一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统的制作方法

本发明涉及近红外漫透射在线检测领域，具体来说是采用近红外漫透射技术对样品进行在线检测。

背景技术：

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^-1)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迁产生的(伴随转动能级的跃迁)，而分子振动能级跃迁包括基频跃迁，倍频跃迁以及合频跃迁。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迁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－H(X＝C、N、O、S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。

由于近红外漫透射技术要求光源系统和探测系统是分别位于样品两侧，所以一般很少采用近红外漫透射技术对固体样品进行在线检测和分析。

技术实现要素：

本发明提供一种能够实现采用近红外漫透射技术对固态样品在传送带上进行在线测量系统，不仅能够实现将样品的位置进行校正，而且还能够实现样品在传输带上进行检测。该系统适用于对固态颗粒样品进行在线的近红外漫透射测量。

本发明是通过以下技术方案来实现上述技术目的：一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统，包括：样品传送系统、光源系统和近红外检测系统；

样品传送系统包括：内传送带(12)、外传送带(12’)、第一转动轴(13)，以及第二转动轴(13’)，内传送带(12)和外传送带(12’)均套在位于且内部两端的第一转动轴(13)以及第二转动轴(13’)上，内传送带(12)和外传送带(12’)之间有一定的间隙，样品(6)位于内传送带(12)或外传送带(12’)上方，两个传送带有相同的转动轴带动，保证了两个传送带的移动速度相同；

光源系统包括光源(10)、电源(11)、准直透镜(9)和狭缝(8)，光源(10)、准直透镜(9)和狭缝(8)设置在内传送带(12)内部，电源(11)给光源(10)供电；

近红外检测系统包括发射器(19)、探测器(7)、收集透镜(5)、光谱仪(2)以及微处理器(1)，发射器(19)和探测器(7)分别位于样品(6)传输方向的两侧，且相对设置；

发射器(19)发射的信号被样品(6)阻挡，改变了探测器(7)的信号，探测器(7)发送信号触发光谱仪(2)进行探测，光源(10)发出近红外光(14)通过准直透镜(9)准直，然后经过狭缝(8)改变近红外光(14)光束大小，使光束大小与两传送带(12，12’)之间狭缝相互匹配，近红外光(14)通过狭缝照射样品(6)产生近红外光谱(15)，近红外光谱(15)经过收集透镜(5)耦合至光谱仪(2)，微处理器(1)对近红外光谱(15)进行分析。

作为优化的技术方案，该基于近红外漫透射固体物在线检测系统还包括样品位置校正系统，样品(6)位于校正系统位于内传送带(12)或外传送带(12’)上方，包括分别位于样品(6)传送方向两侧的第一校正固定架(16)和第二校正固定架(16’)，第一校正固定架(16)的内侧交错设有第一校正齿(17)和第一校正谷(18)，第二校正固定架(16’)的内侧交错设有第二校正齿(17’)和第二校正谷(18’)，第一校正齿(17)和第二校正齿(17’)的顶端之间的距离与样品(6)相关，第一校正齿(17)和第二校正齿(17’)的顶端形成直线之间的距离大于样品(6)的尺寸，小于样品(6)所在传送带的尺寸。

作为优化的技术方案，第一校正齿(17)和第二校正齿(17’)呈抛物线型，校正谷为相邻的两个相隔一定距离设置的校正齿之间形成的凹槽。

作为优化的技术方案，第一校正齿(17)和第二校正齿(17’)错开安装。

作为优化的技术方案，光源系统还包括相连接的光纤头(4)和光纤(3)，所述光纤头(4)与收集透镜(5)连接，光纤(3)另一端与光谱仪(2)连接，近红外光谱(15)经过收集透镜(5)和光纤头(4)耦合至光纤(3)，通过光纤(3)传输至光谱仪(2)。

作为优化的技术方案，发射器(19)和探测器(7)分别固定在第一校正固定架(16)和第二校正固定架(16’)上。

该近红外检测系统，既可以通过光纤(3)将光谱信号传输至光谱仪(2)，也可以不使用光纤，直接将光谱信号耦合至光谱仪(2)。

作为优化的技术方案，光源系统和近红外检测系统，两者在传送带(12，12’)的两侧的位置可互调。

作为优化的技术方案，狭缝(8)位于准直透镜(9)正前方，狭缝(8)的大小与两传送带(12，12’)之间的间隙有关。

本发明的与现有技术相比，具有以下有益效果：

针对一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统的研究，本发明提供一种能够实现对固体颗粒物样品在线检测系统，实现了样品位置的自动校正，为采用近红外光谱技术进行精确定位测量提供一种手段。光源系统采用狭缝，实现了光源对样品的精确照射，同时减弱了其它因素对光谱的影响。该发明采用了两个共轴传送带，通过两者之间的间隙对样品进行检测，实现了样品的近红外漫透射的在线检测。该发明的实施可以拓宽近红外漫透射在线检测应用范围。

附图说明

图1为本发明一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统原理图；

图2为一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统原理辅助图；

图3为一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统校正系统原理图；

图4为一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统采集水稻的近红外光谱；

图5为一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统采集玉米的近红外光谱；

图6为一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统采集诺氟沙星胶囊的近红外光谱

图7为一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统采集大豆的近红外光谱；

具体实施方式

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：

本发明提供的一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统可以实现样品在线检测案例。

如图1、图2和图3所示，一种基于近红外漫透射固体物在线检测系统，包括：样品传送系统、样品位置校正系统、光源系统和近红外检测系统。

样品传送系统包括：内传送带12、外传送带12’、第一转动轴13，以及第二转动轴13’，内传送带12和外传送带12’均套在位于且内部两端的第一转动轴13以及第二转动轴13’上，内传送带12和外传送带12’之间有一定的间隙，间隙的大小与样品尺寸有关。

