一种便携式近红外光谱检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外光谱检测技术领域，具体涉及一种便携式近红外光谱检测系统。
【背景技术】
[0002]近红外光谱分析技术(Near InfrarecUNIR)是介于可见光(Vis)和中红外(MIR)之间的电磁辐射波，美国材料检测协会(ASTM)将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人类在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团(0H、NH、CH)振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。
[0003]近红外技术是依据某一化学成分对近红外区光谱的吸收特性而进行的定量测定，所以应用NIR光谱进行检测的技术关键就是在两者之间建立一种定量的函数关系。其基本流程包括:首先收集具有代表性的样品，其组成及其变化范围接近于要分析的样品，然后采集样品的光学数据;利用标准的化学方法对样品进行化学成分测定;通过数学方法将这些光谱数据和检测的数据进行关联，一般将光谱数据进行一阶或二阶导数转换，与化学测定值进行回归计算，然后得出定标方程，建立数学模型；在分析未知样品时，先对待测样品进行扫描，根据光谱值建立的模型可以计算出待测样品的成分含量。确定回归模型的过程其实就是定标过程，定标的好坏直接关系到分析结果的准确性，因此，定标软件是近红外分析技术的核心。计算得到的定标方程必须通过实际测量调整它的准确性和精确性。精确性是指重复测定时测值间的相近程度。准确性的度量通常用定标方程的预测标准误(SEP)来表示。SEP表示测定值与“真值”间的相近程度。近红外光照射到被测样品后，从样品表面反射出来的光被检测器吸收，此为近红外反射光谱分析法(NIR)。它要求样品的粉碎程度一致，从而保证样品表面光滑一致。另一类为近红外穿过样品后，再被接受检测到，即为近红外投射光谱分析法(NIT)。该法优点是很少或不用制备样品，因此重复性较高，但灵敏度低。现在的近红外光谱仪商品种类较多，主要为傅立叶变换、光栅扫描、声光扫描和光电阵列固定光路型。德国布朗卢比公司(Technicon)生产近红外领域所有类型的仪器，包括滤光片型、光栅扫描型、傅立叶变换、AOFT声光调制近红外等。
[0004]近红外分析仪应用在农产品特征检测中，包括果实损伤检测、果实识别、植物生长信息测定。基于农产品内部成分及外部特性不同，在不同波长光线照射下会有不同的吸收或反射，根据这种特性，若选定一定波长的滤光镜，便可增强获得图像中果实正常部分和损伤部分或果实和叶子的对比度，从而使果实损伤的检测和特征提取更为容易利用近红外的漫反射图像快速检测苹果的缺陷，主要采用多波长来解决水果果面的缺陷区和梗萼凹陷区识别的困难。
[0005]由于技术水平的限制及检测标准的严格，为保证检测质量，国内外常见的近红外检测设备受傅里叶变换技术，但采用傅里叶变换技术，受时间、及位移影响，同时近红外的分光系统需要较大空间，故设备及产品的体积及重量无法变小，因此现有的近红外检测设备大多呈现体积大、重量大、成本高、应用场景局限等缺点。
[0006]随着科学技术的不断发展，针对软基质或固体样品(如:苹果等)的实时现场检测。国内外陆续出现了便携式近红外检测设备。设备由:采集窗口、光源、分光系统、检测器、操作程序及供电系统组成。其中:采集窗口采用光纤、光源采用卤钨灯、分光系统采用光栅或积分球、检测器采用CCD、操作系统采用嵌入式LINUX、供电系统采用如锂电池或移动电源等。从应用客户的角度来说，近红外检测设备解决的问题在于在不破坏样品的情况下进行样品定性及定量的无损检测，例如苹果，定性无损检测的目的在于知道此样品的产地及品牌，起到溯源追踪及样品真假的作用。定量无损检测的目的在于知道此样品的各种元素含量，如BRIX—可溶性固形物等，但现有技术中的针对软基质或固体样品检测的便携式近红外检测设备仍存在以下问题:1、软基质或固体样品具有特殊性，在光谱采集时由于光纤探头接触面较小，不能采集到具有代表性的样品信息;2、针对定性分析及检测，目前国内外同类型设备精度较低，造成检测结果与实际结果误差较大;3、现有技术中的便携式近红外检测设备检测结果仍不稳定，造成结果无可用性;4、由于近红外检测设备在使用前必须校准，校准的原理在于根据设备的不同属性及精度，对自然光强进行采集，并用校准模块采集最大吸收率，以确定积分时间，但现有便携式近红外检测设备由于自然光的因素，造成校准的不确定性因素靠谱较多，无法准确获取检测结果。
[0007]由此可见，能否针对现有技术中的不足，提供一种精度更高、价格便宜、体积较小、重量较轻、持续工作时间更长、用户体验感更好的新型基于软基质或固体样品的便携式近红外检测设备，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0008]本发明为了解决上述技术问题，提供一种便携式近红外光谱检测系统，能够有效实现软基质或固体样品的红外光谱检测，进行定性和定量分析，操作简单，测定快速，测定结果准确可靠。
[0009]为了达到上述技术效果，本发明包括以下技术方案:
[0010]—种便携式近红外光谱检测系统，包括壳体、设置在壳体上的采集窗口、依次安装在壳体内且与所述采集窗口位于同一直线上的检测光源、分光装置和检测器，所述壳体内还安装有转换器和供电装置，所述检测器的输出端与所述转换器的输入端连接，所述供电装置分别与检测光源、检测器和转换器连接;还包括样品池，所述样品池包括蓝宝石采样接触面和固定座，所述固定座内形成有腔室且两端设置有开口，所述固定座的一端开口固定安装在采集窗口上，另一端开口上固定安装所述蓝宝石采样接触面，所述分光装置为线性渐变滤光片。
[0011 ]所述固定座为铝合金材料制成，其螺接在所述采集窗口上。
[0012]当需要检测软基质或固体样品时，只需要将蓝宝石采样接触面直接接触待测样品进行检测光源扫面检测即可，所述检测光源照射所述采样件内的样品经慢反射得到光信号，所述光信号进入线性渐变滤光片经色散得到光束，所述检测器接收所述光束经转换得到电信号，并将所述电信号输出至转换器，所述转换器将接收的所述电信号转换为光谱数据后输出。
[0013]现有技术中的光纤式(直径5mm)采集窗口，由于窗口较小，造成得到的光谱信息为局部信息，未达到样品采集的标准化要求，由于固体样品相对较硬，表面粗糙。在采集时光谱信息局限造成得到的光谱中0H、NH、CH化学基团信息量受影响，造成采集的光谱无代表性。同时现有技术中采用光栅或积分球作为分光系统，在采样及检测过程中光源通过样品体表面并将0H、NH、CH化学基团信息通过漫反射或透射的形式返回到分光系统过程中，由于光栅或积分球原理限制，若被一个大小接近于或小于波长的物体阻挡，就绕过这个物体，继续进行。若通过一个大小近于或小于波长的孔，则以孔为中心，形成环形波向前传播。造成采样过程中偏向角度约小，波长越长，并且光谱重叠，从而造成干扰较大。
[0014]本发明样品池为针对软基质或固体样品特性而自主设计的结构，其结构设计合理，能够与较大采集窗口匹配使用，解决了采用光纤