專利名稱：：置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實(shí)時(shí)分析儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一種光電檢測(cè)分析儀，具體說(shuō)涉及一種置有漫反射聚光鏡的過(guò)程自動(dòng)控制儀表。
背景技術(shù)：
：工業(yè)化生產(chǎn)中，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗，保護(hù)環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益，通常在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)被測(cè)物中的某些成分含量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和控制。例如在冶煉工業(yè)中原料的主要成分及水分含量的監(jiān)測(cè)；食品、固體飲料等工業(yè)生產(chǎn)中原料、中間品和最終產(chǎn)品中不同狀態(tài)脂肪、糖分、蛋白質(zhì)及水分的含量的監(jiān)測(cè)。這些監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)有很大一部分都采用光學(xué)檢測(cè)方式，而這些方式的實(shí)現(xiàn)要突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，與在線檢測(cè)的特點(diǎn)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出適用于在線實(shí)時(shí)測(cè)量的檢測(cè)儀表。工業(yè)在線檢測(cè)的困難在于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜，其技術(shù)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。為滿足在線監(jiān)測(cè)的需要，必須結(jié)合實(shí)際情況具體設(shè)計(jì)。例如通過(guò)光學(xué)檢測(cè)手段對(duì)傳送帶上固態(tài)物料表面的成分分析時(shí)，以往的很多在線分析儀器檢測(cè)結(jié)果都受檢測(cè)物料表面與儀器距離的影響。究其主要原因在于檢測(cè)物與儀器距離變化時(shí)，進(jìn)入光電探測(cè)器的光信號(hào)強(qiáng)度也隨之變化很大，如球面聚光鏡的儀器光信號(hào)的最大值與最小值之比大于10。通常情況下光電探測(cè)器都有一定的線性區(qū)間，當(dāng)光信號(hào)強(qiáng)度變化較大時(shí)，光電探測(cè)器的電信號(hào)轉(zhuǎn)化存在非線性效應(yīng)，因而影響了最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。針對(duì)此類問(wèn)題有很多人都是對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)電路的補(bǔ)償或是后續(xù)算法中對(duì)此進(jìn)行修正，雖然此種方法能在最大程度上消除對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，但是也存在很大問(wèn)題，包括設(shè)計(jì)難度大、開發(fā)周期長(zhǎng)、需多次試驗(yàn)測(cè)試、開發(fā)費(fèi)用大、風(fēng)險(xiǎn)極高，有很多廠商的產(chǎn)品最終也達(dá)不到預(yù)期效果。本實(shí)用新型的主要目的就是設(shè)計(jì)出一種易于實(shí)現(xiàn)的光學(xué)反光鏡頭，解決檢測(cè)物料表面與儀器距離變化時(shí)而光強(qiáng)隨之變化較大所帶來(lái)的一系列的問(wèn)題。該鏡頭可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)物料表面與儀器距離變化較大時(shí)，而通過(guò)此反射鏡頭收集的光信號(hào)強(qiáng)度變化較小，取保其變化強(qiáng)度在光電探測(cè)器檢測(cè)的近似線性區(qū)間內(nèi)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)傳送帶上物料表面漫反射光實(shí)時(shí)采集時(shí)，物料表面與檢測(cè)儀器的距離動(dòng)態(tài)變化而引起采集光強(qiáng)的大范圍變化問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種能固定變焦的多焦距漫反射聚光鏡，自動(dòng)消除光強(qiáng)大范圍內(nèi)變化對(duì)光電探測(cè)器能量非線性在計(jì)算中影響。