一种在线近红外光谱分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于过程分析与控制仪器领域，涉及一种在线近红外光谱分析仪。
【背景技术】
[0002] MicroNIR?微型近红外光谱分析仪是由美国JDSU公司设计和生产的一款超紧凑、 轻便、低成本的近红外光谱仪，该光谱仪使用先进的光学镀膜技术制造的线性渐变滤光片 (LVF, Linear Variable Filter)作为分光元件，将LVF親合到线性探测器阵列上，组成一个 可以提供光谱信息的传感器，可广泛应用于商业、工业和科学领域。
[0003] 由于MicroNIR?结构特点导致其在线应用时存在一定不便性，因此，基于此微型 近红外光谱分析仪设计和开发出一款在线近红外光谱分析仪。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种在线近红外光谱分析仪，解决了 JDSU MicroNIR?近红外 光谱仪不能直接安装于生产线上判定物料性质及测定物料中主要成分含量的问题。
[0005] 本发明的另一目的是提供上述在线近红外光谱分析仪的软件控制系统。
[0006] 本发明通过以下技术方案来实现：
[0007] -、一种在线近红外光谱分析仪，包括外壳、蓝宝石透明窗以及设在外壳内部的光 谱仪、摄像头、控制板、马达驱动器、伺服马达和镀金片参考板，所述的外壳上装有蓝宝石透 明窗，蓝宝石透明窗的正下方装有光谱仪和摄像头，控制板的输出端连接马达驱动器、光谱 仪和摄像头，马达驱动器和伺服马达连接，伺服马达的输出轴连接镀金片参考板，镀金片参 考板伸出后正好位于蓝宝石透明窗和光谱仪中间。
[0008] 进一步的，所述的光谱仪采用JDSU近红外光谱仪。
[0009] 进一步的，所述的蓝宝石透明窗表面镀有增透膜。
[0010] 进一步的，所述的镀金片参考板为铝质板，表面镀有金膜。
[0011] 二、一种根据上述的在线近红外光谱分析仪的软件控制系统，包括光谱采集模块、 存储模块、数据调用模块和显示模块三部分，数据调用模块的输入端连接光谱采集模块，输 出端连接显示模块，其中，光谱采集模块包括仪器信息、采样模式、服务器IP地址、配料信 息四部分，存储模块包括样品光谱保存、预测结果保存两部分，数据调用模块包括模型调 用、历史光谱调用和历史预测结果调用三部分，显示模块包括样品信息显示、模型信息显 示、辅助信息显示和样品预测结果显示四部分。
[0012] 采用上述技术方案的积极效果：本发明可实现微型近红外光谱分析仪的在线使 用，所采集物料光谱稳定可靠，适用于饲料、农业、制药、烟草等各领域的过程分析，节省人 力、物力、财力。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的纵剖视图；
[0014] 图2是本发明的横剖视图。
[0015] 图中，1外壳，2蓝宝石透明窗，3光谱仪，4摄像头，5控制板，6马达驱动器，7伺服 马达，8镀金片参考板。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本 发明的限制：
[0017] 实施例1
[0018] 图1是本发明的纵剖视图，图2是本发明的横剖视图，如图所示，一种在线近红外 光谱分析仪，包括外壳1、蓝宝石透明窗2以及设在外壳1内部的光谱仪3、摄像头4、控制板 5、马达驱动器6、伺服马达7和镀金片参考板8,所述的外壳1上装有蓝宝石透明窗2,蓝宝 石透明窗用于直接接触物料，蓝宝石透明窗2的正下方装有光谱仪3和摄像头4,光谱仪用 于对物料进行检测，摄像头主要用于拍摄照片以探测蓝宝石透明窗前是否有物料。控制板 5的输出端连接马达驱动器6、光谱仪3和摄像头4,马达驱动器6和伺服马达7连接，伺服 马达7的输出轴连接镀金片参考板8,镀金片参考板8伸出后正好位于蓝宝石透明窗2和 光谱仪3中间。光谱仪通过采集镀金片参考板的光谱进行100%反射校正，伺服马达则用 于控制镀金片参考板的伸缩。本发明中控制板采用北京蓝海微芯科技发展有限公司生产的 LJD-eWinV5-LT3型号控制板。
