例來(lái)說(shuō)，有小陶瓷平板和特氟隆平板。
吸收量用下式來(lái)計(jì)算Aλ＝log(Iλ(樣品)/Iλ(參考物質(zhì)))，…(1)此式中Aλ是在波長(zhǎng)為λ時(shí)的吸收量，Iλ是波長(zhǎng)為λ時(shí)的光速度。采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)方法便可得出一個(gè)基于不同波長(zhǎng)的吸收量的分析，該分析可以用于以化學(xué)度量方法來(lái)鑒定和/或確定樣品數(shù)量。用于鑒定的化學(xué)度量方法在例如，在Ghosh等人的Melliand Textilberichte 5(1986)361頁(yè)中已有描述。
為了能鑒定不同氈層類(lèi)型的樣品，可以做一個(gè)數(shù)學(xué)分析以建立波長(zhǎng)的組合模型，它能保證在不同的鑒定物質(zhì)之間得到最好的分離。對(duì)一系列的用過(guò)的和未用過(guò)的氈層來(lái)說(shuō)，可以用2nm的分辨率在近紅外范圍內(nèi)作光譜的記錄。采用對(duì)于多個(gè)波長(zhǎng)(比如3個(gè)波長(zhǎng)λ1、λ2、λ3)的所有可能組合的光束分析來(lái)計(jì)算這種分離。
為了做到這點(diǎn)，諸如A(λ2)-A(λ1)和A(λ3)-A(λ2)的值可以被計(jì)算出來(lái)，此處Aλ是在特定波長(zhǎng)時(shí)的吸收量。當(dāng)這些值被描繪在圖上時(shí)，顯示為在不同波長(zhǎng)組合中不同物質(zhì)的分離波束。當(dāng)波束之間更好地分離時(shí)，分離的質(zhì)量便隨之增加。通過(guò)幾種波長(zhǎng)(比如3種)組合的選擇完成最優(yōu)分離，例如，3束光(它們中有4個(gè)不同的Mahalanobis距離)之間的Mahalanobis距離為最大的三種波長(zhǎng)。
為了分離聚酰胺-6、聚酰胺-66、PET和聚丙烯，在2432、2452和2478處的吸收量的組合顯示為最佳的。采用這種方法，于是對(duì)于具體應(yīng)用就可以確定哪種離散的波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)被測(cè)量，以便使用本發(fā)明的分光儀清楚地區(qū)分出不同的物質(zhì)。然后，采用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)計(jì)算方法，根據(jù)光柵、入射縫隙、光柵至平板間距等等條件的具體組合，可以很容易地計(jì)算出平板上孔的位置。
采用一種被稱(chēng)作“原生算法”的技術(shù)，可以用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行更深入、更廣泛的優(yōu)化。在這個(gè)技術(shù)中，采用一個(gè)具有高頻譜分辨率和高信噪比的高質(zhì)量掃描分光儀可以得到不同樣品的完整頻譜。這組頻譜被轉(zhuǎn)換用來(lái)仿真頻率分辨率更差的情況(例如，10nm，20nm，30nm和40nm)，因?yàn)楸阋说氖殖质皆O(shè)備的分辨率要比研究級(jí)的分光儀低，而且，手持式設(shè)備的信噪比和波長(zhǎng)選擇的精度都要低些。因此，這些影響必須在選擇波長(zhǎng)過(guò)程中加以考慮。
在原生算法優(yōu)化過(guò)程中，優(yōu)化條件可以任意期望的方式定義。例如，優(yōu)化條件可以設(shè)置成使聚酰胺-6和聚酰胺-66的MD值為最大值，使聚酰胺-6和其它類(lèi)型物質(zhì)的MD值的最小值為最大，使所有的MD值為最大，等等。
使用原生算法技術(shù)進(jìn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在第一個(gè)例子中，選擇使聚酰胺-6和其它類(lèi)型的物質(zhì)之間(聚酰胺-6與聚酰胺-66之間、聚酰胺-6和聚乙烯之間、聚酰胺-6和PET之間)的MD最小值為最大。選擇波長(zhǎng)允許的偏差設(shè)為±6nm，頻譜分辨率被確定為16nm，信噪比設(shè)為200。
采用如下參數(shù)選擇4個(gè)波長(zhǎng)2382，2430，2452，2472，從而產(chǎn)生下述結(jié)果MD聚酰胺-6-聚酰胺-668.2-11.8MD聚酰胺-6-PET16.5-22.5MD聚酰胺-6-聚乙烯8.2-11.9下面將根據(jù)本發(fā)明描述IR分光儀。