样品位置校正系统位于内传送带12和外传送带12’上方，包括分别位于样品6传送方向两侧的第一校正固定架16和第二校正固定架16’，第一校正固定架16的内侧交错设有第一校正齿17和第一校正谷18，第二校正固定架16’的内侧交错设有第二校正齿17’和第二校正谷18’，第一校正齿17和第二校正齿17’呈抛物线型，校正谷为相邻的两个相隔一定距离设置的校正齿之间形成的凹槽。第一校正齿17和第二校正齿17’错开安装。第一校正齿17和第二校正齿17’的顶端形成直线之间的距离大于样品6的尺寸，小于样品6所在传送带的尺寸，即第一校正齿17和第二校正齿17’的顶端之间的距离与样品6大小有关。当然，也可以第一校正齿17和第二校正齿17’的顶端形成直线之间的距离只大于样品6的最窄处的尺寸而小于样品6的最宽处的尺寸，从而能够将样品6调整到最佳传输路线。

样品6位于传送带12或12’上方，通过传送带12或12’带动移动，当样品6偏离中间位置时，样品6会与第一校正齿17或第二校正齿17’相互接触，通过第一校正齿17和第二校正齿17’的几次校正，使样品6沿中间的位置传输。

光源系统包括光源10、电源11、准直透镜9和狭缝8，光源10、准直透镜9和狭缝8设置在内传送带12内部，电源11给光源10供电，可以设在方便放置的任意地方。光源10发出近红外光14通过准直透镜9准直，然后经过狭缝8改变近红外光14光束大小，使光束大小与内传送带12和外传送带12’之间狭缝相互匹配。狭缝8的大小与两传送带的间隙有关，保证尽量多的近红外光14能够通过狭缝8照射样品6，同时防止近红外光14照射传送带，影响样品6的光谱。

近红外检测系统包括发射器19、探测器7、收集透镜5、光纤头4、光纤3、光谱仪2，以及微处理器1。发射器19和探测器7分别位于样品6传输方向的两侧，且相对设置。本实施例中，发射器19和探测器7分别固定在第一校正固定架16和第二校正固定架16’上。收集透镜5、光纤头4、光纤3、光谱仪2，以及微处理器1依次连接。且狭缝8位于收集透镜5的正下方。在样品6的行进方向上，狭缝8和收集透镜5的设置位置位于发射器19和探测器7的前方。

采用该检测系统进行检测的步骤如下：

光源10发出近红外光14通过准直透镜9准直，然后经过狭缝8改变近红外光14光束大小，使光束大小与两传送带12，12’之间狭缝相互匹配，样品6沿中间位置移动至近红外检测系统时，发射器19发射的信号被样品6阻挡，改变了探测器7的信号，探测器7发送信号触发光谱仪2进行探测。近红外光14通过狭缝照射样品6产生近红外光谱15，近红外光谱15经过收集透镜5和光纤头4耦合至光纤3，通过光纤3传输至光谱仪2进行分光和探测，也可以直接通过收集透镜5耦合至光谱仪2。最后微处理器1的光谱分析软件对近红外光谱15进行分析。

以下为采用自动校正探头探测水稻、大豆和玉米的近红外光谱。

本实施例的检测过程为：本实施案例采用的两个传送带12，12’单个宽度为1cm的皮带组成，两传送带12，12’通过共同的转动轴13和13’，转动轴13和13’直径为1.5cm。两个传送带12，12’的间距与样品6有关，对于水稻两个传送带12，12’的间距为2mm，玉米和诺氟沙星胶囊为5mm，大豆为6mm。样品两套校正系统宽为8mm，长为20cm。校正系统的校正齿17，17’和校正谷18，18’呈现抛物线型，共采用了5个校正齿17，17’，一套校正齿17，17’的位置与另一套校正谷18，18’的位置相对应。样品位置校正系统位于两个传送带12，12’正上方，通过校正固定架16，16’固定在上方，固定架16，16’可以调节两套校正系统的距离。样品(水稻、玉米、诺氟沙星胶囊或者大豆)6通过传送带12，12’带动移动，当样品6偏离中间位置时，样品6会与校正齿17，17’相互接触和校正，通过校正齿17，17’的几次校正，使样品6沿中间的位置传输，当样品6沿中间位置移动被光电探测器7探测，探测器7发送信号触发傅里叶光谱仪2进行探测。

光源系统采用的光源10功率为6W的卤钨灯，然后经过直径15mm，焦距为20mm的双凸准直透镜9进行准直，近红外光14经过狭缝8改变光束大小，光束大小与两传送带12，12’的间距有关，水稻采用的狭缝为长15mm，宽1.4mm；玉米采用长15mm，宽4.9mm的狭缝；大豆采用长15mm，宽5.9mm的狭缝。近红外光14通过狭缝照射样品6产生对应的近红外光谱15，近红外光谱15经过直径20mm，焦距30mm的收集透镜5和SMA905的光纤头4耦合至光纤3，通过光纤3传输至傅里叶光谱仪2进行探测。最后微处理器1的光谱分析软件对近红外光谱15进行分析。采集水稻、玉米、诺氟沙星胶囊和大豆的漫透射光谱如图4、图5、图6和图7所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。