红外激光多物质水分测量仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种红外激光多物质水分测量仪，包括测量仪主机、光采集球和红外激光光源，测量仪主机上设置有液晶屏、4*4键盘、红外激光光源控制端口、信号输入端口和USB通信端口；测量仪主机内具有微处理器芯片，信号采集与放大、信号调理、A/D转换、开关控制、驱动和显示电路。本测量仪采用多种红外激光光源和高性能微处理器芯片，是一种结构简单、低成本的测量仪，能实现对多种物质的水分检测的功能，适合于食品质量、信息光学、生物学等课程的测量与教学实验。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种红外激光多物质水分测量仪，包括测量仪主机、光采集球和红外激光光源，测量仪主机上设置有液晶屏、4*4键盘、红外激光光源控制端口、信号输入端口和USB通信端口；测量仪主机内具有微处理器芯片，信号采集与放大、信号调理、A/D转换、开关控制、驱动和显示电路。本测量仪采用多种红外激光光源和高性能微处理器芯片，是一种结构简单、低成本的测量仪，能实现对多种物质的水分检测的功能，适合于食品质量、信息光学、生物学等课程的测量与教学实验。【专利说明】红外激光多物质水分测量仪
本技术涉及一种红外激光多物质水分测量仪，属于电子检测技术应用和实验应用的领域。
技术介绍
在食品、烟草、纺织、纸张等材料生产部门，水分是许多产品直接和间接的基本检验指标之一，各种物质水分的含量是这些物质在生产、运输、储存、交易和处理期间所需要了解的重要参数，常见水分测定的方法主要有:干燥法、电导法、电容法、微波法、近红外光线法等。 随着科学技术的飞速发展，红外光分析技术和近红外测量仪器的应用越来越普遍和广泛，它具有测量物质用量少、不破坏测量物质、无需对测量物质进行化学处理，并可快速进行测量分析等优点。但是这些红外光仪器大都是采用连续光谱的光源，通过各种分光装置将连续光谱分光后与待测物质发生相互作用，或是将与待测物质相互作用后的复合光再分光，存在着光路复杂、仪器的调试过程繁琐、价格昂贵等特点，难以大量推广和应用。 同时由于现有红外分析仪器价格贵，这样很多学生并没有亲自动手的机会，难以很好的理解红外光应用所采用的基本方法和技术。 半导体激光器是近年来发展快速的应用技术，它的优点是单色性好、体积小、耗电少、运转可靠和转换效率高。本技术采用红外半导体激光器作为发光光源，并通过光采集球，测量多种测量物质的对不同红外激光的反射值，从而得出多种物质的水分含量。测量仪器成本低、结构合理，满足教学和测量的要求。
技术实现思路
针对现有的测量和实验仪器的不足，本技术设计的红外激光多物质水分测量仪，是一种结构简单、低成本的红外光检测测量仪器，能完成对多种物质的水分的检测。它首先将红外激光光源产生的近红外波段的光照射到光采集球内测量盒中的测量物质上，并产生漫反射光，漫反射光经过光采集球收集后由光电传感的红外探测器接收，红外探测器接收到携带物质信息的光信号，产生微弱的电流信号，并将信号传输到测量仪主机后，经过放大电路将信号放大，并经信号调理，输入到A/D模块转换成数字电压信号并传输给微处理器进行计算处理，最后由液晶屏显示输出测量的光强和测量物质的水分结果。 本技术包括测量仪主机、光采集球和红外激光光源，测量仪主机上设置有液晶屏、4*4键盘、红外激光光源控制端口、信号输入端口和USB通信端口 ；测量仪主机内具有微处理器芯片，信号采集与放大、信号调理、A/D转换、开关控制、驱动和显示电路，用于完成信号的采集、计算处理和显示，其信号采集电路、放大电路、信号调理电路、A/D转换电路、微处理器、显示电路依次相连，其微处理器、开关控制电路、驱动电路、红外激光光源依次相连。 其光采集球包括球壳、底座、红外激光光源、红外探测器和测量盒，其测量盒置于光采集球球壳的正下方，测量盒上有螺纹，与球壳的上的螺纹相匹配，方便于更换测量物质，红外激光光源共有三个，有三种不同波长，置于球壳右上方与竖直方向偏离8°角的地方，红外探测器水平置于光采集球的球壳中线左方，其下方设置有一片阻光档板，以阻止红外反射光直接进入红外探测器。 本技术采用的微处理器是TI公司生产的MSP430F479。