一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開的一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，包括LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡、折射棱鏡、標準反射球、探測窗，以及樣品探測器、參考探測器、電路板；其中LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡及折射棱鏡處于同一直線光路，半透半反鏡將光路分為水平光路和垂直光路：折射棱鏡將水平光路折射至探測窗，直接照射樣品，形成樣品通道，之后由樣品探測器對樣品通道的漫反射信號進行采集；同時垂直光路直接到達標準反射球，形成參考通道，之后參考探測器對參考通道的漫反射信號進行采集；樣品探測器、參考探測器將采集的漫反射信號傳輸至電路板。本發明專利技術的檢測裝置及方法，具有檢測速度快、檢測精度高的特點。

Portable near infrared detection device and method based on spherical diffuse reflection

The invention discloses a portable device for spherical diffuse near infrared detection based on LED, including the light source, a collimating lens, a narrow band filter, half mirror, prism, standard reflection ball, the detection window, and sample detector, reference detector, circuit board; the LED light source, a collimating lens, a narrow band filter, half transparent mirror and prism in the same line of optical path, semi transparent light path is divided into horizontal and vertical optical path of optical mirror: the level of optical refractive prism refracted to the detection window, directly irradiates the sample, the sample forms the channel by diffuse reflection signal on the sample sample detector of channel at the same time acquisition; the vertical optical path directly to the standard sphere of reflection, forming a reference channel, after acquiring a reference signal to the diffuse reflection reference channel detector; reference detector, sample detection The device transfers the collected diffuse signal to the circuit board. The detecting device and the method of the invention have the characteristics of fast detection speed and high detection accuracy.

【技術實現步驟摘要】
一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置及方法
本專利技術涉及近紅外光譜檢測領域，特別涉及一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置及方法。
技術介紹
近紅外(NIR)光譜檢測技術是近年來發展較為迅速的一種高新分析測試技術,與傳統分析技術相比，近紅外光譜分析儀具有無損檢測、分析效率高、分析速度快、分析成本低、重現性好等獨特優勢。近紅外分析主要是利用被測物對固定波長近紅外光的吸收特性來進行各種物質含量的分析。目前的近紅外光譜分析儀從使用環境上分析，主要有兩種，一種是用于實驗室或檢測室內的臺式機，其特點是檢測精度較高，但體積較大，重量較重，不利于攜帶；另外一種是便攜式近紅外光譜檢測裝置，其特點是小巧便攜，但檢測精度不高。為此，尋求一種檢測精度高，且便于攜帶的近紅外光譜檢測裝置具有重要研究價值。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置。本專利技術的另一目的在于提供一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測方法。本專利技術的目的通過以下的技術方案實現：一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，包括LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡、折射棱鏡、標準反射球、探測窗，以及樣品探測器、參考探測器，還包括分別與樣品探測器、參考探測器相連的電路板；其中LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡及折射棱鏡處于同一直線光路，半透半反鏡將光路分為水平光路和垂直光路：折射棱鏡將水平光路折射至探測窗，直接照射樣品，形成樣品通道，之后由樣品探測器對樣品通道的漫反射信號進行采集；同時垂直光路直接到達標準反射球，形成參考通道，之后參考探測器對參考通道的漫反射信號進行采集；樣品探測器、參考探測器將采集的漫反射信號傳輸至電路板進行處理。所述LED光源位于基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置最左側，水平方向上向右依次設置準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡；LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡均位于主光路中，其中半透半反鏡平面向左偏下45°角放置，準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡分別豎直放置。所述半透半反鏡右側為樣品通道，折射棱鏡位于樣品通道拐角處，折射棱鏡豎直安裝，折射棱鏡將水平光線折射至設置在右偏下63°處的探測窗；探測窗水平位置左側垂直放置樣品探測器，樣品探測器朝向探測窗。所述半透半反鏡下方為參考通道，半透半反鏡反射的垂直光線直接照射在半透半反鏡正下方的標準反射球上，在標準反射球右側豎直安裝參考探測器，探測器垂直朝向標準反射球球心。所述樣品探測器與參考探測器背向對稱安裝。這樣設置能夠方便電路及檢測信號的統一輸出與屏蔽。所述標準反射球、探測窗、樣品探測器、參考探測器處于同一水平線，共同組成中心組件；所述LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡、折射棱鏡，共同組成環繞組件；所述環繞組件有N個，N個環繞組件以中心組件所在水平線為中心軸，進行圓形陣列排列，N個環繞組件共用一個中心組件。每一路均為不同波長的LED光源及不同中心波長的窄帶濾光片，以陣列的方式實現非機械轉動條件下的多波段不同波長的檢測。同時未設置機械轉動部分，在仍然采用同一標準反射板的情況下，進行多波段不同波長的多通道檢測，大大提高重復檢測精度。本專利技術的另一目的通過以下的技術方案實現：一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測方法，包含以下步驟：(1)在待機狀態，LED光源發光后，光線通過準直透鏡和濾光片后，變為檢測需要的固定波長的平行光，之后光路通過半透半反鏡分為兩路，一路光透過半透半反鏡進入樣品通道之后經折射棱鏡的折射通過檢測窗照射標準樣品，樣品探測器采集樣品通道信號并記錄；另一路光被半透半反鏡反射進入參考通道直接照射到標準反射球上，參考探測器進行參考通道信號的采集和記錄，樣品通道和參考通道的數據記錄為初始采樣值；(2)將探測窗的窗口對準需要檢測的樣品，并使樣品覆蓋探測窗，運行步驟(1)采集樣品通道和參考通道的采樣值；(3)此時樣品通道光線照射到檢測樣品表面后發生了吸收現象，之后參考探測器和樣品探測器再次分別記錄參考通道、樣品通道的采樣值；(4)然后對比前后兩次樣品探測器的采樣值，計算出樣品的吸光度值，之后對比前后兩次參考探測器的采樣值，計算出前后兩次檢測的偏差，并將該偏差帶入之前計算出的吸光度值，對其進行矯正，最后通過矯正后的吸光度值計算出樣品內物質的含量。需要特別說明的是，本專利技術所述一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置中的電路板對于樣品通道的漫反射信號、參考通道的漫反射信號采用常規的處理方式(即與本專利技術所述一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測方法的電路板的數據處理方式不一樣)，也同樣能夠滿足要求，也就是說本專利技術所述一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置最重要的專利技術點不在于軟件的數據處理上，而在于硬件結構的雙光路的設計上，雙光路的設計比以前的単光路設計的優勢(除了有益效果所列出的)在于：參考通道、樣品通道共用同一時間的同一個LED光源，減少了變量，而增加了定量，對于提升檢測精度有非常重要的意義。本專利技術與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：1、本專利技術利用雙光路通道提高信噪比的原理，將原來便攜式近紅外光譜檢測裝置檢測精度低的問題進行了改進，并通過內置光路以及外殼全封閉式的設計，使檢測裝置在復雜環境下仍然能夠保證檢測效果，盡可能的減小使濕度等外部因素對檢測結果的影響。2、本專利技術將原本單通道的檢測方式，改為了雙通道檢測，通過對比參考通道來對樣品檢測的結果進行矯正，提升了整機的信噪比，提高了檢測精度。3、本專利技術封閉式光路設計，減少了外部濕度、雜散光的因素對檢測結果的影響，提高檢測精度。4、本專利技術雙光路體積較之前大幅減小，有利于設備的便攜性和附件匹配，提高通用性。附圖說明圖1為本專利技術所述一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置的結構示意圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。如圖1，一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，包括LED光源3、準直透鏡4、窄帶濾光片5、半透半反鏡6、折射棱鏡7、標準反射球2、探測窗10，以及樣品探測器9、參考探測器8，還包括分別與樣品探測器9、參考探測器8相連的電路板1；其中LED光源3、準直透鏡4、窄帶濾光片5、半透半反鏡6及折射棱鏡7處于同一直線光路，半透半反鏡6將光路分為水平光路和垂直光路：折射棱鏡7將水平光路折射至探測窗10，直接照射樣品，形成樣品通道，之后由樣品探測器9對樣品通道的漫反射信號進行采集；同時垂直光路直接到達標準反射球2，形成參考通道，之后參考探測器8對參考通道的漫反射信號進行采集；樣品探測器9、參考探測器8將采集的漫反射信號傳輸至電路板1進行處理。所述LED光源位于基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置最左側，水平方向上向右依次設置準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡；LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡均位于主光路中，其中半透半反鏡平面向左偏下45°角放置，準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡分別豎直放置。所述半透半反鏡右側為樣品通道，折射棱鏡位于樣品通道拐角處，折射棱鏡豎直安裝，折射棱鏡將水平光線折射至設置在右偏下63°處的探測窗；探測窗水平位置左側垂直放置樣品探測器，樣品探測器朝向探測窗。所述半透半反鏡下方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，其特征在于：包括LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡、折射棱鏡、標準反射球、探測窗，以及樣品探測器、參考探測器，還包括分別與樣品探測器、參考探測器相連的電路板；其中LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡及折射棱鏡處于同一直線光路，半透半反鏡將光路分為水平光路和垂直光路：折射棱鏡將水平光路折射至探測窗，直接照射樣品，形成樣品通道，之后由樣品探測器對樣品通道的漫反射信號進行采集；同時垂直光路直接到達標準反射球，形成參考通道，之后參考探測器對參考通道的漫反射信號進行采集；樣品探測器、參考探測器將采集的漫反射信號傳輸至電路板進行處理。

