專利名稱：近紅外光譜儀的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于光電測試的技術(shù)領域，具體涉及一種近紅外光譜儀。
背景技術(shù)：
在近紅外光譜應用中，光譜分辨率不再是衡量儀器性能的重要指標。目前，
不論計算機模擬或是實驗都證明儀器的光譜帶寬2nm、 10nm、 20nm都不影響 分析結(jié)果。更注重的是儀器的信噪比和穩(wěn)定性，其主要表現(xiàn)為吸光度的準確性 與穩(wěn)定性。
傳統(tǒng)濾光片型近紅外光譜儀配備的幾個濾光片都是儀器開發(fā)人員根據(jù)用戶 的應用場合量身定做的，分析某種樣品的某種成分時所用的特征波長在儀器開 發(fā)階段已經(jīng)完成，如果實際待分析的樣品或成分相對于儀器的開發(fā)目的發(fā)生了 改變，就算是重新定標，儀器的分析精度一般也會顯著下降，其應用場合受到 了一定的限制。隨著近紅外光譜儀器技術(shù)的發(fā)展，基于連續(xù)波長的化學計量學 方法如PCR (主成分回歸)、PLSR (偏最小二乘回歸)、ANN (人工神經(jīng)網(wǎng)絡)等， 代表了現(xiàn)代近紅外光譜技術(shù)的發(fā)展方向，其相應的連續(xù)波長型儀器通用性強、 性能穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)相對復雜、價格昂貴。利用上述化學計量學方法進行回歸建 模的方法很難在傳統(tǒng)分立波長型光譜儀上使用，嚴重阻礙了分立波長型近紅外 光譜儀的進一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)點，設計 提供-一種利用準連續(xù)波長、雙光路技術(shù)的近紅外光譜儀，以提高濾光片型近紅
外光譜儀的穩(wěn)定性、通用性。
所述的近紅外光譜儀，其特征在于近紅外光源與準直透鏡配合構(gòu)成光源系 統(tǒng)，準直透鏡后部位置配合設置由電機M,驅(qū)動的光強調(diào)制盤和由電機M2驅(qū)動的 濾光片盤，之后配合設置由雙光路斬光盤、反射鏡構(gòu)成的雙光路變換裝置，雙
光路斬光盤由電機 13驅(qū)動，雙光路變換裝置與后部設置的積分球光路連接，積 分球上配合設置由電機M4驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)樣品池及與信號處理器連接的光電探測器。
所述的近紅外光譜儀，其特征在于所述的濾光片盤由光譜帶寬為5 —15rnn， 中心波長間隔均為5-20nm的一組窄帶濾光片配合構(gòu)成。
所述的近紅外光譜儀，其特征在于所述的雙光路斬光盤上具有擋光、反光 和透光三種功能設置當雙光路斬光盤處于擋光位置時，光線不能進入積分球； 當雙光路斬光盤處于反光位置時，光線被反射到另一反射鏡后再次反射進入積 分球內(nèi)壁，作為參考光；當雙光路斬光盤處于透光位置時，光線直接進入積分 球，照到樣品上，作為測量光。
所述的近紅外光譜儀，其特征在于光強調(diào)制盤上配合設置一組形狀---樣、 大小相當且中心位置均勻分布在與光強調(diào)制盤同一圓心圓周上的圓孔或扇形 孔，光強調(diào)制盤上的圓孔或扇形孔與濾光片盤上安裝濾光片的圓孔相應匹配。
所述的近紅外光譜儀，其特征在于近紅外光源采用鹵鎢燈。
所述的近紅外光譜儀，其特征在于光電探測器為PbS、 InGaAs或Si。 上述近紅外光譜儀器吸取了傳統(tǒng)分立波長型儀器結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉的優(yōu)點。 使用該裝置可以像連續(xù)波長型光譜儀-樣，利用基于連續(xù)譜的定標方法如PCR (主成分回歸)、PLSR (偏最小二乘回歸)、ANN (人工神經(jīng)網(wǎng)絡)等進行定標，
