便携式矿物红外光谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种适合野外应用的便携式矿物近红外光谱仪器。
【背景技术】
[0002]近红外光谱NIRS (Near Infrared Spectra)属于分子振动光谱,是基频分子振动的倍频与合频，包含丰富的氢基团(C一H、ο— H、S— H、N— H书特征信息。当分子受到近红外光线照射时，被激发产生共振，从而吸收光的一部分能量。测量其吸收光，可得到反映被测物质特征的图谱，即吸收光谱。许多物质在近红外区域有丰富的吸收光谱，而且每种成分都有其吸收特征，因此可根据物质的近红外光谱分析物质的成分和含量。
[0003]20世纪80年代后，随着计算机技术的迅速发展，以及化学计量学方法在解决光谱信息提取和消除背景干扰方面取得的良好效果，数字化光谱仪器与化学计量学方法的结合标志着现代近红外光谱技术的形成。依据矿物中部分分子官能团对近红外光的吸收特性，获得其物质成分及含量的信息。传统的矿物分析需要在实验室环境下工作。野外地质工作者无法现场测定岩石矿物组成，只能从野外采样、回到实验室进行分析鉴定，严重地制约了野外地质工作。传统的检测破坏样品、污染环境；测量精度低、速度慢；严重制约了测量的时间和所产生的社会效益。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题本发明采用单光路光栅扫描，设计了一种便携式、连续全光谱的矿物红外光谱仪。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现:
便携式矿物红外光谱仪，包括样品、光源和探测器，其特征在于:光源通过透镜系统调制到切光器上；切光器通过分光系统与积分球连接，该积分球的另一端设有样品池，同时积分球通过传感器传输到放大系统，放大系统与数据采集模块相连接，数据采集模块通过串口传输到上层控制系统上，上层控制系统通过单片机控制系统与波扫描驱动连接。
[0006]所述积分球连接有探测器。
[0007]所述分光系统采用交叉复折式单光路光栅扫描结构口。
[0008]所述光源系统选用齒鹤灯。
[0009]本发明有益的技术效果:
由切光器对光源发出的复合光进行调制，调制后的光由分光系统分光后得到指定波段的近红外光线，该光线经过积分球照射在位于积分球另一端的样品池上，与样品发生作用后从其表面漫反射回来的光在积分球内部均匀后，照到传感器上，转变为电信号，由放大系统模块调理后通过数据采集模块转换为数字信号，通过串口传输到便携机，上层软件根据样品及背景的检测信号得出样品的反射率或吸光度光谱数据，并显示其光谱图。本发明可直接对目标进行测定；测量精度高，测量速度快；投资及操作费用低的特点；设计结构合理、简捷、体积较小，适合野外应用的基本要求。
【附图说明】
[0010]图1本发明便携式矿物近红外仪结构图。
[0011]图2本发明便携式矿物近红外仪光路图。
【具体实施方式】
[0012]便携式矿物红外光谱仪，包括样品、光源和探测器，其特征在于:光源通过透镜系统调制到切光器上；切光器通过分光系统与积分球连接，该积分球的另一端设有样品池，同时积分球通过传感器传输到放大系统，放大系统与数据采集模块相连接，数据采集模块通过串口传输到上层控制系统上，上层控制系统通过单片机控制系统与波扫描驱动连接。
[0013]具体地说，仪器由切光器对光源发出的复合光进行调制，调制后的光由分光系统分光后得到指定波段的近红外光线，该光线经过积分球照射在位于积分球另一端的样品池上，与样品发生作用后从其表面漫反射回来的光在积分球内部均匀后，照到传感器上，转变为电信号，由放大系统模块调理后通过数据采集模块转换为数字信号，通过串口传输到便携机，上层软件根据样品及背景的检测信号得出样品的反射率或吸光度光谱数据，并显示其光谱图。
[0014]仪器光路主要包括光源系统、切光器、分光系统、积分球。光源(选用卤钨灯)的复合光通过透镜系统聚焦后被切光器调制。调制后的光由分光系统进行分光，形成一系列按波长大小顺序排列的各谱段的光谱。分光系统采用交叉复折式单光路光栅扫描结构口，解决了系统部件安装空间与系统体积之间的矛盾，既为积分球和切光器提供了足够的安装空间，又保证了系统满足整体体积小的要求。利用步进电机转动改变光栅的入射角度，使所需波段的单色光依次从出射狭缝射出，经过积分球照射在样品上，由样品漫反射后，积分球对其多次反射进行累积。探测器对此累积后的包含样品信息的波长连续的单色光进行光电转换后送往电路部分进行处理。
[0015]光源系统采用微调结构保证卤钨灯的灯丝准确地成像在分光系统的入射狭缝上。切光器(又称为斩光器或调制器)将光源发出的直流光信号转换为交流信号以便于放大和抑制噪声。积分球入射窗安装于分光系统的出射处、使分光系统的出射光尽可能全部照射在样品窗，以减小系统的背景信号；其探测窗连接探测器，同时应尽量保证样品被测位置和探测器接受位置位于积分球内壁球面上。
[0016]本发明仪器，光路设计上采用了交叉复折式单光路，机械设计上采用精密零部件、微调机构结构，电路设计上采用锁定放大、同步累积等微弱信号检测方法及采用低功耗设计和间断式工作方式。本发明可直接对目标进行测定；测量精度高，测量速度快；投资及操作费用低的特点；设计结构合理、简捷、体积较小，适合野外应用的基本要求。
【主权项】
1.便携式矿物红外光谱仪，包括样品、光源和探测器，其特征在于:光源通过透镜系统调制到切光器上；切光器通过分光系统与积分球连接，该积分球的另一端设有样品池，同时积分球通过传感器传输到放大系统，放大系统与数据采集模块相连接，数据采集模块通过串口传输到上层控制系统上，上层控制系统通过单片机控制系统与波扫描驱动连接。2.如权利要求1所述的便携式矿物红外光谱仪，其特征在于:所述积分球连接有探测器。3.如权利要求1所述的便携式矿物红外光谱仪，其特征在于:所述分光系统采用交叉复折式单光路光栅扫描结构口。4.如权利要求1所述的便携式矿物红外光谱仪，其特征在于:所述光源系统选用卤钨灯。
【专利摘要】本发明涉及一种适合野外应用的便携式矿物近红外光谱仪器。便携式矿物红外光谱仪，包括样品、光源和探测器，光源通过透镜系统调制到切光器上；切光器通过分光系统与积分球连接，该积分球的另一端设有样品池，积分球通过传感器传输到放大系统，放大系统与数据采集模块相连接，数据采集模块通过串口传输到上层控制系统上，上层控制系统通过单片机控制系统与波扫描驱动连接。本发明可直接对目标进行测定；测量精度高，测量速度快；投资及操作费用低的特点；设计结构合理、简捷、体积较小，适合野外应用的基本要求。
【IPC分类】G01N21/47, G01N21/359
【公开号】CN105628643
【申请号】CN201410600262
【发明人】张淑芬
【申请人】陕西启源科技发展有限责任公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年10月31日