便攜式近紅外分析儀的制作方法
【專利摘要】便攜式近紅外分析儀，涉及糧食、食品成分及含量分析領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有采用鹵素燈單探測器系統(tǒng)的近紅外分析儀器存在的結(jié)構(gòu)脆弱、穩(wěn)定性差的問題，其包括上位機，與上位機電連接的控制器，分別與控制器電連接的LED光源組、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在LED光源組后端用于接收LED光源組的窄波段光的分光鏡，與放大器電連接用于接收分光鏡的反射光的第一探測器，設(shè)置在分光鏡后端用于接收分光鏡的透射光的樣品盤，靠近樣品盤設(shè)置與放大器電連接的第二探測器，放大器與A/D轉(zhuǎn)換器電連接。采用窄波段的LED光源組，降低了對后續(xù)單色光路系統(tǒng)的要求，結(jié)構(gòu)輕便、體積小且功耗小，通過實時對比光譜數(shù)據(jù)，同步消除測量誤差，測量結(jié)果準確。
【專利說明】便攜式近紅外分析儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及糧食、食品成分及含量分析【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種便攜式近紅外分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在測量谷物成分及含量時，通常采用物理方法或化學方法進行檢測，這兩種方法都需要破壞樣本，且容易造成環(huán)境污染，為彌補這一缺陷，國內(nèi)外已經(jīng)相繼開發(fā)出了許多檢測儀器，如遠紅外、中紅外、近紅外光譜檢測儀等，通過監(jiān)測紅外光照射下樣本粒子產(chǎn)生的振動光譜，分析確定谷物成分及含量，具有不破壞樣品，不用試劑，不污染環(huán)境，便于操作等特點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品檢測領(lǐng)域。
[0003]目前近紅外分析儀器大多采用鹵素燈單探測器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)脆弱，不適宜頻繁搬運及顛簸，且使用前需經(jīng)過長時間預(yù)熱才能達到穩(wěn)定性要求，不能滿足測量谷物成分及含量的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有采用鹵素燈單探測器系統(tǒng)的近紅外分析儀器存在的結(jié)構(gòu)脆弱、穩(wěn)定性差的問題，本發(fā)明提供一種便攜式近紅外分析儀。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]便攜式近紅外分析儀，包括:
[0007]上位機，與上位機電連接的控制器，分別與控制器電連接的LED光源組、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在LED光源組后端并用于接收LED光源組的窄波段光的分光鏡，與放大器電連接并用于接收分光鏡的反射光的第一探測器，設(shè)置在分光鏡后端并用于接收分光鏡的透射光的樣品盤，靠近樣品盤設(shè)置并與放大器電連接的第二探測器，所述放大器與A/D轉(zhuǎn)換器電連接；
[0008]所述控制器按照上位機的光源開啟指令開啟LED光源組中的一個LED燈，該LED燈的窄波段光被分光鏡分解成反射光和透射光，第一探測器將接收到的反射光信號轉(zhuǎn)換為弱電信號傳遞給放大器，再經(jīng)過放大器的運算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給控制器，通過上位機讀取數(shù)據(jù)；透射光對樣品盤中的樣品進行透射，第二探測器全面接收攜帶樣品信息的光譜弱信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過放大器的運算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給控制器，通過上位機讀取數(shù)據(jù)；每開啟一個LED燈測量一次并得到相應(yīng)的兩個光譜數(shù)據(jù)，依次開啟LED光源組中的所有LED燈進行測量并得到相應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)，利用上位機中的光譜處理分析軟件對讀取到的所有光譜數(shù)據(jù)進行對比分析實現(xiàn)樣品的定量分析。
[0009]所述LED光源組采用四個中心波長分別為930nm、950nm、970nm、990nm的LED燈并聯(lián)。
[0010]所述第一探測器和第二探測器均采用硅探測器。[0011 ] 所述放大器采用MCP6S22芯片。
[0012]所述A/D轉(zhuǎn)換器采用ADSl 118芯片。
[0013]所述控制器采用STM32F103ZET6芯片，控制器接收上位機的控制指令對光譜數(shù)據(jù)進行采集、對比及測量。
