本发明涉及近红外光谱分析领域，特别涉及一种用于固体颗粒物光谱无损检测的光纤漫透射式探头。
背景技术：
对粮食、油料作物种子、饲料颗粒等固体颗粒物的某几种成份信息进行快速检测有重要意义。比如，获取粮食等农作物部分成份的含量信息在粮食的收获、收购、储运、加工等阶段有重要意义，比如收购商可以根据小麦蛋白质含量信息按质论价，面粉生产商可以根据小麦的蛋白质含量信息调整生产。
近红外光谱分析技术利用近红外光对物质成分进行检测，使用这一技术对粮食等固体颗粒物进行检测不需要试剂、不损坏样品、速度快，精度也较高。这一技术从上世纪60、70年代开始在美国等发达国家得到大量应用，很多粮食加工厂、饲料加工厂、药厂等有近红外光谱分析仪，近几十年国内也开始使用这一技术。很多国家，如美国、加拿大、中国等已将一些近红外检测粮食成分的方法定为标准方法(如aaccmethod39-25)。
目前使用近红外分析技术检测粮食及大小类似的固体颗粒物主要使用透射方法和漫反射方法。使用透射方法时，探测器必须朝向光源放置，一般用于台式仪器(uspatent5241178、foss，infratectm1241)。使用漫反射方法的仪器要少一些(如，聚光科技supnir-2700)。使用漫反射方法，固体颗粒物的颗粒形状会对漫反射光带来较大干扰，需要将样品置于旋转样品池中，旋转样品，多次测量得到反射光的平均值。使用透射方法和漫反射方法的粮食分析仪，无论是台式还是便携式仪器，都需要将样品置于样品池中，需要取样、装样等操作过程。粮食的很多检测需求属于现场分析，如交易现场、仓库等，繁琐的操作更适合实验室而不是现场分析应用。近红外光谱分析的很多现场分析应用如水果收获时成熟度检测、化工原料的仓库管理，已经开始大量使用手持式近红外光谱分析仪，如felixinstrumentsinc.的f-750，国内也有这类探头或仪器的专利(cn101799401a、cn103822900a、cn104034674a)，这些设备不需要装样操作，可以对水果或固体粉末进行直接检测，但这些设备并不能用于检测粮食等固体颗粒物，目前仍然缺乏不需要装样操作、能够直接对粮食进行检测的光谱分析仪，特别是手持式仪器。要解决近红外光谱分析难于用于粮食现场分析的问题，必须寻找新的检测方式，替代现有的装样检测方式。
近红外检测中，光需要穿过样品，部分光被吸收，根据检测到的吸收光谱计算出样品的成份信息。粮食油料作物种子等大固体颗粒物样品有一定流动性，可以设计特殊的探头，插入样品中，使光穿过部分固体颗粒物样品进行检测，这样不需要装样操作，大大增加现场分析应用的便利性。目前近红外分析领域有多种用于液体检测的透射式探头，如uspatent5418615的设计。但是粮食颗粒较大，需要较大光程使透射光更加均匀，目前的透射式探头光程太小，并不适合用于粮食等固体颗粒物的检测。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于固体颗粒物光谱无损检测的光纤漫透射式探头，对粮食、油料作物种子、饲料颗粒等固体颗粒物进行无损检测的漫透射式光纤探头。属于近红外光谱分析仪的附件，适合便携式及台式近红外分析仪使用。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种用于固体颗粒物光谱无损检测的光纤漫透射式探头，包括外壳、出射窗、入射窗、出射光线发出装置、入射光纤束、第一反射镜，其中出射窗、入射窗安装在外壳的同一侧且朝向同一方向，出射光线发出装置将出射光传导至出射窗进入到固体颗粒物，出射光经过固体颗粒物形成的漫透射光经入射窗进入即得到入射光线，入射光线经第一反射镜改变方向进入到入射光纤束导出。入射光纤束将入射光线传导至检测装置进行光谱采集及成份分析，检测装置包括近红外光谱分析仪等装置。
所述出射光线发出装置包括第一光源、出射光纤束、第二反射镜，其中出射光纤束将第一光源的光传导至第二反射镜，经第二反射镜改变方向后经过出射窗进入到固体颗粒物中。
所述第二反射镜为平面反射镜或者长边镀有反射膜的实体直角棱镜。
所述长边镀有反射膜的实体直角棱镜与出射窗分体设置，或者与出射窗合并为一个实体棱镜。
所述第一光源的光谱为600～1100nm，所述第一光源为卤钨灯或者光谱在600～1100nm范围内连续分布的led光源。
所述出射光线发出装置包括第二光源，第二光源置于外壳中且正对着出射窗，第二光源发出的光直接经过出射窗进入到固体颗粒物中。
所述第二光源的光谱为600～1100nm，所述第二光源为卤钨灯或者光谱在600～1100nm范围内连续分布的led光源。
所述第一反射镜为平面反射镜或者长边镀有反射膜的实体直角棱镜。
所述长边镀有反射膜的实体直角棱镜与入射窗分体设置，或者与入射窗合并为一个实体棱镜。
所述外壳的底部为细圆筒状。这样方便光纤探头插入固体颗粒物。