本發(fā)明的第一種類(lèi)型的IR分光儀已被證明為可通過(guò)將入射輻射發(fā)散得到比已知光譜范圍更窄的波長(zhǎng)范圍。本文中的“發(fā)散”是指輻射光束中產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的空間分散。一個(gè)公知的用來(lái)使入射輻射光束發(fā)散的器件就是光柵。在第一種分光儀中，光柵最好是靜止的，而且其密度介于100～4000線/mm之間。使用或者不使用透鏡系統(tǒng)將反射或透射光聚集起來(lái)，使其通過(guò)一個(gè)大小介于100至1000μm的入射孔徑進(jìn)入光柵。
在孔徑后面任一位置上，垂直于輻射方向的平板上的任一點(diǎn)與特定波長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)。這樣，傳送或者收集穿過(guò)相應(yīng)位置的光譜輻射部分，便可從光譜中選取出給出的所需波長(zhǎng)。
光柵可以放置到光學(xué)系統(tǒng)中以使光束被消費(fèi)者用過(guò)的廢棄物質(zhì)反射。反射輻射可以被收集起來(lái)，例如，被收集到一些被放到合適位置的探測(cè)器中。這里的問(wèn)題在于可得到的探測(cè)器的最小尺度，它應(yīng)當(dāng)能夠使探測(cè)器觀測(cè)到相鄰的波長(zhǎng)，正如能觀測(cè)到所需波長(zhǎng)一樣。
在本發(fā)明的IR分光儀的一個(gè)最佳實(shí)施例中，這個(gè)問(wèn)題是通過(guò)用一個(gè)對(duì)IR輻射來(lái)說(shuō)是不透明的平板來(lái)選擇離散波長(zhǎng)而解決的，將此平板放到輻射源和探測(cè)系統(tǒng)之間，以使得除了通過(guò)平板上的開(kāi)口外，沒(méi)有輻射能到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)。在平板上設(shè)有開(kāi)口，其位置相應(yīng)于色散輻射中所要選擇的離散波長(zhǎng)的位置。
平板上的開(kāi)口可以做得很小，不論怎樣，基本上要比提供的探測(cè)器的最小尺寸還小。平板上的開(kāi)口可以以很高的精度定位。以這種方式就能以很高的分辨率精確地從輻射的色散光束中選出所需波長(zhǎng)。
在本實(shí)施例中，可以通過(guò)在平板的每個(gè)開(kāi)口后面放一個(gè)探測(cè)器，或者采用相互之間位置可以移動(dòng)的平板和探測(cè)器以使探測(cè)器能依次地放于每個(gè)平板開(kāi)口之后來(lái)逐個(gè)地測(cè)量不同波長(zhǎng)的強(qiáng)度。在此情況下，和有限探測(cè)器尺寸相關(guān)的問(wèn)題不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)殚_(kāi)口的位置和尺寸獨(dú)立地確定了波長(zhǎng)選擇和分光儀的分辨率。
還可能有另外一個(gè)辦法，它能提供更大的靈活性，即將平板上的每個(gè)開(kāi)口同一個(gè)光導(dǎo)體相連，并通過(guò)光導(dǎo)體將輻射傳送到探測(cè)系統(tǒng)。這里，可能會(huì)再次用到分立的探測(cè)器，或者單個(gè)的光導(dǎo)體也可以連接到諸如旋轉(zhuǎn)或傾斜的系統(tǒng)中，每個(gè)光導(dǎo)體就可以逐個(gè)地放置在單個(gè)探測(cè)器前。另外，探測(cè)器應(yīng)當(dāng)是可移動(dòng)的，使之能放到不同的固定光導(dǎo)體前面。
探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)，或者傾斜或旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)最好是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)控制的，它也可以處理測(cè)量結(jié)果。例如，這些結(jié)果可以在顯示屏上以在線方式顯示出來(lái)。采用這種方式，在一個(gè)材料流的分離系統(tǒng)中，操作者可以在所示數(shù)值的基礎(chǔ)上介入其中。計(jì)算機(jī)還能連接到和控制下游的機(jī)械系統(tǒng)。測(cè)量結(jié)果也可以用來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程。
