一种吸收光谱分析系统及分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种吸收光谱分析系统及分析方法

【技术实现步骤摘要】
一种吸收光谱分析系统及分析方法


[0001]本专利技术涉及光谱分析领域，特别涉及一种吸收光谱分析系统及分析方法
。

技术介绍

[0002]目前，近红外
(NIR)
光谱区是指介于可见
(VIS)
和中红外
(MIR)
区之间的电磁波
。
根据美国实验和材料协会规定，其波长范围为
800
～
2500nm
，近红外光谱为分子振动光谱的倍频和组合频谱带，主要指含氢基团
C
‑
H
，
O
‑
H
，
N
‑
H
，
S
‑
H
的吸收，包含了绝大多数类型有机物组成和分子结构的丰富信息
。
朗伯
‑
比尔吸收定律是近红外光谱分析的理论基础：样品光谱特征随其组成成分和内在结构变换而变化
。
由于不同基团或同一基团在不同化学环境中吸收波长有明显差别，因此可以作为获取有机化合物组成或性质信息的有效载体
。
对某些无近红外光谱吸收的物质
(
如某些无机离子化合物
)
，也能够通过其对共存的本体物质的影响引起的光谱变化，间接地反应其信息
。
通过对吸收光谱的探测和比对即可进行相应物质的识别和浓度判别，可广泛用于智慧农业
、
食品安全
、
药品检测
、/>环境监测等领域
。
如优质咖啡豆的筛选，牧场草料的营养分析，衣服布料材质的判别，回收工业废物中不同聚合物的鉴定等
。
[0003]一般吸收光谱分析系统由宽光谱照射光源，吸收光收集装置，光谱分光装置，探测器阵列，电信号处理和控制电路，光谱数据分析软件构成
。
其中宽光谱光源为探测目标物提供各种光波长的辐射能量，作为吸收光谱信号的激发源
。
而光谱分光装置负责将激发输出的吸收光的光谱在空间上进行分开，让各个波长成分的输出光分别打到探测器阵列对应的探测单元中，进行能量采集
。
可通过光栅衍射，线性渐变滤光片等方法实现分光
。
[0004]这种结构实现吸收光谱的探测依赖于对激发输出的吸收光的空间分光和相应位置的准确能量探测，需要吸收光收集装置，光谱分光装置，探测器阵列的之间的精确配合，结构复杂，难以小型化，且成本高
。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种吸收光谱分析系统及分析方法
。
[0006]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0007]一种吸收光谱分析系统，包括：分时宽光谱扫描光源
、
吸收光汇聚装置
、
单点光电传感器
、
信号采集电路及控制电路；其中：
[0008]分时宽光谱扫描光源用于分时输出不同波长的照射光源，照射至待分析的探测物上；
[0009]吸收光汇聚装置用于将从探测物吸收的光汇聚到单点光电传感器上；
[0010]单点光电传感器用于将单点光信号转换为电流信号并输出至信号采集电路；
[0011]信号采集电路用于采集光电传感器输出的电流信号；
[0012]控制电路输出信号用于控制分时宽光谱扫描光源及信号采集电路的工作
。
[0013]进一步地，分时宽光谱扫描光源包括由多个不同波长的
LED
单元构成的
LED
阵列光源和对应的
LED
阵列驱动电路，控制电路输出信号，使
LED
阵列驱动电路按照时间顺序，驱动
LED
阵列光源中的对应波长的
LED
单元，使对应的
LED
单元依次被激发发光工作，输出光源
。
[0014]进一步地，
LED
单元包括采用砷化镓
、
砷化铟镓磷化物
、
砷化铟镓
、
磷化铟或碲化汞镉的半导体材料制成的
LED
光源芯片
。
[0015]进一步地，
LED
阵列光源为由若干
LED
光源芯片装配至
PCB
板构成的面光源
。
