手持式分析器的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]近红外(NIR)光谱法用于食品、药物、石油、以及农业产业进行化合物的鉴别和定量。直到现在，由于所要求的稳定性、准确度和数据处理能力，该技术仍受限于传统的基于实验室的仪器。近年来，已经引入了手持式基于微机电(MEMS)的NIR阿达马(Hadamard)变换光谱仪，其展现了实验室仪器的准确度和精密度。随着与本专利所描述的取样技术相结合的这种类型的仪器的出现，此类测量仅限于实验室环境的限制已被消除。现在食品、饲料和农业样品分析可以在此类便携式仪器的领域中成功地进行。
[0002]对于食品、饲料和农业产品，实际上不可能分析整个批次。取全部产品的一个代表性样品，从该代表性样品可以进行适当的分析。对于将在实验室环境中分析的样品，一个代表性样品是通过取几个初级样品获得的。一旦已经将它们在一个干净容器中聚集并且混合在一起，它们构成将在其上进行必要测试的一个全局样品。分析经常通过将材料放入一个样品杯中而发生，该样品杯被设计为与台式实验室仪器相容。
【发明内容】
[0003]本发明的实施例包括一个分析器，其可以是手持式的。该分析器包括一个外壳，该外壳具有一个光学端口。该分析器进一步包括一个光源、一个光谱仪、和一个样品位点重新定位器。该光源被定位在该外壳内，以便发射光束通过该光学端口以撞击到一个样品上并且从该样品反射以由该分析器进行分析。该光谱仪被定位在该外壳内，并且包括一个用于接收该被反射的光束的检测器。该样品位点重新定位器导致该光束撞击到该样品上的多个不同位点上。
[0004]在一些实施例中，包括一个盛放样品的取样附件，以便使得该样品位点重新定位器能够导致该光束撞击到多个不同位点上。该样品附件可以部分地或全部地是该样品位点重新定位器。使该撞击光束重新定位在多个不同位点上的能力提供了从经常为不均匀的农业产品平均而得到的更好的信号。
[0005]该取样附件可以包括一个样品位点重新定位装置和一个具有可透射该撞击光束和被反射光束的底座的“样品杯”。在此背景下“透射”被引用为该底座将透射两者的光谱的至少一部分。例如，该底座可透射近IR波长。“透射”可以与“透明”可互换地使用。
[0006]分析器的另外的实施例可以包括响应于来自控制电路的控制信号的一个闸门。在此类实施例中，该闸门可以这样使用，使得当该闸门关闭时，一个基线测量，例如参考测量，可以由该光谱仪进行。当该闸门打开时，可以进行一个样品测量。
[0007]样品重新定位、和来自该样品的多个位点的数据采集可以在此处描述的实施例的任一个中通过数种手段来进行。例如，新鲜样品区域或“位点”可以通过手动或电机驱动的样品杯移动进行暴露。可替代地，该样品可以被振动以引发新鲜样品位点暴露于该照射光束。一个另外的实施例包括可以通过电驱动的转向光学器件而改变的照射和/或检测路径。
[0008]提供一种测量方法，该测量方法可以使用一个手持式反射光谱仪，例如此类光谱仪具有一个样品杯，该样品杯具有一个光学透射底座。该方法可以包括将一个样品装载到例如该样品杯中并且然后可以测量一个被反射的样品光束。该被反射的样品光束的测量可以包括投射、检测、以及重复。在该投射中，一束光可以被投射到该样品的一个位点上以产生一个被反射的样品光束。然后可以检测该被反射的样品光束，其中该被反射的样品光束包含表明在该样品位点处的样品的光谱数据。该重复可以包括对于多个样品位点中的每一个重复投射和检测。
[0009]根据本实用新型的分析器进一步包括一个定位贴近该光学端口的样品杯，该样品杯具有一个可透射该光束和该被反射的光束的底座。
[0010]根据本实用新型的分析器，该样品位点重新定位器相对于该外壳和光束移动或旋转该样品杯。
[0011]根据本实用新型的分析器，该样品杯的旋转轴与撞击到该样品上的光束的中心不重合，使得该样品杯的旋转导致该光束撞击到该样品上的多个不同位点上。
[0012]根据本实用新型的分析器包括:一个闸门，该闸门选择性地拦截来自该光源的光束的至少一部分；控制电路，进一步产生闸门控制信号；以及一个闸门电机，被机械地联接到该闸门上，接收这些闸门控制信号。
