陣列式半導體激光器近紅外光譜分析儀制造技術

本實用新型專利技術公開了陣列式半導體激光器近紅外光譜分析儀，屬于近紅外無損檢測技術領域。該儀器包括光源半導體激光器、積分球、樣品杯、微處理器、鍵盤輸入與結果顯示裝置，計算機數據處理單元；所述的半導體激光器通過光纖與積分球連接，半導體激光器的光通過光纖進入積分球；所述的積分球包括集成于積分球壁上的光入射孔、探測器口和樣品杯入口，樣品杯由樣品杯入口與積分球連接；鍵盤輸入與結果顯示裝置置于儀器的外殼上，與微處理器相連。計算機數據處理單元通過USB接口與微處理器相連；積分球的外圓周上的探測器口上設探測器，探測器測出的光信號變化通過前置放大電路與微處理器相連。本實用新型專利技術可以實現對多種不同成分進行快速檢測。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于近紅外無損檢測
，涉及一種新型陣列式半導體激光器近紅外光譜分析儀。
技術介紹
近紅外光譜分析作為一種快速高效的分析方法，可以對包括從氣體到透明或混濁的液體、從勻漿到粉末、從固體材料到生物組織等各種樣品進行快速、精確的定量或定性分析。近紅外光譜分析(NIR)是近十年來發展最為迅速的高新分析技術之一，它樣品用量少且不破壞樣品，無需對樣品進行化學處理，并可在廣2分鐘的極短時間內對樣品中的多種成分同時進行定量分析，具有成本低，速度快，精度高，無污染，便于實時、在線分析和控制等優點。近紅外檢測技術在農業、石化、制藥、食品等領域都得到很好應用，并取得極好的社會和經濟效益。如農產品中的谷物產品檢驗、奶制品的成分檢測；制藥工業中成品的檢測以及制備過程中各個階段半成品的在線監控。在藥物檢驗中，近紅外光譜分析技術已是一項大量推廣的藥物真偽的判別手段。近紅外光譜分析技術在中藥原材料的品質判別以及制劑中的有效成分分析方面也有應用。我國盛產茶葉，用近紅外光譜分析技術快速研究茶葉等級以及茶制品過程的在線檢測都已有報道。近年來，近紅外光譜分析在石化領域中已得到廣泛應用，并逐漸應用到在線過程分析。傳統的近紅外光譜分析儀種類很多，可以分為固定波長型和掃描型，固定波長型又分為濾光片型與LED型，濾光片型近紅外光譜分析儀采用若干片干涉濾光片對光源發射出的光進行分光，測量時根據需要的波長轉動片輪選擇合適的一個濾光片光路，儀器體積大不方便攜帶，這種分析儀的單色光的譜帶較寬，波長分辨率差，功耗大，有效光功率小，壽命短。發光二極管(LED)型近紅外光譜分析儀是采用LED作為光源，用不同的發光二極管產生不同的波長，該類近紅外分析儀的光譜半寬過大達到30nm以上，滿足不了對于精確的特定波長的選擇要求，此外有些儀器上還是會采用LED加濾光片的方式，同樣會出現有效光功率過小的情況，影響測量精度和準確性。掃描型又分為光柵型、傅里葉型、聲光可調濾光器型(A0TF型)和多通道型。光柵型近紅外分析儀采用的是光柵分光，因此狹縫的限制使其分辨率和靈敏度較低，且對光路要求嚴格，外界光強會影響測試結果，掃描速度慢。傅里葉型近紅外分析儀因帶有移動部件，在掃描過程中會發生晃動和偏轉，造成干涉信號的不穩定，靈敏度下降。聲光可調濾光器型(A0TF型)近紅外分析儀使用交變電場控制晶體的排列實現對復合光的分光，分光的譜帶較寬，分辨率較低，且自然界的雜光會有影響。多通道型近紅外分析儀的原理為光源發出的光經過樣品后聚焦到固定光柵上，經全息光柵色散后的光由多通道檢測器同時檢測。其缺點是動態范圍有限，且對溫度敏感。20世紀70年代初實現了半導體激光器的室溫、連續激射后，開創了半導體激光器發展的新時期。目前它已經是光纖通訊、光纖傳感、光盤記錄存儲、光互連、激光打印和印刷、激光分子光譜學以及固體激光器泵浦中不可替代的重要光源，此外，在光學測量、機器人與自動控制、醫療、原子和分子物理的基礎研究等方面也有廣泛應用。它已經是需要高效單色光源的光電子器件中不可缺少的光學器件。半導體激光器(LD)的工作原理是，利用半導體物質(既利用電子)在能帶間躍遷發光，用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋、產生光的輻射放大，輸出激光。與其他種類的激光器相比，半導體激光器具有十分突出的優點，除了體積小、重量輕、轉換效率高、省電等優點外，半導體激光器的激射頻率可在較寬的范圍內調諧，激射功率和頻率可以方便、高效地進行直接調制，且調制范圍大。且LD光譜與LED光譜相比較其半寬小于2nm，邊膜抑制比大于30dB，有效光功率高等。
技術實現思路