所述出射窗与入射窗之间的间距为2cm～4cm。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明的光纤探头主要用于600～1100nm的短波近红外区域，对于粮食、油料作物种子等固体颗粒物，这一波段的光透过率较长波更高。这一波段也是透射方式检测粮食所用的波段。对比现有的透射方式、漫反射方式这两种近红外检测粮食等固体颗粒物的方式，本发明的光纤探头无需样品池，省去了取样、装样等流程；同时由于光程较长，很大程度上避免了颗粒度的影响；本发明的光纤探头利用了粮食等固体颗粒物的流动性，直接插入粮食等固体颗粒物中使用，方便应用于台式、便携式仪器。本发明的光纤探头与扦样器外形类似，操作者可以将这一探头插入包装袋内或散装的粮食等固体颗粒物中进行检测，从而可以取消扦样器采样操作，以及近红外检测时的装样操作。这一探头可以提高在很多现场分析场合检测的效率。
本发明采用的漫透射方式到达探测器的光由于光程较大，光程与透射方式相近，受颗粒度影响也较小。实际使用这种探头时，可以像使用扦样器那样，直接插入散装的粮食等固体颗粒物中，或者插入编织袋装的粮食中，从而可以取消扦样器采样操作，以及近红外检测时的装样操作。
附图说明
图1是本发明所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的光纤漫透射式探头的外部正视图。
图2是本发明所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的光纤漫透射式探头的外部左视图。
图3是实施例1对应的一种用于固体颗粒物光谱无损检测的光纤漫透射式探头的结构示意图；此时出射光和入射光都使用光纤束传导。
图4是实施例2对应的一种用于固体颗粒物光谱无损检测的光纤漫透射式探头的结构示意图；此时入射光使用光纤束传导，出射光不使用光纤束传导，第二光源集成在探头内部。
图5是本发明所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的光纤漫透射式探头的漫透射的工作原理图。
图6是第二反射镜的第一种安装示意图。
图7是第二反射镜的第二种安装示意图。
图8是第二反射镜的第三种安装示意图。
附图标记的含义如下：
1-外壳、2-出射窗、3-入射窗、4-入射光纤束、5-第一反射镜、6-出射光纤束、7-第二反射镜、8-平面反射镜、9-长边镀有反射膜的实体直角棱镜、10-第二光源、11-导线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1、2、3、5，一种用于固体颗粒物光谱无损检测的光纤漫透射式探头，包括外壳、出射窗、入射窗、出射光线发出装置、入射光纤束、第一反射镜，其中出射窗、入射窗安装在外壳的同一侧且朝向同一方向，出射光线发出装置将出射光传导至出射窗进入到固体颗粒物，出射光经过固体颗粒物形成的漫透射光经入射窗进入即得到入射光线，入射光线经第一反射镜改变方向进入到入射光纤束导出。
所述出射光线发出装置包括第一光源、出射光纤束、第二反射镜，其中出射光纤束将第一光源的光传导至第二反射镜，经第二反射镜改变方向后经过出射窗进入到固体颗粒物中。
所述第二反射镜为平面反射镜或者长边镀有反射膜的实体直角棱镜。
所述第一光源的光谱为600～1100nm，所述第一光源为卤钨灯或者光谱在600～1100nm范围内连续分布的led光源。
出射窗和入射窗使用可透过700～1100nm光线的材质。两个探头之间的间距根据不同样品的透过率不同而优化，间距大概为2cm～4cm。
出射光纤束、入射光纤束由多条光纤组成，可传导700～1100nm波段的光。光纤束靠近反射镜一端的端面为平面，端面与探头中心轴垂直。
出射光纤束可以接卤素灯等近红外光源，入射光纤束可以接通用型近红外光谱仪或者专门为检测粮食、油料作物种子等固体颗粒物设计的近红外光谱仪。
实施例2
如图1、2、4、5，实施例2与实施例1的区别在于：出射光和入射光不是都使用光纤束传导；在实施例2中，入射光使用光纤束传导，出射光不使用光纤束传导，第二光源集成在探头内部。
所述出射光线发出装置包括第二光源，第二光源置于外壳中且正对着出射窗，第二光源发出的光直接经过出射窗进入到固体颗粒物中。
所述第二光源的光谱为600～1100nm，所述第二光源为卤钨灯或者光谱在600～1100nm范围内连续分布的led光源。
所述第一反射镜为平面反射镜或者长边镀有反射膜的实体直角棱镜。
所述长边镀有反射膜的实体直角棱镜与入射窗分体设置，或者与入射窗合并为一个实体棱镜。
所述外壳的底部为细圆筒状。这样方便光纤探头插入固体颗粒物。
在实施例1、2中，第一反射镜、第二反射镜均有三种安装方式，以第二反射镜为例：
第一种：如图6，第二反射镜为平面反射镜，平面反射镜的反光面与竖向设置的出射窗成45度夹角。
第二种：如图7，第二反射镜为实体直角棱镜，且实体直角棱镜与出射窗分体设置。
第三种：如图8，第二反射镜为实体直角棱镜，且实体直角棱镜与出射窗合并为一个实体棱镜。
第一反射镜的设置情况同样如此，不再赘述。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。