[0014]該便攜式近紅外分析儀還包括分別與所述樣品盤和控制器電連接的電機，所述控制器接收上位機的電機啟動指令啟動電機，電機在控制器的實時調(diào)控下精確運行，同時帶動樣品盤勻速轉(zhuǎn)動。
[0015]所述電機采用35BYGH28步進電機。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]1、本發(fā)明采用LED光源組作為光源，LED燈光譜波段范圍較窄，發(fā)出的光為窄波段光，對后續(xù)單色光路系統(tǒng)的要求大大降低，極大精簡了儀器的結(jié)構(gòu)和體積，結(jié)構(gòu)輕便且功耗小;
[0018]2、本發(fā)明采用雙光路探測系統(tǒng)，通過實時對比通過上位機采集的兩路光譜數(shù)據(jù)，可以同步消除由于測量環(huán)境、條件及溫度等客觀條件變化所引起的測量誤差，同時省去了預(yù)測量階段的基線測量及背景光譜校正步驟，使測量過程具有更高的實時性和便利性，進而得到更為準確的測量結(jié)果；
[0019]3、本發(fā)明通過控制器實時監(jiān)測，并接收上位機的控制指令，有效避免了誤動作問題；
[0020]4、本發(fā)明的分析儀是一臺智能化高精密分析儀器，可同時定量定性分析多種成分，透射深度大，可通過玻璃或石英等介質(zhì)而不易被吸收等特點，尤其對谷物糧油等關(guān)系民生的重點行業(yè)提供了堅實可靠的檢測支持。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的便攜式近紅外分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的便攜式近紅外分析儀，由LED光源組、分光鏡、第一探測器、樣品盤、電機、第二探測器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、控制器和上位機組成，上位機與控制器通過電纜線相連，控制器分別與LED光源組、電機、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器通過電纜線相連，電機與樣品盤通過電纜線相連，第一探測器和第二探測器均與放大器通過電纜線相連，放大器與A/D轉(zhuǎn)換器通過電纜線相連，分光鏡放置在LED光源組和樣品盤之間的位置，分光鏡用于將LED光源組的窄波段光分解成反射光和入射光，第一探測器用于接收來自分光鏡的反射光，樣品盤用于接收來自分光鏡的透射光，第二探測器靠近樣品盤設(shè)置，第二探測器用于接收來自樣品盤的攜帶樣品信息的光譜弱信號。
[0024]本實施方式中，LED光源組采用四個LED燈并聯(lián)，LED光源組的中心波段范圍為930nm?990nm，四個LED燈的型號各不相同，它們的中心波長分別為930nm，950nm，970nm，990nm，這四個LED燈發(fā)出的光均為窄波段光。
[0025]本發(fā)明采用LED光源組可以通過后續(xù)單色光路系統(tǒng)濾光后得出光譜數(shù)據(jù)，LED光源組具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低等特點，適用于便攜式設(shè)計。
[0026]本實施方式中，第一探測器和第二探測器均采用硅探測器，具有價格便宜、體積小、信噪比高及熱影響小等特點。
[0027]本實施方式中，放大器采用MCP6S22芯片，具有雙路可切換及增益程控的特性，放大器與控制器通過電纜線相連，控制器接收上位機的控制指令控制放大器進行電信號的運算放大，同時調(diào)控放大器的放大倍數(shù)。
[0028]本實施方式中，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADSl118芯片，具有小型、低耗及位數(shù)高等特點。
[0029]本實施方式中，電機采用35BYGH28步進電機，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、運行精確等特點。
[0030]本實施方式中，控制器是一種微型小系統(tǒng)計算機控制模塊，即微控芯片，具體采用STM32F103ZET6芯片，光譜數(shù)據(jù)的采集、對比、測量及分析儀的動作控制都通過上位機控制控制器來實現(xiàn)。
[0031]本發(fā)明的便攜式近紅外分析儀的工作過程如下:
[0032]上位機向控制器發(fā)送光源開啟指令，控制器按照接收到的光源開啟指令開啟LED光源組中的LED燈，每次只開啟一個LED燈進行一次測量并得到一組兩個光譜數(shù)據(jù)，四個LED燈分別照射一次之后為一次完整的測量，再通過上位機中的光譜處理分析軟件對讀取到的八個數(shù)據(jù)進行分析處理；首先開啟中心波長為930nm的LED燈，該LED燈發(fā)出窄波段光入射至分光鏡上，分光鏡將窄波段光分解成反射光和透射光，反射光通過第一探測器接收，第一探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為弱電信號傳遞給放大器，控制器接收上位機的控制指令控制放大器進行電信號的運算放大，同時調(diào)控放大器的放大倍數(shù)，弱電信號經(jīng)過放大器的運算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給控制器，通過上位機讀取數(shù)據(jù)Al ;透射光入射至樣品盤上，第二探測器靠近樣品盤放置，第二探測器全面接收近紅外光對樣品進行透射后攜帶樣品信息的光譜弱信號，第二探測器將接收到的光譜弱信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，電信號?jīng)過放大器的運算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給控制器，通過上位機讀取數(shù)據(jù)BI ;然后按照上述過程依次開啟中心波長為950nm，970nm，990nm的LED燈進行測量，得到的三組光譜數(shù)據(jù)分別為A2和B2，A3和B3，A4和B4 ;最后利用上位機中的光譜處理分析軟件對讀取到的四組八個光譜數(shù)據(jù)即數(shù)據(jù)Al和BI，A2和B2，A3和B3，A4和B4進行對比分析實現(xiàn)樣品的定量分析和檢測。
[0033]本發(fā)明的便攜式近紅外分析儀在測量的過程中，上位機向控制器發(fā)送電機啟動指令，控制器按照接收到的電機啟動指令啟動電機，電機帶動樣品盤勻速轉(zhuǎn)動，使得樣品盤中的樣品由于顆粒大小、形狀和分布不同而產(chǎn)生的光譜吸收差異通過多次測量而消除，得到更為準確的光譜數(shù)據(jù)測量結(jié)果，在整個測量過程中，電機在控制器的實時調(diào)控下精確運行。
[0034]本發(fā)明的便攜式近紅外分析儀在測量的過程中，對特定的樣品體系，近紅外光譜特征峰的差別并不明顯，需要通過光譜的處理減少以消除各方面因素對光譜信息的干擾，再從差別甚微的光譜信息中提取樣品的定量信息。
【權(quán)利要求】
1.便攜式近紅外分析儀，其特征在于，包括: 上位機，與上位機電連接的控制器，分別與控制器電連接的LED光源組、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在LED光源組后端并用于接收LED光源組的窄波段光的分光鏡，與放大器電連接并用于接收分光鏡的反射光的第一探測器，設(shè)置在分光鏡后端并用于接收分光鏡的透射光的樣品盤，靠近樣品盤設(shè)置并與放大器電連接的第二探測器，所述放大器與A/D轉(zhuǎn)換器電連接； 所述控制器按照上位機的光源開啟指令開啟LED光源組中的一個LED燈，該LED燈的窄波段光被分光鏡分解成反射光和透射光，第一探測器將接收到的反射光信號轉(zhuǎn)換為弱電信號傳遞給放大器，再經(jīng)過放大器的運算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給控制器，通過上位機讀取數(shù)據(jù)；透射光對樣品盤中的樣品進行透射，第二探測器全面接收攜帶樣品信息的光譜弱信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過放大器的運算放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給控制器，通過上位機讀取數(shù)據(jù)；每開啟一個LED燈測量一次并得到相應(yīng)的兩個光譜數(shù)據(jù)，依次開啟LED光源組中的所有LED燈進行測量并得到相應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)，利用上位機中的光譜處理分析軟件對讀取到的所有光譜數(shù)據(jù)進行對比分析實現(xiàn)樣品的定量分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述LED光源組采用四個中心波長分別為930nm、950nm、970nm、990nm的LED燈并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述第一探測器和第二探測器均采用硅探測器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述放大器采用MCP6S22-H-* I I心/T O
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換器采用ADSl118 芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述控制器采用STM32F103ZET6芯片，控制器接收上位機的控制指令對光譜數(shù)據(jù)進行采集、對比及測量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，還包括分別與所述樣品盤和控制器電連接的電機，所述控制器接收上位機的電機啟動指令啟動電機，電機在控制器的實時調(diào)控下精確運行，同時帶動樣品盤勻速轉(zhuǎn)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式近紅外分析儀，其特征在于，所述電機采用35BYGH28步進電機。
【文檔編號】G01N21/359GK103528988SQ201310498425
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】林新光, 樸仁官 申請人:長春長光思博光譜技術(shù)有限公司