它是一款超低功耗的微处理器，它基于真正的正交16位RISCCPU内核，具有16个可单周期全寻址的16位寄存器，3个不同的时钟信号,6种工作模式,耗电电流很小，并可置于省电模式，以中断的方式唤醒，尽可能地降低功耗。MSP430F479具有强大的运算性能、片内包括有精密硬件乘法器、具有60KB的FLASH、2KB的RAM、16位的A/D转换器、高精度比较器等常用资源。通过片内的JTAG调试接口即可完成系统编码的调试，开发环境方便高效。 本技术的测量是依据物质中的水分子对特定波长的近红外线的强烈吸收的关系，本测量仪采用的红外反射法是利用被测物质表面反射的近红外光强来确定被测物品的水分含量。纯水的O-H键伸缩振动的一级倍频约在1440nm，二级倍频在960nm，还有两个合频分别位于1940nm和1220nm附近。所以本测量仪采用三种波长法，选取三种不同波长的红外激光光源，即一个被水强烈吸收的波长的测量波长1450nm波长的光源和两个被水吸收不太强的波长的参比波长1950nm和960nm的光源，经检测和计算这三个波长反射光的光强关系，从而得到准确的物质所含水分的比例值。三个红外激光光源发出不同波长的单色光，轮流工作，其工作方式和工作顺序通过波长选择按键来选择。 【专利附图】【附图说明】 图1是测量仪外观图，其中的I是液晶屏，2是4*4键盘，3是USB通信端口，4是红外激光光源控制端口，5是信号输入端口。 图2是光米集球不意图，其中的6是球壳，7是底座，8是红外激光光源，9是红外探测器，10是测量盒，11是光源控制线，12是信号线，13是阻光档板。 图3是系统电路原理图。 【具体实施方式】 结合附图，下面具体说明红外激光多物质水分测量仪的工作和实施情况。 本技术的光采集球采用扩散照明8°方向受光进行测量，光采集球将光经多次反射后，均匀地散射在采集球内部，使之成为一个理想均匀的光源，对红外光有近99 %的反射率，红外探测器水平置于光采集球球壳中线的左边，并在其下方设置有一片阻光挡板，避免了测量物质的光反射直接进入探测器。 本技术采用的光采集球的主要部分是一个中空的完整球壳，其正下部有装检测物质的测量盒，其光采集球壳的下面有底座。光采集球壳的内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀，使光源在经检测物质后在球壁反射的光是由多次反射光产生的光叠加而成的。 本技术的红外探测器，作为优选，选择在近红外区响应敏感的滨淞公司的G8372型InGaAs光电二极管，光谱响应范围为900nm-2100nm，响应速度快。 其光采集球上的信号线与测量仪主机上的信号输入端口相连，用于将采集信号传输给测量仪主机；其光采集球上的光源控制线与测量仪主机上的红外激光光源控制端口相连，用于通过测量仪主机控制红外激光光源的开和关。 本技术建立了奶粉、大米、面粉等多种测量物质的测量模型，并结合测量物质选择按键进行不同测量物质种类的选择。 实际实验中的各种测量物质的水分含量范围在一般在1%?20%，在本技术的水分检测计算中，采用多元线性回归方程的水分模型，其为: Y = AX 土 A1X1 土 A2X2 式中，Y为测量的各物质的水分含量，X为1450nm波长下的光强输出，X1为1950nm波长下的光强输出，X2为960nm波长下的光强输出，A, A1, A2为模型的参数。实验中，各参数已输入微处理器。通过数字键盘，学生还可对模型参数进行修正或结合高级别的红外测试仪重新实验设计制定新的测量物质模型。 本测量仪的4*4键盘包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外激光多物质水分测量仪，包括测量仪主机、光采集球和红外激光光源，测量仪主机上设置有液晶屏(1)、4*4键盘(2)、红外激光光源控制端口(4)、信号输入端口(5)和USB通信端口(3)；测量仪主机内具有微处理器芯片，信号采集与放大、信号调理、A/D转换、开关控制、驱动和显示电路，用于完成信号的采集、计算处理和显示，其信号采集电路、放大电路、信号调理电路、A/D转换电路、微处理器、显示电路依次相连，其微处理器、开关控制电路、驱动电路、红外激光光源依次相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪建，王开明，赵良，黄昕，卢常芳，
申请(专利权)人：四川农业大学，汪建，
类型：新型
国别省市：四川;51