[0019] 本发明中，所述的光谱仪3采用JDSU近红外光谱仪。
[0020] 所述的蓝宝石透明窗2表面镀有增透膜，用以放大物料近红外光谱信息。
[0021] 进一步的，所述的镀金片参考板8为铝质板，表面镀有金膜，金纯度99. 999 %，用 以达到多95 %反射率。
[0022] 实施例2
[0023] 一种在线近红外光谱分析仪的软件控制系统，包括光谱采集模块、存储模块、数 据调用模块、显示模块。
[0024] 进一步的，光谱采集模块包括：
[0025] (1)设置仪器信息（如积分时间等），保证仪器可针对不同物料采集最优光谱。
[0026] (2)设置采样模式（采样次数、采样间隔等），保证所采集光谱具有最佳质量，同时 保证生产过程能被合理监测。
[0027] (3)设置仪器网络配置，保证软件和分析仪之间可正常通信。
[0028] 进一步的，存储核;块包括：
[0029] (1)样品光谱保存，通过自定义设置保存路径，将所采集物料的光谱实时保存至本 地硬盘。
[0030] (2)预测结果保存，通过自定义设置保存路径，将光谱所对应物料结果实时保存至 本地硬盘。
[0031] (3)修改配料信息，实时更新样品配料数据库，为下一步数据调用模块中调取模型 做准备，能根据配料信息正确调用相关物料模型。
[0032] 进一步的，数据调用模块包括：
[0033] (1)模型调用，主要用来调用针对物料参数已建立好的模型，对生产过程实时预 测。
[0034] (2)历史光谱调用，可调用历史光谱与当前光谱作比对，或者调用历史光谱进行模 型的建立与更新。
[0035] (3)历史预测结果调用，调用历史预测结果与当前结果比对，用以辅助判断生产过 程中物料状态。
[0036] 进一步的，显示模块包括：
[0037] (1)样品信息显示（样品名称、样品品种），样品名称与品种等信息主要为用户提 供物料确证，保证已针对生产过程调用正确模型。
[0038] (2)模型信息显示（当前光谱、所使用模型参数），当前光谱的显示可用以判断该 物料生产过程是否出现异常，所使用模型参数显示可为用户提供直观显示，另外，可根据需 求选择光谱信息和模型参数信息分别或同时显示。
[0039] (3)辅助信息显示（仪器连接状态、仪器温度、仪器当前采集状态），仪器连接状态 能判断仪器是否正常连接，如果仪器连接异常用户则需寻找原因，进行恰当处理，仪器温度 可显示仪器当前工作温度，仪器当前采集状态可显示仪器当前状态是否正进行光谱采集。
[0040] (4)样品预测结果显示（数值结果、曲线结果），数值结果与曲线结果两种方式能 为用户提供不同选择，曲线结果更加直观，当曲线结果显示异常时可切换数值结果查看当 前实际结果。
[0041] 使用时，由于本发明的体积较小，可安装到其他大型设备上，蓝宝石透明窗直接接 触待测物料，控制板发送命令至马达驱动器，马达驱动器接受命令后驱动伺服马达，伺服马 达控制镀金片参考板，将镀金片参考板移动至光谱仪正前方，光谱仪采集镀金片参考板光 谱进行100%反射校正，完成100%反射校正时后将镀金片参考板由光谱仪正前方移开，启 动摄像头拍摄照片探测蓝宝石透明窗前是否有物料，当照片结果指示蓝宝石透明窗前存在 物料时，控制板控制光谱仪采集物料光谱，物料光谱通过蓝宝石透明窗到达光谱仪并通过 网线进一步传至中央处理器。
[0042] 实施例3
[0043] 本仪器已在某饲料厂生产过程中在线使用，以猪饲料为例，使用方法与结果如 下：