針對某一種特殊的分析成分，無需在研發(fā)儀器階段確定儀器的特征波長；且利 用了濾光片型較大帶寬的特性和積分球、雙光路、旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)樣品池等結(jié)構(gòu)設置， 實現(xiàn)了準連續(xù)波長型光譜儀的技術(shù)效果，大大提高濾光片型光譜儀的信噪比、 穩(wěn)定性和通用性。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為雙光路斬光盤結(jié)構(gòu)^意圖。
附圖中l(wèi)一近紅外光源、2 —準直透鏡、3 —光強調(diào)制盤、4一濾光片盤、5 一雙光路斬光盤、6 —積分球、7 —旋轉(zhuǎn)樣品池、8 —光電探測器、9一信號處理 器、IO —反射鏡。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一歩說明，并給出具體實施方式
。 近紅外光源l采用鹵鎢燈，近紅外光源1與準直透鏡2構(gòu)成光源系統(tǒng)，準 直透鏡2后部位置配合設置由電機Mi驅(qū)動的光強調(diào)制盤3和由電機Mj區(qū)動的濾 光片盤4，光強調(diào)制盤3與濾光片盤4前后位置可以互換。其中光強調(diào)制盤3上 配合設置10個中心與光強調(diào)制盤3同一圓心的圓周上的扇形孔，孔的通光寬度 與擋光寬度與濾光片通光直徑相匹配，保證光強能完全通過和完全遮擋，濾光 片盤4上安裝了 20個圓心均勻分布在與濾光片盤4同一圓心的圓周上的濾光片， 通光直徑為12腿，光譜帶寬為10nm，中心波長間隔均為10nm，波長范圍為 1670nm-1870nrn。構(gòu)成了 "準連續(xù)"干涉濾光片分光系統(tǒng)。光強調(diào)制盤3與濾光 片盤4配合設置由雙光路斬光盤5、反射鏡IO構(gòu)成的雙光路變換裝置，雙光路 斬光盤5由電機M3驅(qū)動，雙光路變換裝置與后部設置的積分球6光路連接，積 分球6的直徑8cm，其上配合設置由電機M4驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)樣品池7及與信號處理器
9連接的光電探測器8，該光電探測器8為PbS。
使用時，近紅外光源1發(fā)出的近紅外光經(jīng)準直透鏡2后成為平行光，經(jīng)光 強調(diào)制盤3調(diào)制成交流信號光，然后經(jīng)過濾光片盤4分光變成準單色光，雙光 路斬光盤5的斬光片有三種狀態(tài)---擋光5a、反光5b和透光5c。處于透光時， 光強進入積分球后照在旋轉(zhuǎn)的樣品上產(chǎn)生漫反射，積分球6收集反映樣品成份 含量信息的漫反射光投射到光電探測器8上，然后進入信號處理單元9經(jīng)放大、 A/D轉(zhuǎn)換及計算處理等過程，最后得到此時的信號光強度信息I"當雙光路斬光 盤5的斬光片處于反光位置時，光強再經(jīng)反射鏡10反射后進入積分球，照到積 分球內(nèi)壁，可以得到參考光的強度信息1。.，同理，當雙光路斬光盤5的斬光片 處于擋光位置時，可以探測到背景光及暗電流的強度信息Ib，根據(jù)公式 」=-lgfzi (A為吸光度)，求出樣品在對應于準連續(xù)波長處的吸光度A，根據(jù)
相應的吸光度值和樣品中相關(guān)成份的含量建立數(shù)學模型，進而結(jié)合未知樣品的
光譜吸光度，可以測出相應成份的含量。
該近紅外光譜儀的運行程序包括光譜數(shù)據(jù)庫建模程序和樣品中相應成份含
