利用近红外光谱测量固体物质成份含量的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用近红外光谱分析技术来获取固体物质（含有机组分）中成分含量的装置。包括光源１、分光系统２、漫散射光收集系统３、样品４、光电传感器５、参考光电传感器６、放大器７、Ａ／Ｄ转换器８、分束镜９、温度传感器系统１０、控制模块１１、光谱数据寄存器１２、温度寄存器１３、定标参数寄存器１４、计算模块１５、结果输出模块１６。本发明专利技术测量时没有移动部件，解决分光器件转动、测量时间长、反射镜挡光、样品不均匀造成的光谱重复性差等问题。本发明专利技术提高了检测精度，保证样品在整个光谱区的信息量丰富，可同时获取样品的多种成分及含量。本发明专利技术解决了被测样品温度与定标样品温度不同时，测量结果不准的问题。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对含有机组份的固体物质成份及含量的分析技术，特别是涉及一种使用近红外光谱分析技术来获取固体物质(含有机组分)中成份含量的装置。
技术介绍
例如在测量煤的水、挥发份、灰份和固定炭等成份时，一般采用取定量煤样品，逐级加热称量，最后计算获得各种成份的含量，发热量是采用燃烧的方法获得。测量时间长，费时费力，且不能及时获得相关的工业分析指标。存在这种问题的原因是，煤的成份一直采用这种传统的方法测量，而国内近红外分析技术发展较晚，处于刚刚起步阶段。西北电力实验研究院使用两束红外光测量煤的水份，由于波长数量少，所以不能测量其他成份。引证文件有a)原已树雄等，煤炭质量特性值的简便定量法，煤质技术，2002，(6)，50-50. b)吴曙笛，火电厂燃煤在输送带上高精度水分连续监测新方法，西北电力技术，2002，30(1)，38-44. c)原已树雄等，煤炭质量特性值的简便定量法，材料与工艺(JPN)，2000，13(6)，1425-1428. d)管原敏等，近赤外綫にょる石炭自動分析装置の開發，活力原子力發電，2000，12(51)，1718-1724(44-50).
技术介绍
中(管原敏等)的方案包括光源，分光器件，漫散射光收集系统，样品，光电传感器，放大器，A/D转换器，计算机，反射镜。光源在分光器件的前面；在光源后面和反射镜前面安置分光系统；在漫散射光收集系统的接受面和样品的接受面之间放置反射镜，反射镜的接受面既与样品的接受面相对，又与分光器件的出射面相对；样品的接受面与反射镜的接受面和漫散射光收集系统的接收面相对；漫散射光收集系统的接收面与反射镜的背面相对，在反射镜与光电传感器之间放置漫散射光收集系统；光电传感器的接受面与漫散射光收集系统的出射面相对；放大器连接在光电传感器与A/D转换器之间；A/D转换器连接在放大器与计算机之间。光源采用卤钨灯，分光器件采用滤波片分光，波长范围为1000～2500nm。滤光片安装在转动的电机上。本专利技术的详细内容为了解决上述
技术介绍
中存在的1.反射镜位于漫散射光收集系统与样品之间，使得样品的漫散射光有一部分被反射镜挡住，不能进入漫散射光收集系统，如果样品不很均匀，测量结果将不能完全反映样品的成份属性。2.分光器件需要转动则测量时间较长、易引入测量误差、在线测量可靠性减弱等问题。3.定标模型中没有考虑样品温度的影响，当被测样品温度与定标样品温度不同时，测量结果不准确。本专利技术的目的是要提供一种测量时间短、操作简单、检测精度较高、可靠性高的利用近红外光谱分析固体物质(含有机组分)成份的装置。本专利技术首先采集固体物质的近红外光谱，将近红外光谱与固体物质的温度、相应成份含量联系起来，建立稳定的数学模型，确保测量结果的准确性。本专利技术技术方案包括光源、分光系统、漫散射光收集系统、样品、光电传感器、参考光电传感器、放大器、A/D转换器、分束镜、温度传感器系统、控制模块、光谱数据寄存器、温度寄存器、定标参数寄存器、计算模块、结果输出模块。当分光系统采用声光滤波器结构时，光源在分光系统的前面；在光源和分束镜之间安置分光系统；分束镜的入射面与分光系统的出射面相对放置，又与参考光电传感器的接受面相对放置；分束镜与样品之间放置漫散射光收集系统；样品的接受面与漫散射光收集系统相对放置；光电传感器位于漫散射光收集系统中间；光电传感器的接受面与样品的接受面的夹角a为90°≤a≤135°；温度传感器系统在样品的中间放置；放大器的输入端分别与光电传感器、参考光电传感器的输出端相连接，放大器的输出端与A/D转换器的输入端相连；A/D转换器的输出端与控制模块的I/O口相连；温度传感器系统的输出端与控制模块的另一个I/O口相连；控制模块还分别控制光源和分光系统，控制模块还与光谱数据寄存器、温度寄存器、定标参数寄存器、计算模块和结果输出模块相连，光谱数据寄存器、温度寄存器和定标参数寄存器用于光谱数据、温度数据和定标参数的存储，计算模块用于建立定标模型和计算样品的成份含量。结果输出模块用于成份含量结果的显示及打印。当分光系统采用光栅结构时省去参考光电传感器、分束镜两个部件。