在另一個(gè)實(shí)施例中，光柵應(yīng)當(dāng)放在投射在被測(cè)材料上的輻射光束前面的光學(xué)系統(tǒng)中。這里，色散光穿過(guò)一個(gè)有開(kāi)口的平板。選擇的具有所需波長(zhǎng)的光通過(guò)光導(dǎo)體而照射到材料上。測(cè)量反射光的總量以獲得可用來(lái)分析以確定材料類(lèi)型的光。
這里，平板上的每個(gè)開(kāi)口允許一種所需波長(zhǎng)通過(guò)。一個(gè)光導(dǎo)體將傳輸通過(guò)的光線，該光導(dǎo)體的一端被放置為緊臨平板上的縫隙，另一端被放置到可以將已有的輻射瞄準(zhǔn)在材料的位置上。
可以這樣來(lái)完成將已有射線瞄準(zhǔn)的過(guò)程，例如，通過(guò)將光導(dǎo)體末端終結(jié)到旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，該旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，允許某個(gè)特定的光導(dǎo)體照射材料，同時(shí)，用光學(xué)方法將其它光導(dǎo)體同材料分隔開(kāi)來(lái)。通過(guò)使旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)順序出現(xiàn)在一些不同的位置上，例如，使用一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，不同波長(zhǎng)的光可以順序地照射到材料上，并逐個(gè)地測(cè)量該波長(zhǎng)的光。用光學(xué)的方法提供一套透鏡系統(tǒng)，以確保待測(cè)材料被充分照明。
適合用于這套系統(tǒng)的光導(dǎo)體有光纖，它對(duì)于1000～2000nm之間的紅外線是透明的。SiOH含量低的高質(zhì)量玻璃纖維適合于2000～2500nm之間的紅外線。硫族化物或鹵化銀纖維適合于中紅外范圍。也可以使用對(duì)所需波長(zhǎng)范圍透明的光纖。這些光纖的直徑最好介于100至1000μm之間。
由所需波長(zhǎng)、分光儀的幾何位置和光柵的特性計(jì)算開(kāi)口的位置。所需波長(zhǎng)依賴(lài)于待探測(cè)和分離的材料，它們確定了平板上孔的位置?？梢圆捎蒙鲜龉馐治鰜?lái)確定孔的位置。
本發(fā)明的第二種類(lèi)型的IR分光儀采用一個(gè)置于濾光輪上的濾光片組合，該濾光輪以高速(10-200Hz)被驅(qū)動(dòng)。使用這個(gè)實(shí)施例，用一系列的燈照射樣品，用一個(gè)透鏡收集散射的反射光，這些光被引導(dǎo)通過(guò)濾光輪，并用pbs或InGaAs探測(cè)器加以探測(cè)。
采用濾光輪有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。比如，因?yàn)樵诿總€(gè)旋轉(zhuǎn)周期中，濾光輪四次將光束遮擋住，探測(cè)器的暗光流就可以頻繁地被取樣并用來(lái)校正探測(cè)器的溫度偏差和其它變形。
本系統(tǒng)的收集角度應(yīng)當(dāng)保持小的角度，最好小于5°，以保持濾光片的光譜分辨率小于20nm，探測(cè)的信號(hào)將由板上的微處理器來(lái)處理。
另外，濾光片可用來(lái)在輻射照射到消費(fèi)者用過(guò)的廢棄氈層樣品之前，從紅外輻射源中選取預(yù)定的波長(zhǎng)。在本系統(tǒng)中，濾光輪旋轉(zhuǎn)以允許具有預(yù)定波長(zhǎng)范圍的紅外輻射由分光儀出來(lái)。發(fā)射的光被用戶(hù)用過(guò)的廢舊氈層樣品反射，并由探測(cè)器檢測(cè)。
若不采用濾光輪，也可以使用聲光可調(diào)濾光片(AOTF)。AOTF器件是基于聲-光效應(yīng)的，即采用超聲波可以使介質(zhì)的光學(xué)折射率發(fā)生變化(參見(jiàn)Laser Focus World，1992年5月號(hào))?；旧希珹OTF器件都是晶體，它接收光束，并基于音頻輸入信號(hào)的頻率發(fā)射入射光束中選擇的波長(zhǎng)。采用AOTF器件，可以用改變作用于AOTF件的超聲波頻率來(lái)選擇波長(zhǎng)，這樣就省去了與濾光輪相關(guān)的移動(dòng)部件。