量檢測程序。建模程序工作過程輸入代表性樣品的成份及含量一測量代表性 樣品準連續(xù)近紅外吸收光譜一建立相應樣品成份含量與光譜吸光度標準數(shù)據(jù)庫 —將光譜數(shù)據(jù)與成份含量進行回歸分析一建立標準數(shù)據(jù)數(shù)學模型。檢測程序工 作過程調(diào)入己經(jīng)建立好的數(shù)學模型一測量待測樣品準連續(xù)近紅外吸收光譜一 根據(jù)己經(jīng)建立好的數(shù)學模型一得出相應成份的濃度。
權(quán)利要求
1.近紅外光譜儀，其特征在于近紅外光源(1)與準直透鏡(2)配合構(gòu)成光源系統(tǒng)，準直透鏡(2)后部位置配合設置由電機M1驅(qū)動的光強調(diào)制盤(3)和由電機M2驅(qū)動的濾光片盤(4)，之后配合設置由雙光路斬光盤(5)、反射鏡(10)構(gòu)成的雙光路變換裝置，雙光路斬光盤(5)由電機M3驅(qū)動，雙光路變換裝置與后部設置的積分球(6)光路連接，積分球(6)上配合設置由電機M4驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)樣品池(7)及與信號處理器(9)連接的光電探測器(8)。
2. 如權(quán)利要求1所述的近紅外光譜儀，其特征在于所述的濾光片盤(4)山 光譜帶寬為5 — i5腿，中心波長間隔均為5-20nm的一組或多組等間隔窄帶濾光 片配合構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求1所述的近紅外光譜儀，其特征在于所述的雙光路斬光盤(5) 上具有擋光(5a)、反光(5b)和透光(5c)三種功能設置，雙光路斬光盤(5) 處于擋光(5a)位置時，光線不能進入積分球，反光(5b)位置時，反射的光 線通過反射鏡(10)再次反射進入積分球(6)，處于透光(5c)位置時光線直 接進入積分球(6)。
4. 如權(quán)利要求1所述的近紅外光譜儀，其特征在于光強調(diào)制盤(3)上配合 設置一組形狀一樣、大小相當且中心均勻分布在光強調(diào)制盤(3)同一圓心的圓 周上的圓孔或扇形孔，光強調(diào)制盤(3)上的圓孔或扇形孔與濾光片盤(4)上 安裝濾光片的圓孔相應匹配。
5. 如權(quán)利要求1所述的近紅外光譜儀，其特征在于近紅外光源(1)采用鹵 鎢燈。
6. 如權(quán)利要求1所述的近紅外光譜儀，其特征在于光電探測器(8)為PbS、 InGaAs或Si 。
全文摘要
近紅外光譜儀，屬于光電測試技術(shù)領域。其特征在于近紅外光源與準直透鏡配合構(gòu)成光源系統(tǒng)，準直透鏡后部位置配合設置光強調(diào)制盤和濾光片盤，之后配合設置由雙光路斬光盤、反射鏡構(gòu)成的雙光路變換裝置，雙光路變換裝置與前部設置的積分球光路連接，積分球上配合設置旋轉(zhuǎn)樣品池及與信號處理器連接的光電探測器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，使用時可像連續(xù)波長型光譜儀一樣，利用基于連續(xù)譜的定標方法，針對某一種特殊的分析成分，無需在研發(fā)儀器階段確定儀器的特征波長；且利用濾光片型較大帶寬的特性和積分球、雙光路、旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)樣品池等結(jié)構(gòu)設置，實現(xiàn)了準連續(xù)波長型光譜儀的技術(shù)效果，大大提高濾光片型光譜儀的信噪比、穩(wěn)定性和通用性。
文檔編號G01N21/35GK101201319SQ200710157120
公開日2008年6月18日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者朱周洪, 柴金朝, 王動民, 王焱華, 琨 袁, 金尚忠, 陳華才 申請人:中國計量學院