[0013]根据本实用新型的分析器，该闸门被定位邻近该光学端口。
[0014]根据本实用新型的分析器，该光学端口包括一个窗口 ；并且该闸门被定位在该外壳内部邻近该光学端口的窗口。
[0015]根据本实用新型的分析器，该样品杯的旋转轴与撞击到该样品上的光束的中心不重合，使得该样品杯的旋转导致该光束撞击到该样品上的多个不同区域上。
[0016]根据本实用新型的分析器，其特征在于，该手持式反射光谱仪是一个基于MEM的阿达马变换光谱仪。
[0017]附图简要说明
[0018]现在将参考附图描述本发明的一些实施例，在附图中:
[0019]图1展示了包括一个手持式仪器，例如手持式反射光谱仪的分析器。其中:8:分析器；10:手持式仪器；14:样品附件；16:光谱仪引擎和控制电子器件；18:光源；20:闸门电机；22:闸门；24:检测光纤；28:附接凸缘；32:凸缘窗口。
[0020]图2展示了图1中示出的样品附件14。其中:12:杯旋转器(具有分度位置的手柄)；14:样品附件；30:样品杯。
[0021]图3展示了使用电驱动的光束转向器件的一个实施例。其中:8:分析器；10:手持式仪器；16:光谱仪引擎和控制电子器件；18:光源；24:检测光纤；36:电驱动的光束转向光学器件。
[0022]图4展示了样品杯和旋转轴。1:样品杯旋转轴；2:被照射的样品区域与杯旋转轴偏心。
[0023]图5展示了根据本发明的一个工艺流程图。
【具体实施方式】
[0024]将理解的是在此处的任一实施例中，引用从一个样品“被反射的”光是指响应于撞击照射并且携带关于该样品组成或类型的一些信息的来自该样品的任何光。此类“被反射的”光可以由一个检测器在该照射起源的相同大体方向上进行检测(例如，在小于180度弧或甚至小于90度弧内的某一位置处，集中在该照射光束周围)。此类被反射的光可以随后使用一个光谱仪进行分析。例如，此类“被反射的”光可以包括从一个样品被反射的该样品的红外光特性，或者可以包括拉曼发射或荧光发射。还将认识到虽然在本申请中可以引用一个被反射的“光束”，但这并不意味着一个集中光束实际上被反射，而仅是指实际上检测到该被反射的光的全部角度将受光谱仪特性(例如，如一个光谱仪狭缝)的限制。“光”是指在波长范围中的任何电磁辐射，该波长范围可以包括总体上被认为是紫外(10nm-400nm)、可见(400nm-700nm)、近红外和红外(700nm_15 μm)、和远红外的范围(15 μm-1000 μm)的范围。在本申请中所叙述的任何方法中事件的任何序列的顺序不限于所叙述的顺序。相反，这些事件可以按逻辑上可能的任何顺序(包括同时地)发生。
[0025]图1展示了一个分析器8，该分析器包括一个手持式仪器10，例如反射光谱仪，和一个样品附件14，该样品附件包括一个任选的样品位点重新定位器(未示出)和一个样品杯30。图2进一步展示了图1中示出的样品附件。手持式仪器10包括一个光谱仪(有时被引用为一个“光谱仪引擎”)和控制电路16，一个光源18，一个闸门电机20，一个闸门22，和检测光学器件24，例如一个通向该光谱仪引擎的光纤。
[0026]样品附件14由一个样品位点重新定位器，例如杯旋转器12，和一个样品杯30组成。附接凸缘28容纳闸门22和凸缘窗口 32。附接凸缘28的轮廓为用于以强制“咬接”来接收样品附件14以进行可再现的定位。闸门22插入在凸缘窗口 32与通向光谱仪引擎16的检测光学器件24之间。通过一个机械连接的闸门电机20的启动，闸门22响应于由控制电路16提供的控制信号。在这个说明性实例中，闸门22具有一个扩散金表面，该扩散金表面被设计为反射在所有角度处的光而不论入射角如何，例如朗伯反射。其他合适的材料包括但不限于扩散金、PTFE材料如Spectralon和Fluorilon、和销。还可以使用其他材料，只要反射随时间、温度和湿度是稳定的。
[0027]手持式仪器10可以是一种手持式近IR阿达马变换光谱仪，如由McAllister等人在转让给多利斯公司(Polychromix Corporat1n)(赛默飞世尔科技有限公司(ThermoFis