附圖簡(jiǎn)述將參照附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例更詳細(xì)的描述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的手持式分光儀的側(cè)視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的手持式分光儀的側(cè)視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的手持式分光儀的側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的手持式分光儀的側(cè)視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的手持式分光儀的側(cè)視圖；圖6是用于圖5所示的手持式分光儀的濾光輪；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例的手持式分光儀的側(cè)視圖。
最佳實(shí)施例詳述輻射光束的邊界在圖中是用點(diǎn)-劃線表示出來(lái)的，而各個(gè)光線則是用點(diǎn)線表示的。在圖1中，光源1置于一個(gè)反射罩2中。從光源1中發(fā)出的光被導(dǎo)引投射到待測(cè)材料3上。其反射光由透鏡4會(huì)聚，中心光束通過(guò)入射縫5照射到光柵6上。該輻射被光柵6發(fā)散為不同的波長(zhǎng)。平板7放于散射輻射光束中，上面有開(kāi)口8，開(kāi)口位置于應(yīng)于光譜中選擇波長(zhǎng)的位置。光導(dǎo)體9的第一端被放置于平板7中的開(kāi)口8，光導(dǎo)體的另一端被逐個(gè)插入選擇器平板10的開(kāi)口中，光導(dǎo)體止于平板表面11。選擇器平板10可以由一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(未畫(huà)出)來(lái)移動(dòng)，使得探測(cè)器12只能觀察到通過(guò)不透明平板14上的開(kāi)口13的來(lái)自一個(gè)特定光導(dǎo)體的光線，該不透明平板插于選擇平板10和探測(cè)器12之間。探測(cè)器12被連接到一個(gè)處理系統(tǒng)(未畫(huà)出)。
圖2中，一個(gè)光源201置于一個(gè)反射罩202中。由透鏡204將光線會(huì)聚，使其通過(guò)一個(gè)入口縫205而照射到光柵206上。輻射被光柵散射為不同的波長(zhǎng)。將平板207放在散射輻射光束中，該平板在相應(yīng)于選擇波長(zhǎng)的位置上有開(kāi)口208。光導(dǎo)體209的第一端放在平板207的開(kāi)口208上。光導(dǎo)體的另一端被依次插入到選擇器平板210上，光導(dǎo)體止于平板210的表面211。將一個(gè)有開(kāi)口213的不透明的平板214放在選擇平板后面。這塊平板214可以被一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(未畫(huà)出)驅(qū)動(dòng)，使得只有從一個(gè)特定的光導(dǎo)體發(fā)出的光可以穿過(guò)開(kāi)口213。穿過(guò)開(kāi)口213的光線在透鏡216處會(huì)聚，會(huì)聚的射線照射到待測(cè)材料203上。被材料反射的輻射在透鏡217處會(huì)聚，然后照射到探測(cè)器202上。探測(cè)器被連接到一個(gè)處理系統(tǒng)(未畫(huà)出)。
本發(fā)明的IR分光儀可以做得非常小巧而便于操作。只要提供相應(yīng)于所給材料特性的特定的選擇波長(zhǎng)，這種IR分光儀就可以廣泛地、有利地用于塑料物質(zhì)的回收領(lǐng)域。
圖3和圖4分別同圖1和圖2基本上是一致的，所不同的是它們顯示了穿過(guò)樣品材料的光線在分光儀中被收集和測(cè)量的情形。
圖5顯示了用來(lái)確定消費(fèi)者用過(guò)的廢棄氈層的光譜質(zhì)量的器件的第二實(shí)施例。圖5中，分光儀100有一個(gè)旋轉(zhuǎn)濾光輪102，它由電動(dòng)機(jī)104驅(qū)動(dòng)。
由在分光儀100一側(cè)的一個(gè)或多個(gè)燈106發(fā)出光線投射到一塊消費(fèi)者用過(guò)的廢棄氈層樣品108上。樣品108反射的光被透鏡110收集，并被導(dǎo)引穿過(guò)旋轉(zhuǎn)濾光輪102，再由一個(gè)pbs或InGAAs探測(cè)器112來(lái)檢測(cè)。
圖6顯示了旋轉(zhuǎn)濾光輪102的一個(gè)例子。此例中，在旋轉(zhuǎn)濾光輪102上有4個(gè)濾光片114(A-D)。旋轉(zhuǎn)濾光輪102的中心有一個(gè)孔116，電動(dòng)機(jī)104伸出的驅(qū)動(dòng)軸118插入此孔。