[0044] 将仪器安装于饲料生产线上，仪器自身所带网线连接中控室电脑，软件控制系统 在中控室电脑上运行。设置仪器网络配置以保证软件与分析仪之间正常通信，打开软件控 制系统，设置仪器信息（如积分时间等）、采样模式（采样次数、采样间隔等），对饲料生产 过程中仪器进行光谱采集，同时将光谱对应样品进行收集并进行水分、蛋白质、脂肪、纤维 含量的测定。
[0045] 共收集猪饲料8个品种，272个样品，分别为151SS (26个）、乳猪宝（37个）、仔猪 宝（64个）、代乳宝（4个）、553(20个）、566(45个）、567(33个）、552A(43个），样品各成 分信息如表2 :
[0046] 表1样品信息表
[0047]
[0048] 采用相关软件进行数据处理和模型建立，应用偏最小二乘法（Partial Least Squares Regression, PLS)建立定量模型，PLS模型结果如表2所示，各成分含量结果相关 系数及误差均满足生产需求。
[0049] 表2 PLS模型结果
[0050]
[0051] 本发明可实现微型近红外光谱分析仪的在线使用，所采集物料光谱稳定可靠，适 用于饲料、农业、制药、烟草等各领域的过程分析，节省人力、物力、财力。
【主权项】
1. 一种在线近红外光谱分析仪，其特征在于：包括外壳（I)、蓝宝石透明窗（2)以及设 在外壳（1)内部的光谱仪（3)、摄像头（4)、控制板（5)、马达驱动器（6)、伺服马达（7)和镀 金片参考板（8)，所述的外壳（1)上装有蓝宝石透明窗（2)，蓝宝石透明窗（2)的正下方装 有光谱仪（3)和摄像头（4)，控制板（5)的输出端连接马达驱动器（6)、光谱仪（3)和摄像头 (4)，马达驱动器（6)和伺服马达（7)连接，伺服马达（7)的输出轴连接镀金片参考板（8)， 镀金片参考板（8)伸出后正好位于蓝宝石透明窗（2)和光谱仪（3)中间。2. 根据权利要求1所述的在线近红外光谱分析仪，其特征在于：所述的光谱仪（3)采 用JDSU近红外光谱仪。3. 根据权利要求1所述的在线近红外光谱分析仪，其特征在于：所述的蓝宝石透明窗 (2)表面镀有增透膜。4. 根据权利要求1所述的在线近红外光谱分析仪，其特征在于：所述的镀金片参考板 (8)为铝质板，表面镀有金膜。5. -种根据权利要求1所述的在线近红外光谱分析仪的软件控制系统，其特征在于： 包括光谱采集模块、存储模块、数据调用模块和显示模块三部分，数据调用模块的输入端连 接光谱采集模块，输出端连接显示模块，其中，光谱采集模块包括仪器信息、采样模式、服务 器IP地址、配料信息四部分，存储模块包括样品光谱保存、预测结果保存两部分，数据调用 模块包括模型调用、历史光谱调用和历史预测结果调用三部分，显示模块包括样品信息显 示、模型信息显示、辅助信息显示和样品预测结果显示四部分。
【专利摘要】本发明涉及一种在线近红外光谱分析仪，包括外壳、蓝宝石透明窗以及设在外壳内部的光谱仪、摄像头、控制板、马达驱动器、伺服马达和镀金片参考板，所述的外壳上装有蓝宝石透明窗，蓝宝石透明窗的正下方装有光谱仪和摄像头，控制板的输出端连接马达驱动器、光谱仪和摄像头，马达驱动器和伺服马达连接，伺服马达的输出轴连接镀金片参考板，镀金片参考板伸出后正好位于蓝宝石透明窗和光谱仪中间。本发明还提供了上述在线近红外光谱分析仪的软件控制系统。本发明可实现微型近红外光谱分析仪的在线使用，所采集物料光谱稳定可靠，适用于饲料、农业、制药、烟草等各领域的过程分析，节省人力、物力、财力。
【IPC分类】G01N21/359
【公开号】CN104931455
【申请号】CN201510388519
【发明人】田福成, 张曙光, 张惠, 王凤, 孙琦, 孙丹丹
【申请人】北京凯元盛世科技发展有限责任公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年7月3日