一种近红外漫反射自动校正探头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及近红外漫反射光谱自动校正技术领域，具体来说是一种近红外漫反射 自动校正探头。
【背景技术】
[0002] 光学特性分析法中的近红外光谱和拉曼光谱技术能对样品进行无损分析，具有测 试样品非接触性、非破坏性、检测灵敏度高、时间短、样品所需量小及样品无需制备等特点， 在分析过程中不会对样品造成化学的、机械的、光化学和热的分解，是分析科学领域的研究 热点之一。近年来近红外光谱技术在农业、医药、食品等行业取得了较大的进展，国内外已 有将近红外反射光谱分析技术应用于农业、化工等领域的研究。近红外光(NIR)是指波长在 780~2526nm(波数为12820cm- 1~3959cm-〇范围内的电磁波，介于可见光(VIS)与中红外光 (MIR)之间，近红外光谱吸收是分子振动能级跃迀产生的（伴随转动能级的跃迀），而分子振 动能级跃迀包括基频跃迀，倍频跃迀以及合频跃迀。光源发出的近红外光照射到由分子组 成的物质上，若分子吸收近红外光的能量发生振动状态变化或振动状态在不同能级间的跃 迀等于近红外光谱区某波长处光子的能量，则会产生近红外光谱吸收。在近红外光谱范围 内，测量的主要是分子中含氢官能团X-讯乂 = (：、10、5等)振动的倍频及合频吸收。该技术 具有方便、快速、高效、准确、成本较低、不破坏样品、不消耗化学试剂、不污染环境等优点， 与常规检测方法相比，更适用于在线检测。
[0003] 采用近红外漫反射光谱技术时，由于受到近红外光源的波动，基线漂移等因素的 影响，需要对采集的近红外光谱进行校正，光谱测量的反射率为：
[0006] 所以在测量过程中要采集参考光谱和背景光谱对测量的反射率和吸光度进行校 正，而在实际的测量过程中，特别是采集近红外漫反射光谱技术时，因无法进行有效的光谱 校正，导致测量精度不高，有些还需要人为在现场每隔一段时间进行手动校正，造成了时间 和金钱的浪费，而且无法真正实现在线检测。
【发明内容】
[0007] 本发明需要解决的技术问题在于提供一种自动校正近红外漫反射光谱的探头，能 够有效地校正光源能量、基线漂移等因素的影响;避免外界影响因素对测量信号的影响。提 高了测量精度，拓宽了近红外漫反射光谱技术在线检测领域的应用范围。适用于对固体粉 末、颗粒物、液体等在线和离线的近红外漫反射测量。
[0008] 本发明是通过以下技术方案来实现上述技术目的：
[0009] -种近红外漫反射自动校正探头，所述校正探头包括至少一套光学系统以及与所 述光学系统数量匹配的校正系统;所述光学系统包括光源、光谱收集器;所述光源发出近红 外光经准直垂直照射在所述校正系统上;样品处于所述校正系统的下方且处于所述光源的 正下方;所述校正系统分为光谱校正区域和样品光谱采集区域;所述光谱校正区域包括标 准白板校正区域、暗背景校正区域;所述标准白板校正区域、暗背景校正区域、样品光谱采 集区域依次经过所述光源下方;所述光谱收集器处于所述校正系统的上方用以收集所述校 正系统采集的光谱;所述暗背景校正区域垂直设有挡板；当所述暗背景校正区域处于所述 光源下方时，所述挡板挡在所述光谱收集器与所述光源之间。
[0010]优选的，所述校正探头还包括动力机构;所述动力机构具有转轴;所述标准白板校 正区域、暗背景校正区域、样品光谱采集区域依次水平连接并固定在所述转轴上;所述动力 机构带动所述标准白板校正区域、暗背景校正区域、样品光谱采集区域以所述转轴为圆心 转动。
[0011]优选的，所述动力机构为步进电机。
[0012]优选的，所述校正探头还包括封闭盒体;所述光学系统、校正系统、步进电机处于 所述盒体内；所述盒体的下盖处于所述光源正下方的位置设有透光窗片;所述样品处于所 述透光窗片正下方。
[0013] 优选的，所述光源、光谱收集器、步进电机固定在所述盒体的上盖内壁;所述转轴 向下延伸。
[0014] 优选的，所述步进电机固定在所述上盖的中间位置。