在操作過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)104引起旋轉(zhuǎn)濾光輪102旋轉(zhuǎn)，使得穿過(guò)透鏡110的光線根據(jù)濾光片114的特定性質(zhì)來(lái)濾波。探測(cè)器112探測(cè)濾波后的光，并為輸出結(jié)果的電路120提供信號(hào)。
圖7是另一個(gè)采用旋轉(zhuǎn)濾光輪102的分光儀100的例子，與上述不同的是光線在照射到消費(fèi)者用過(guò)的廢棄氈層樣品108之前被濾波。如圖7所示，光源106發(fā)出紅外線，該射線被一個(gè)旋轉(zhuǎn)濾波系統(tǒng)102，104，118濾波。預(yù)定波長(zhǎng)射線透過(guò)濾光片，這些波長(zhǎng)的射線將通過(guò)透鏡122離開(kāi)分光儀外罩。
離開(kāi)分光儀外罩后，預(yù)定波長(zhǎng)的射線照射在消費(fèi)者用過(guò)的廢棄氈層樣品108上并被其反射。一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器112探測(cè)反射光并向輸出結(jié)果的電路120傳送信號(hào)。雖然本例中只畫(huà)出從分光儀一側(cè)發(fā)出光的透鏡，穿過(guò)濾光片的光線還可以被分離且在不同的位置上離開(kāi)分光儀。
可以預(yù)知，很明顯，本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員可以很容易地作出其它各種改進(jìn)而不背離本發(fā)明的范圍和精神。相應(yīng)地，這并不意味著附錄在此的權(quán)利要求范圍將僅限于前面的描述中，相反地，這些權(quán)利要求可以解釋為包含屬于本發(fā)明的具有可取得專(zhuān)利權(quán)的新穎性的所有特性，包括所有在本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域中可由本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員識(shí)別為等同的特征。
權(quán)利要求
1.一種用于分析消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或包含非氈層的廢棄物的聚酰胺-6和/或聚酰胺-66的手持式紅外分光儀，它包括一個(gè)用紅外輻射照射廢棄物(氈層)的紅外放射源；用于從被廢棄物(氈層)反射的紅外輻射中選擇一些離散波長(zhǎng)的選擇器；用于探測(cè)所選離散波長(zhǎng)的紅外探測(cè)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，選擇器包括一個(gè)使輻射色散的色散裝置和一個(gè)從色散輻射中選擇離散波長(zhǎng)的離散波長(zhǎng)選擇器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，選擇器包括一個(gè)有用于僅使得輻射中僅有預(yù)定波長(zhǎng)得以通過(guò)的一組濾光片的濾光片系統(tǒng)。
4.一種用于分析消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或包含非氈層的廢棄物的聚酰胺-6和/或聚酰胺-66的手持式紅外分光儀，它包括一個(gè)用于將紅外輻射照射到一個(gè)廢棄物(氈層)樣品上的紅外輻射源；一個(gè)用于選擇一組離散波長(zhǎng)的輻射選擇器，所述輻射選擇器包括一個(gè)將輻射色散的色散裝置和一個(gè)從色散輻射中選擇離散波長(zhǎng)的離散波長(zhǎng)選擇器；和一個(gè)探測(cè)離散波長(zhǎng)的探測(cè)系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，在輻射照射到廢棄物(氈層)樣品之前，將輻射色散并選擇波長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，在輻射照射到廢棄物(氈層)樣品之后，將輻射色散并選擇波長(zhǎng)。