【技術特征摘要】
1.一種基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，其特征在于：包括LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡、折射棱鏡、標準反射球、探測窗，以及樣品探測器、參考探測器，還包括分別與樣品探測器、參考探測器相連的電路板；其中LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡及折射棱鏡處于同一直線光路，半透半反鏡將光路分為水平光路和垂直光路：折射棱鏡將水平光路折射至探測窗，直接照射樣品，形成樣品通道，之后由樣品探測器對樣品通道的漫反射信號進行采集；同時垂直光路直接到達標準反射球，形成參考通道，之后參考探測器對參考通道的漫反射信號進行采集；樣品探測器、參考探測器將采集的漫反射信號傳輸至電路板進行處理。2.根據權利要求1所述基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，其特征在于：所述LED光源位于基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置最左側，水平方向上向右依次設置準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡；LED光源、準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡均位于主光路中，其中半透半反鏡平面向左偏下45°角放置，準直透鏡、窄帶濾光片、半透半反鏡分別豎直放置。3.根據權利要求1所述基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，其特征在于：所述半透半反鏡右側為樣品通道，折射棱鏡位于樣品通道拐角處，折射棱鏡豎直安裝，折射棱鏡將水平光線折射至設置在右偏下63°處的探測窗；探測窗水平位置左側垂直放置樣品探測器，樣品探測器朝向探測窗。4.根據權利要求1所述基于球面漫反射的便攜式近紅外檢測裝置，其特征在于：所述半透半反鏡下方為參考通道，半透半反鏡反射的垂直光線直接照射在半透半反鏡正下方的標準反射球上，在標準反射球右側豎直安裝參考探測器，探測...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高燕祥，魏藝，李志堅，
申請(專利權)人：廣東星創眾譜儀器有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44