解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的具體技術(shù)方案是一種置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實(shí)時(shí)分析儀器，包括光源、光電探測(cè)器，其特征是在在線式實(shí)時(shí)分析儀器中光電探測(cè)器上方安裝一種多焦距漫反射聚光鏡，多焦距漫反射聚光鏡是由多個(gè)同軸表面連續(xù)但曲率不連續(xù)的環(huán)面組成；多焦距漫反射聚光鏡的每個(gè)環(huán)面的焦距都不同，環(huán)面的大小由漫反射的立體角按余弦積分等比分配決定。本實(shí)用新型的有益效果3[0007]由于本實(shí)用新型采用多焦距漫反射聚光鏡，經(jīng)由多焦距漫反射聚光鏡匯聚的光投射在光電探測(cè)器上的光強(qiáng)變化范圍較小，光信號(hào)的最大值與最小值之比小于2，而相同情況下，已有的球面聚光鏡的儀器光信號(hào)的最大值與最小值之比大于10。此鏡頭的應(yīng)用有利于光電探測(cè)器光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，在動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中漫反射聚光鏡收集漫反射光時(shí)，可以有效解決光強(qiáng)大范圍變化對(duì)光電探測(cè)器能量非線性在計(jì)算中的影響問(wèn)題。本實(shí)用新型的多焦距漫反射聚光鏡的每個(gè)環(huán)面都是同軸回轉(zhuǎn)面，易于加工，制造成本低，即適合單件試驗(yàn)生產(chǎn)，也可批量化模具鑄造。整機(jī)結(jié)構(gòu)裝配簡(jiǎn)單，有效降低整機(jī)復(fù)雜系數(shù)，便于各部分分工設(shè)計(jì)協(xié)作完成。圖1本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2多焦距漫反射聚光鏡光路示意圖；圖3多焦距漫反射聚光鏡局部剖面示意圖。具體實(shí)施方式參照說(shuō)明書附圖具體說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方法。圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)裝置示意圖，在在線式實(shí)時(shí)分析儀器試驗(yàn)中，裝有光源1和光電探測(cè)器2，光電探測(cè)器2上方置有由多個(gè)同軸環(huán)面組成的多焦距漫反射聚光鏡3，試驗(yàn)儀器下部放有被測(cè)物料4。多焦距漫反射聚光鏡3的每個(gè)環(huán)面的焦距都不同，環(huán)面連續(xù)但曲率半徑不連續(xù)，環(huán)面的大小由漫反射的立體角按余弦積分等比分配決定。光源1發(fā)出的光束照射在被測(cè)物料4表面，當(dāng)檢測(cè)物料4表面與多焦距漫反射聚光鏡距離3動(dòng)態(tài)變化時(shí)，經(jīng)由多焦距漫反射聚光鏡3匯聚的光投射在光電探測(cè)器2上的光強(qiáng)變化范圍很小，達(dá)到消除動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，光電探測(cè)器光強(qiáng)能量非線性響應(yīng)對(duì)于計(jì)算影響的問(wèn)題。圖2是多焦距漫反射聚光鏡光路示意圖，在有效范圍內(nèi)，多焦距漫反射聚光鏡3匯聚檢測(cè)物料4表面的漫反射光在光電探測(cè)器2處，接收到的光強(qiáng)動(dòng)態(tài)變化范圍很小。圖3是多焦距漫反射聚光鏡3局部剖面示意圖，顯示了多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)的位置的設(shè)計(jì)方法。圖中9卜i是多焦距漫反射聚光鏡3第l環(huán)下邊緣到探測(cè)器中心連線與水平面所成的角，9i是多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)上邊緣到探測(cè)器中心連線與水平面所成的角，li是多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)到檢測(cè)物料4第i檢測(cè)位置的距離，1/是多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)到探測(cè)器中心的距離，多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)曲線方程為(y-li/2)7a2+x7b2=1起點(diǎn)為(xi+1，y卜》，終點(diǎn)為(Xi，y》li滿足如下關(guān)系(li+「W(l「li—》=q(1「10)(qn-l)/(q-l)=Al9i滿足如下關(guān)系(sin9i+「sin9i)/(sin9「sin9卜》=q[0024]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>[0025]其中q為相鄰倆環(huán)物距差的比值，取值范圍為q>1，當(dāng)q-V^時(shí)為最佳值；n為組成多焦距漫反射聚光鏡3環(huán)面的個(gè)數(shù)，i取值從1至n，一般情況取到10即可滿足要求；(x。