7.用于分析消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或包含非氈層廢棄物的聚酰胺-6和/或聚酰胺-66的一種手持式紅外分光儀，它包括一個(gè)用來(lái)將紅外輻射照射到廢棄物(氈層)樣品上的紅外輻射源；一個(gè)用于從被廢棄物(氈層)反射的輻射中選擇一些離散波長(zhǎng)的輻射選擇器，該輻射選擇器包括一個(gè)將反射輻射色散的色散裝置和一個(gè)從色散輻射中選擇離散波長(zhǎng)的離散波長(zhǎng)選擇器；以及一個(gè)探測(cè)離散波長(zhǎng)的探測(cè)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，上述離散波長(zhǎng)選擇器包括一個(gè)有開(kāi)口的平板，開(kāi)口的位置相應(yīng)于色散輻射中所選擇的離散波長(zhǎng)的位置，該平板對(duì)IR輻射來(lái)說(shuō)是不透明的，它放置于輻射源和探測(cè)系統(tǒng)之間，這樣輻射除了通過(guò)該平板上的開(kāi)口外便不能到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，上述探測(cè)系統(tǒng)包括許多探測(cè)器，每個(gè)探測(cè)器放在相應(yīng)的上述平板開(kāi)口的后面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，上述探測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)可以放在多個(gè)上述平板開(kāi)口之后的探測(cè)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，更進(jìn)一步地包括一個(gè)光導(dǎo)體系統(tǒng)，該光導(dǎo)體系統(tǒng)有許多光導(dǎo)體，每個(gè)光導(dǎo)體連接到一個(gè)上述平板開(kāi)口處以使光線通過(guò)上述平板開(kāi)口傳輸?shù)缴鲜鎏綔y(cè)系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，上述探測(cè)系統(tǒng)包括許多探測(cè)器，每個(gè)光導(dǎo)體都連接到一個(gè)上述探測(cè)器處。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，探測(cè)系統(tǒng)和光導(dǎo)體是相對(duì)可移動(dòng)的，以使得上述光導(dǎo)體可以逐個(gè)地傳輸光線到探測(cè)系統(tǒng)。
14.用于分析消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或包含非氈層廢棄物的聚酰胺-6和/或聚酰胺-66的一種手持式紅外分光儀，它包括一個(gè)用于將紅外輻射照射到樣品廢棄物(氈層)上的紅外輻射源，一個(gè)包括許多用于僅傳送反射輻射中的預(yù)定波長(zhǎng)的濾光片的濾光片系統(tǒng)；以及一個(gè)用于探測(cè)由濾光片系統(tǒng)傳送的輻射的探測(cè)系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，上述紅外輻射源將紅外輻射照射到廢棄物(氈層)樣品上，上述濾光片系統(tǒng)僅傳送被廢棄物(氈層)樣品反射輻射中的預(yù)定波長(zhǎng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，上述濾波系統(tǒng)僅傳輸被廢棄物(氈層)樣品反射的輻射中的預(yù)定波長(zhǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，上述濾波系統(tǒng)使用了一個(gè)有三個(gè)或更多濾光片的旋轉(zhuǎn)濾光輪。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，上述濾光片系統(tǒng)使用了一個(gè)有四個(gè)濾光片的旋轉(zhuǎn)濾光輪，這些濾光片分別透射波長(zhǎng)2382nm±20nm，2430nm±20nm，2452nm±20nm，和2472nm±20nm。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的一種手持式紅外分光儀，其特征在于，上述濾光片系統(tǒng)是一種聲光可調(diào)濾光片。
20.一種用于區(qū)分不同類(lèi)型的消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或包含非氈層廢棄物的聚酰胺-6和/或聚酰胺-66的方法，它包括如下步驟提供一個(gè)手持式紅外分光儀；使用該手持式紅外分光儀來(lái)確認(rèn)廢棄物(氈層)材料的類(lèi)型。