光源与样品的工作面相对放置；漫散射光收集系统位于两个光源的中间，分光系统的工作面与样品的工作面之间放置漫散射光收集系统；漫散射光收集系统的接收面与样品的工作面相对；分光系统的工作面与漫散射光收集系统的出射面相对，又与光电传感器的接收面相对；光电传感器的接收面与分光器件的出射光中轴线方向垂直；温度传感器系统在样品的中间放置；放大器的输入端与光电传感器的输出端相连接，放大器的输出端与A/D转换器的输入端相连。其余连接同上。当分光系统采用滤光片结构时，省去参考光电传感器、分束镜两个部件。分光系统的入射面紧贴光源的出射面放置；分光系统的出射面与样品的工作面相对放置；漫散射光收集系统位于多个光源的中间，光电传感器的接受面与样品的工作面之间放置漫散射光收集系统；漫散射光收集系统的接收面与样品的工作面相对；光电传感器的接受面与漫散射光收集系统的出射面相对；温度传感器系统在样品的中间放置；放大器的输入端与光电传感器的输出端相连接，放大器的输出端与A/D转换器的输入端相连。其余连接同上。本专利技术装置的工作过程当分光系统采用声光滤波器结构时，光源发出的光照射到分光系统，从分光系统出射的光被分束镜分成两束，一束光经过漫散射光收集系统并照到样品的接收面，样品的漫散射光被漫散射光收集系统收集后并由光电传感器检测光信号；另一束光直接被参考光电传感器接收。光电传感器和参考光电传感器将光信号转变成电信号，电信号被放大器放大，再经过A/D转换器转变成数字信号传给控制模块，控制模块将这些信号存入光谱数据寄存器。温度传感器系统将样品的温度信号变成数字信号传给控制模块，控制模块将信号存入温度寄存器。控制模块将光谱数据寄存器中的光谱数据、温度寄存器中的温度数据和定标参数寄存器中的定标参数送入计算模块，计算模块计算后，数据结果送回控制模块，控制模块将数据结果送入结果输出模块显示打印。光源和分光系统由控制模块控制，监控光源发光是否正常，保证光源发光强度恒定，控制分光系统实现分光操作。当分光系统采用光栅结构时，光源照射样品，漫散射光收集系统收集样品的漫散射光，并映射到分光系统上，分光系统分光后，光电传感器接受各个波长的光信号并变成电信号，其余工作方式与上述方式相同。当分光系统采用滤光片结构时，光源发出的光照在分光系统上，分光系统出射的单色光照射样品，漫散射光收集系统收集样品的漫散射光，并映射到光电传感器上，其余工作方式与上述方式相同。本专利技术的优点当分光系统采用声光滤波器时，改变电压可以得到不同频率的光，在测量过程中，整个装置没有移动部件，解决了分光器件转动、测量时间长的问题；漫散射光收集系统选择积分球结构，这种结构避免了反射镜档光的问题，尽可能多地接收到样品的漫散射光，同时解决了样品不均匀造成的样品光谱重复性差、测量结果不准的问题。分束镜和参考光电传感器结构获得的参考光为样品漫散射光提供了实时参比信号，也提高了检测精度。分光系统保证样品在整个光谱区的信息量丰富，因此可同时获取样品的多种成份及含量。温度传感器系统采集的温度数据作为定标模型的参数，解决了被测样品温度与定标本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用近红外光谱测量固体物质成份含量的装置，包括光源（１）、样品（４）、放大器（７）、Ａ／Ｄ转换器（８），其特征在于还包括有：分光系统（２）、漫散射光收集系统（３）、光电传感器（５）、参考光电传感器（６）、分束镜（９）、温度传感器系统（１０）、控制模块（１１）、光谱数据寄存器（１２）、温度寄存器（１３）、定标参数寄存器（１４）、计算模块（１５）、结果输出模块（１６），光源（１）在分光系统（２）的前面；在光源（１）和分束镜（９）之间安置分光系统（２）；分束镜（９）的入射面与分光系统（２）的出射面相对放置，又与参考光电传感器（６）的接受面相对放置；分束镜（９）与样品（４）之间放置漫散射光收集系统（３）；样品（４）的接受面与漫散射光收集系统（３）相对放置；光电传感器（５）位于漫散射光收集系统（３）中间；光电传感器（５）的接受面与样品（４）的接受面的夹角ａ为９０°≤ａ≤１３５°；温度传感器系统（１０）在样品（４）的中间放置；放大器（７）的输入端分别与光电传感器（５）、参考光电传感器（６）的输出端相连接，放大器（７）的输出端与Ａ／Ｄ转换器（８）的输入端相连；Ａ／Ｄ转换器（８）的输出端与控制模块（１１）的Ｉ／Ｏ口相连；温度传感器系统（１０）的输出端与控制模块（１１）的另一个Ｉ／Ｏ口相连；控制模块（１１）还分别控制光源（１）和分光系统（２），控制模块（１１）还与光谱数据寄存器（１２）、温度寄存器（１３）、定标参数寄存器（１４）、计算模块（１５）和结果输出模块（１６）相连，光谱数据寄存器（１２）、温度寄存器（１３）和定标参数寄存器（１４）用于光谱数据、温度数据和定标参数的存储，计算模块（１５）用于建立定标模型、计算样品的成份含量，结果输出模块（１６）用于成份含量结果的显示及打印。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，朴仁官，陈星旦，芦永军，朱文煜，王晓舒，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]