，y。)、1。、Al、及A9取值根據(jù)儀器實(shí)際尺寸確定，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求初步確定多焦距漫反射聚光鏡3的直徑、光電探測(cè)器2直徑，及二者在z軸方向距離，然后再確定具體設(shè)計(jì)參數(shù)l及9。在確定以上環(huán)面的剖面線確定后，將此曲線繞z軸旋轉(zhuǎn)一周所得的凹面即為多焦距漫反射聚光鏡3的內(nèi)表面。多焦距漫反射聚光鏡3可實(shí)現(xiàn)對(duì)一定距離的檢測(cè)物料4表面的光收集，并且投射到探測(cè)器的光信號(hào)強(qiáng)度受距離的影響較小，對(duì)光電探測(cè)器2的光電轉(zhuǎn)換及為有利。下面以具體實(shí)例予以說(shuō)明，漫反射聚光鏡直徑100mm，距離光電探測(cè)器40mm，即(x。，y。)為(50,40)，10為300mm，A1為200mm，Ae為36.34°，n為10，q為V^，具體參數(shù)見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0028]將多焦距漫反射聚光鏡置換成凹球面反光鏡，焦距46.7±0.5mm，直徑100mm，像距50mm，1為光電探測(cè)器2與被測(cè)物料4表面的距離，其余情況相同條件下進(jìn)行測(cè)試。下面是試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0030]多焦距漫反射聚光鏡3光信號(hào)的最大值在距離光電探測(cè)器2的300mm處，最小值在距離光電探測(cè)器2的500mm處，光信號(hào)的最大值與最小值之比小于2。基于相似情況下球面聚光鏡的儀器，光信號(hào)的最大值與最小值之比大于io，相比之下多焦距漫反射聚光鏡3的應(yīng)用對(duì)光電探測(cè)器2的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換極為有利，整機(jī)儀器的檢測(cè)精度也大為提高。權(quán)利要求一種置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實(shí)時(shí)分析儀器，包括光源、光電探測(cè)器，其特征是在在線式實(shí)時(shí)分析儀器中光電探測(cè)器上方安裝一種多焦距漫反射聚光鏡，多焦距漫反射聚光鏡是由多個(gè)同軸表面連續(xù)但曲率不連續(xù)的環(huán)面組成；多焦距漫反射聚光鏡的每個(gè)環(huán)面的焦距都不同，環(huán)面的大小由漫反射的立體角按余弦積分等比分配決定。專利摘要一種置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實(shí)時(shí)分析儀器，在在線式實(shí)時(shí)分析儀器中安裝一種多焦距漫反射聚光鏡，多焦距漫反射聚光鏡是由多個(gè)同軸表面連續(xù)但曲率不連續(xù)的環(huán)面組成。經(jīng)由多焦距漫反射聚光鏡匯聚的光投射在光電探測(cè)器上的光強(qiáng)變化范圍較小，光信號(hào)的最大值與最小值之比小于2，而已有的球面聚光鏡的儀器光信號(hào)的比值大于10。在動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中漫反射聚光鏡收集漫反射光時(shí)，可以有效解決光強(qiáng)大范圍變化對(duì)光電探測(cè)器能量非線性在計(jì)算中的影響問(wèn)題。本實(shí)用新型的多焦距漫反射聚光鏡的每個(gè)環(huán)面都是同軸回轉(zhuǎn)面，易于加工，制造成本低，即適合單件試驗(yàn)生產(chǎn)，也可批量化模具鑄造。整機(jī)結(jié)構(gòu)裝配簡(jiǎn)單，有效降低整機(jī)復(fù)雜系數(shù)。文檔編號(hào)G01N21/01GK201527399SQ20092020384公開日2010年7月14日申請(qǐng)日期2009年10月10日優(yōu)先權(quán)日2009年10月10日發(fā)明者佟超,劉小玲,劉輝,尹德有,張堯東,張建,李明東,李輝,許洋,趙龍,龔亞林申請(qǐng)人:丹東東方測(cè)控技術(shù)有限公司