21.一種用于區(qū)分不同類(lèi)型的消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或包含非氈層廢棄物的聚酰胺-6和/或聚酰胺-66的方法，它包括如下步驟提供一個(gè)手持式紅外分光儀；從該手持式紅外分光儀中的紅外發(fā)射源發(fā)出紅外輻射照射到廢棄物(氈層)樣品上；通過(guò)使用該手持式紅外分光儀中的紅外選擇器，從被廢棄物(氈層)樣品反射的輻射中選擇一組的離散波長(zhǎng)，該選擇離散波長(zhǎng)的過(guò)程又包括用色散裝置色散反射光和從色散輻射中選擇一組離散波長(zhǎng)的兩個(gè)子步驟；用手持式紅外分光儀中的探測(cè)器探測(cè)離散波長(zhǎng)，這樣就能使用該手持式紅外分光儀來(lái)確認(rèn)廢棄物(氈層)材料的類(lèi)型。
22.一種用于區(qū)分不同類(lèi)型的消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或包含非氈層廢棄物的聚酰胺-6和/或聚酰胺-66的方法，它包括如下步驟提供一個(gè)手持式紅外分光儀；從該手持式分光儀中的紅外輻射源發(fā)出具有一組預(yù)定波長(zhǎng)的輻射，照射到廢棄物(氈層)樣品上，通過(guò)采用色散設(shè)備色散紅外輻射光束選擇預(yù)定波長(zhǎng)，從發(fā)散輻射中選擇一系列離散波長(zhǎng)來(lái)選擇上述預(yù)定波長(zhǎng)；采用手持式紅外分光儀中的探測(cè)器來(lái)探測(cè)離散波長(zhǎng)，這樣就可以使用該手持式紅外分光儀來(lái)確認(rèn)廢棄物(氈層)材料的類(lèi)型。
23.一種用于區(qū)分不同類(lèi)型的消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或包含非氈層廢棄物的聚酰胺-6和/或聚酰胺-66的方法，它包括如下步驟提供一個(gè)手持式紅外分光儀；從該手持式紅外分光儀中紅外輻射源發(fā)出紅外輻射照射到廢棄物樣品上；通過(guò)使用該手持式紅外分光儀中的輻射選擇器從被廢棄物(氈層)樣品反射的輻射中選擇出一組離散波長(zhǎng)，該選擇離散波長(zhǎng)的步驟又包括將反射輻射濾波以使得這組預(yù)定波長(zhǎng)的輻射被傳輸?shù)绞殖质郊t外分光儀中的探測(cè)器；和用手持式紅外分光儀中的探測(cè)器探測(cè)離散波長(zhǎng)兩個(gè)子步驟，這樣就可以用手持式紅外分光儀來(lái)確認(rèn)廢棄物(氈層)材料的類(lèi)型。
24.一種用于區(qū)分不同類(lèi)型的消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或含有非氈層廢棄物的聚酰胺-6和/或聚酰胺-66的方法，包括如下步驟提供一個(gè)手持式紅外分光儀；從該手持式紅外分光儀中的紅外放射源發(fā)出具有一組預(yù)定波長(zhǎng)的紅外輻射，照射到廢棄物(氈層)樣品上，通過(guò)采用一組濾光片對(duì)紅外輻射光束濾波以選擇出這組預(yù)定波長(zhǎng)；用該手持式紅外分光儀中的探測(cè)器探測(cè)離散波長(zhǎng)，這樣就可以利用該手持式紅外分光儀來(lái)確認(rèn)廢棄物(氈層)材料的類(lèi)型。
全文摘要
用于回收消費(fèi)者用過(guò)的或工業(yè)用過(guò)的廢棄氈層或含有非氈層廢棄物的聚酰胺－6和/或聚酰胺－66的方法和裝置,使用了一種利用光譜原理的手持便攜式設(shè)備,精確而快速地鑒定廢棄物(氈層)材料。預(yù)計(jì)用于這項(xiàng)工作的分光儀包括一個(gè)用來(lái)照射廢棄物(氈層)樣品的紅外放射源,一個(gè)用來(lái)選擇預(yù)定數(shù)目離散波長(zhǎng)的選擇器和一個(gè)在這幾個(gè)離散波長(zhǎng)內(nèi)探測(cè)反射輻射的探測(cè)系統(tǒng)。該選擇器可以是一個(gè)具有一組開(kāi)口的平板,開(kāi)口的位置對(duì)應(yīng)于根據(jù)預(yù)定離散波長(zhǎng)的色散光束的位置,或者是一組選擇來(lái)使離散波長(zhǎng)通過(guò)的濾光片。離散波長(zhǎng)的選擇可以發(fā)生在照射氈層樣品之前或發(fā)生在由反射輻射中選擇離散波長(zhǎng)的過(guò)程中。
文檔編號(hào)G01N21/35GK1195402SQ96196689
公開(kāi)日1998年10月7日 申請(qǐng)日期1996年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月6日
發(fā)明者B·J·基普, E·A·T·佩特爾斯, J·哈佩爾, T·胡同－費(fèi)雷, F·科沃爾 申請(qǐng)人:Dsm有限公司, 化學(xué)及生物感應(yīng)技術(shù)研究所