[0015] 优选的，所述标准白板校正区域、暗背景校正区域、样品光谱采集区域依次连接形 成扇形校正系统;所述扇形校正系统的圆心位置垂直设有连接通孔;所述步进电机的转轴 固定在所述连接通孔内，在所述步进电机的驱动下，所述转轴带动所述扇形校正系统以所 述转轴为圆心转动。优选的，所述挡板固定在所述扇形校正系统暗背景校正区域的圆周位 置。
[0016] 优选的，所述光源的中心轴与所述光谱收集器的中心轴具有夹角。
[0017]有益效果
[0018] 本发明的与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0019] 针对近红外漫反射光谱自动校正的研究，本发明提供一种能够自动校正漫反射光 谱的探头，实现近红外漫反射光谱的自动校正，为应用近红外漫反射光谱技术提供了一种 必要手段;该发明采用全封闭结构，消除了外界环境对探头的影响，提高了采集光谱信号的 稳定性;能够同时实现对多个光学系统进行校正，不仅提高了光谱信号的强度，而且能够提 高样品的测量精度。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明一种近红外漫反射自动校正探头结构原理图；
[0021] 图2为本发明一种近红外漫反射自动校正探头结构倾斜角度原理图；
[0022] 图3为本发明中的光源和光谱收集器的结构示意图；
[0023]图4为自动校正探头采集的参考光谱；
[0024]图5为自动校正探头采集的背景光谱；
[0025]图6为自动校正探头采集尿素的近红外光谱；
[0026]图7为自动校正探头采集复合肥的近红外光谱；
[0027]图8为自动校正探头采集水稻的近红外光谱。
【具体实施方式】
[0028] 为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的 实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
[0029] 本发明提供的一种近红外漫反射自动校正探头可以实现同时对多套光学系统进 行校正，为了描述方便，本实施例以具有两套光学系统为代表进行说明。
[0030] 如图1、图2和图3所示，校正探头包括两套光学系统以及两套校正系统。光学系统 包括光源(2,2'）、光谱收集器（1，1'）。光源(2,2'）通过近红外光源（12)发出近红外光，通过 滤过片20滤除超出光谱仪探测范围的波段，然后经光学透镜13对光源进行准直，近红外光 垂直照射在校正系统上。样品21处于校正系统的下方并处于光源(2,2'）的正下方。校正系 统包括光谱校正区域和样品光谱采集区域(11，11'），光谱校正区域包括标准白板校正区域 (9,9'）、暗背景校正区域(10，10'），标准白板校正区域(9,9'）、暗背景校正区域(10，10'）以 及样品光谱采集区域(11，11'）依次经过光源(2,2'）的下方。光谱收集器(1，Γ)处于校正系 统的上方用以收集校正系统采集的光谱。
[0031]暗背景校正区域（10，10'）还设有挡板(5,5'），当暗背景校正区域（10，10'）转动至 光源(2，2 '）下方时，挡板(5，5 '）挡在光谱收集器(1，Γ )之间。
[0032]光源（2，2 '）的中心轴与光谱收集器（1，Γ )的中心轴具有夹角，便于光谱收集器 (1，Γ)采集光谱。夹角的大小与标准白板校正区域(9,9'）和样品21实际测量位置有关。白 板校正区域(9,9'）面积一定，中心轴夹角越小，标准白板校正区域(9,9'）和样品21实际测量 位置距离越大；中心轴夹角越大，标准白板校正区域(9,9'）和样品21实际测量位置距离越 小。
[0033]为了实现自动校正功能，本发明提供的校正探头还包括动力机构，动力机构可以 是步进电机3,或其他的具有同等功能的动力机构。以及为了消除了外界环境对探头的影 响，提高了采集光谱信号的稳定性，以及提高样品的测量精度，本发明提供的校正探头还包 括封闭盒体30。光学系统、校正系统、步进电机3均处于盒体30内。盒体30的下盖处于光源 (2,2'）的正