為了克服傳統的近紅外光譜分析儀所存在的局限性，提供了陣列式半導體激光器近紅外光譜分析儀。 陣列式半導體激光器近紅外光譜分析儀，該儀器包括光源半導體激光器、積分球、樣品杯、微處理器、鍵盤輸入與結果顯示裝置，計算機數據處理單元；所述的半導體激光器通過光纖與積分球連接，半導體激光器的光通過光纖進入積分球；所述的積分球包括集成于積分球壁上的光入射孔、探測器口和樣品杯入口，樣品杯由樣品杯入口與積分球連接；鍵盤輸入與結果顯示裝置置于儀器的外殼上，與微處理器相連。計算機數據處理單元通過USB接口與微處理器相連；積分球的外圓周上的探測器口上設探測器，探測器測出的光信號變化通過前置放大電路與微處理器相連。其中所述的半導體激光器(LD)為陣列式半導體激光器，首先將不同半導體激光器(LD)陣列式排列，并由光纖將光傳出，然后對多束光纖通過I禹合器進行外I禹合,并由一根光纖輸出，通過積分球的光入射孔，對樣品池中樣品進行照射。可以根據用戶的需要選擇不同的LD波段進行封裝，以滿足不同的需求，此外可以在已封裝的LD中根據需要選擇一個組合進行點亮來測量不同的樣品成分。其中所述的積分球的樣品杯入口有用來使樣品杯固定的凹槽與定位銷；光通過光入射孔進入積分球，樣品杯由樣品杯入口置入積分球，并旋轉樣品杯直至定位銷進入法蘭圈凹槽，將其位置固定。光照射在樣品杯上，在積分球內壁和樣品表面不斷發生反射，樣品杯中樣品對光進行充分吸收，探測器孔中放入探測器將攜帶樣品信息的光信號轉換成電信號并傳到微處理器。其中所述的樣品杯采用低羥基石英玻璃制作，形狀采用圓柱形，下端加底，并采用法蘭圈來固定插入積分球的深度，法蘭圈上有凹槽用于檢測時使積分球上的定位銷置入以便更精確的定位；樣品杯由積分球樣品室入口垂直放入到積分球內部，實現樣品對近紅外光的體吸收，根據樣品的結構特點對應不同直徑的樣品室規格和測量模型參數。采用本技術所提供的近紅外光譜分析儀，由于光源由多個半導體激光器陣列式排列，在對光譜進行采集時可選用不同的半導體激光器進行組合點亮，從而可以對多種不同成分進行檢測。本技術采用積分球漫反射方式對攜帶樣品信息的光信號進行搜集并傳到微處理器進行處理。附圖說明圖I是本技術所提供的陣列式半導體激光器(LD)近紅外分析儀的結構圖；圖2是本技術所提供的光源與光譜采集單元連接示意圖；圖3是本技術所提供的積分球剖面示意圖與樣品杯結構示意圖；圖4是本技術所提供的樣品杯結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術作進一步說明。圖I是本技術所提供的陣列式半導體激光器(LD)近紅外光譜分析儀的組成結構不意圖，該儀器包括光源半導體激光器10、積分球20、樣品杯30、微處理器50、鍵盤輸入與結果顯示裝置60，計算機數據處理單元70 ;所述的半導體激光器10通過光纖13與積分球20連接，半導體激光器10的光通過光纖13進入積分球20 ;所述的積分球20包括集成·于積分球壁上的光入射孔21、探測器口 25和樣品杯入口 22，樣品杯30由樣品杯入口 22與積分球20連接；鍵盤輸入與結果顯示裝置60置于儀器的外殼90上，與微處理器50相連。計算機數據處理單元70通過USB接口 71與微處理器50相連；積分球20的外圓周上的探測器口 25上設探測器40，探測器測出的光信號變化通過前置放大電路與微處理器相連。如圖2所示，其中所述的半導體激光器(LD) 10為陣列式半導體激光器，首先將不同半導體激光器(LD)陣列式排列，并由光纖12將光傳出，然后對多束光纖12通過耦合器11進行外I禹合，并本文檔來自技高網...

【技術保護點】
陣列式半導體激光器近紅外光譜分析儀，其特征在于包括光源半導體激光器、積分球、樣品杯、微處理器、鍵盤輸入與結果顯示裝置，計算機數據處理單元；所述的半導體激光器通過光纖與積分球連接，半導體激光器的光通過光纖進入積分球；所述的積分球包括集成于積分球壁上的光入射孔、探測器口和樣品杯入口，樣品杯由樣品杯入口與積分球連接；鍵盤輸入與結果顯示裝置置于儀器的外殼上，與微處理器相連；計算機數據處理單元通過USB接口與微處理器相連；積分球的外圓周上的探測器口上設探測器，探測器測出的光信號變化通過前置放大電路與微處理器相連。2？根據權利要求1所述的陣列式半導體激光器近紅外光譜分析儀，其特征在于其中所述的積分球的樣品杯入口有用來使樣品杯固定的凹槽與定位銷；光通過光入射孔進入積分球，樣品杯由樣品杯入口置入積分球，并旋轉樣品杯直至定位銷進入法蘭圈凹槽，將其位置固定；光照射在樣品杯上，在積分球內壁和樣品表面不斷發生反射，樣品杯中樣品對光進行充分吸收，探測器孔中放入探測器將攜帶樣品信息的光信號轉換成電信號并傳到微處理器。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳斌，陸道禮，胡靜芳，朱文靜，詹敦平，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：實用新型
國別省市：