[0016]进一步地，分时宽光谱扫描光源包括电机
、
滤光片圆盘
、
宽光谱光源及光源驱动电路；滤光片圆盘，其沿周向均布若干个滤光片，其除滤光片以外不透射光，其安装在电机转动轴上，其位于宽光谱光源和待分析的探测物之间，不同的滤光片透射不同波长的光源；控制电路输出信号，使光源驱动电路驱动宽光谱光源发光；控制电路还输出信号控制电机转动，带动滤光片圆盘旋转，使透射不同波长光源的滤光片按时间顺序与宽光谱光源依次正对
。
[0017]进一步地，还包括遮光板，遮光板位于宽光谱光源与滤光片圆盘之间，遮光板上开有一直径小于滤光片直径的孔，该孔使宽光谱光源通过并正对滤光片
。
[0018]进一步地，信号采集电路，根据控制电路提供的同步采集信号，将光电传感器输出的模拟信号转换为数字信号后输出
。
[0019]进一步地，控制电路包括微处理器，微处理器输出信号用于控制分时宽光谱扫描光源及信号采集电路的工作
。
[0020]进一步地，微处理器输出信号调整扫描光源的亮度，同步选择扫描光源的波长并采集相应的吸收光强度值，分时点亮所有波长单元，记录吸收光谱数据，将数据通过网络传输接口上传给云端服务器
。
[0021]本专利技术还提供了一种吸收光谱分析方法，利用上述的吸收光谱分析系统，在时间上将照射光源的光谱进行分开，分时输出不同波长的光源
。
[0022]本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0023]本专利技术从系统层面进行吸收光谱分析系统优化，优化激发宽谱光源结构，将原有的同时进行全光谱照射调整为分时分立多点光谱扫描照射，利用数字控制技术在时间上直接将照射光源的光谱进行分开，以替代原先在后级吸收光上采用空间分光的方式
。
从而简化吸收光收集装置，去除光谱分光装置，改探测器阵列为单点探测器
。
该系统仅依赖于分时点亮的多光谱光源，结构简单，易以小型化，成本低
。
附图说明
[0024]图
1、
传统吸收光谱探测系统结构示意图
。
[0025]11、
宽光谱照射光源；
12、
探测物；
13、
吸收光汇聚装置
A
；
14、
分光装置；
15、
光谱聚焦装置；
16、
光电传感探测器阵列
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种吸收光谱分析系统，其特征在于，包括：分时宽光谱扫描光源
、
吸收光汇聚装置
、
单点光电传感器
、
信号采集电路及控制电路；其中：分时宽光谱扫描光源用于分时输出不同波长的照射光源，照射至待分析的探测物上；吸收光汇聚装置用于将从探测物吸收的光汇聚到单点光电传感器上；单点光电传感器用于将单点光信号转换为电流信号并输出至信号采集电路；信号采集电路用于采集光电传感器输出的电流信号；控制电路输出信号用于控制分时宽光谱扫描光源及信号采集电路的工作
。2.
根据权利要求1所述的吸收光谱分析系统，其特征在于，分时宽光谱扫描光源包括由多个不同波长的
LED
单元构成的
LED
阵列光源和对应的
LED
阵列驱动电路，控制电路输出信号，使
LED
阵列驱动电路按照时间顺序，驱动
LED
阵列光源中的对应波长的
LED
单元，使对应的
LED
单元依次被激发发光工作，输出光源
。3.
根据权利要求2所述的吸收光谱分析系统，其特征在于，
LED
单元包括采用砷化镓
、
砷化铟镓磷化物
、
砷化铟镓
、
磷化铟或碲化汞镉的半导体材料制成的
LED
光源芯片
。4.
根据权利要求3所述的吸收光谱分析系统，其特征在于，
LED
阵列光源为由若干
LED
光源芯片装配至

【专利技术属性】
技术研发人员：汤吓雄，张世文，张豪杰，张哨峰，
申请(专利权)人：福建海创光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：