CN207571023U - 一种用于固体颗粒物光谱无损检测的led漫透射式探头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，包括一个以上的窄光谱光源、光源架、光电探测器、光电探测器保护筒，以及控制电路；其中光电探测器保护筒位于光源架的中心轴上且光电探测器保护筒的顶端与光源架固定连接，光电探测器保护筒的底端安装有光电探测器，且光电探测器的感光面朝下；一个以上的窄光谱光源以光源架的中心轴为中心，均匀地朝下设置在光源架上；控制电路控制一个以上的窄光谱光源依次点亮。本实用新型对比现有的透射、漫反射检测方式，这种漫透射式探头省去了样品池，不需要取样、装样等操作，更加方便。
Description
技术领域
本实用新型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LED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，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AACC Method 39-25)。
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(US patent5241178、FOSS，Infratec TM 1241)。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FelixInstruments Inc.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，***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USpatent 5418615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。
实用新型内容
本实用新型的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LED漫透射式探头，能够对粮食、油料作物种子、饲料颗粒等固体颗粒物进行无损检测，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配合使用。
本实用新型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LED漫透射式探头，包括一个以上的窄光谱光源、光源架、光电探测器、光电探测器保护筒，以及控制电路；其中光电探测器保护筒位于光源架的中心轴上且光电探测器保护筒的顶端与光源架固定连接，光电探测器保护筒的底端安装有光电探测器，且光电探测器的感光面朝下；一个以上的窄光谱光源以光源架的中心轴为中心，均匀地朝下设置在光源架上；控制电路控制一个以上的窄光谱光源依次点亮。
所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，还包括保护罩，保护罩安装于光电探测器保护筒的底部，用于保护光电探测器。保护罩使用600～1100nm的光线能够透过的透光材质，允许外界的光进入光电探测器。
所述保护罩的形状为细圆筒状。保护罩的外形有利于减小将探头***粮食等固体颗粒物时所施的力。
所述窄光谱光源采用窄光谱LED。
所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，还包括窄带滤光片，窄带滤光片分别设置在一个以上的窄光谱光源的正下方。光源为窄光谱LED，可以在LED前加窄带滤光片，进一步限制光源的带宽。
所述窄光谱光源采用宽光谱LED，同时在宽光谱光源的正下方设置窄带滤光片。
所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，还包括透光玻璃片，透光玻璃片设置在窄带滤光片的正下方。
所述一个以上的窄光谱光源的波长不同，且均处于600～1100nm范围内。
所述光电探测器为单点探测器。
所述光源架为圆形。
所述窄光谱光源与光电探测器间的距离在2cm～5cm之间。颗粒较大的固体颗粒物可以适当增加这个距离，以减小颗粒影响。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本实用新型采用几个特定波长的窄光谱光源，通过电路控制各个光源依次发光，使用一个探测器探测这几个特定波长的光信号。这种结构可以省去带复杂分光结构的光谱仪，如光栅光谱仪、傅立叶光谱仪等，使分析装置的结构大大简化，降低成本并利于便携化。
2、对比现有的透射方式、漫反射方式这两种固体颗粒物近红外检测方式，本实用新型所设计的探头无需样品池，省去了取样、装样等流程。探头利用了粮食等固体颗粒物的流动性，直接***粮食等固体颗粒物中使用，方便应用于便携式仪器，也可以应用于台式仪器。这一探头可以提高在很多场合检测的效率。同时漫透射方式保证了较大的光程，保证其检测效果。
附图说明
图1为本实用新型所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头的立体图。
图2为本实用新型所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头的结构示意图。
图3为本实用新型所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头的漫透射原理示意图。
附图标记的含义如下：
1-窄光谱光源、2-光源架、3-光电探测器、4-光电探测器保护筒、5-保护罩、6-窄带滤光片、7-透光玻璃片、8-光电探测器的感光面、9-导线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
如图1、2、3，一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，包括一个以上的窄光谱光源、光源架、光电探测器、光电探测器保护筒，以及控制电路；其中光电探测器保护筒位于光源架的中心轴上且光电探测器保护筒的顶端与光源架固定连接，光电探测器保护筒的底端安装有光电探测器，且光电探测器的感光面朝下；一个以上的窄光谱光源以光源架的中心轴为中心，均匀地朝下设置在光源架上；控制电路控制一个以上的窄光谱光源依次点亮。
探头接收的是粮食等固体颗粒物的漫透射光。多个分立的窄光谱光源组成一个较大的面光源，窄光谱光源与光电探测器的分布方式是本实施例的关键，光电探测器的感光面不直接面向窄光谱光源，窄光谱光源的光在固体颗粒物以及固体颗粒物之间的空隙中传播，只有部分漫透射光能够被光电探测器接收到，接收到的光含有固体颗粒物的成份信息。
探头的窄光谱光源部分由多个LED组成，各个LED的波长不同，处于600～1100nm范围内，这一波段是透射方法检测粮食成分的常用波段，同样适用于漫透射测量方式。LED的数量由具体应用确定。各个LED的具体波长的确定需要根据不同的待测样品，由近红外光谱分析方法优选出LED的波长。LED前面可以加窄带滤光片，进一步减小光源光谱的半峰宽。各个LED由电路控制依次点亮，同一时刻，光电探测器只能接收到一个LED光源产生的光信号。这种检测方式，可以省去结构复杂的光谱仪，大大简化仪器结构。多个LED及窄带滤光片固定在光源架上，光源架前有一块透光玻璃片保护窄带滤光片等元件，同时允许光通过。使用探头时，将探头***固体颗粒物，需保证透光玻璃片紧贴所测固体颗粒物样品。
光电探测器位于探头的前端。光电探测器感光面背对光源架，用于接收漫透射光，所有到达光电探测器的光都经过固体颗粒物及固体颗粒物之间的空隙，并多次改变方向，这些光携带固体颗粒物成份信息。光电探测器与光源架的中点之间有一定距离，这个距离保证窄光谱光源的光到达光电探测器时携带足够的固体颗粒物成份信息。这个距离在2cm～5cm之间，颗粒较大的固体颗粒物可以适当增加这个距离，以减小颗粒影响。
探头前有一块保护罩，用于保护光电探测器。保护罩使用600～1100nm的光线能够透过的透光材质，允许外界的光进入光电探测器。保护罩的外形有利于减小将探头***粮食等固体颗粒物时所施的力。保护罩固定在光电探测器保护筒前端，光电探测器保护筒同时固定并保护光电探测器与导线。
光电探测器保护筒为一空心圆筒，其一端固定有一个保护罩，使用600～1100nm的光线可以透过的透光材质，保护罩可以为实心的一块透明玻璃，其外形圆滑，方便将探头***粮食等固体颗粒物中。光电探测器固定在光电探测器保护筒内，光电探测器的感光面面向保护罩，用于接收光信号，光电探测器的导线放置在光电探测器保护筒内。
光电探测器保护筒与圆盘状的光源架固定在一起，光电探测器保护筒与光源架的中心轴方向一致。光源架上固定有多个窄光谱光源。窄光谱光源可以为窄带LED，或者为宽光谱LED经窄带滤光片限制光源带宽。窄光谱光源数量为多个，辐射对称排布，具体数量由样品的种类等实际情况确定，各个窄光谱光源的具体波长的确定需要根据不同的固体颗粒物样品，由近红外光谱分析方法优选出来。为保护窄带滤光片、LED等元件，光源架前固定有一块透光玻璃片。
使用探头检测固体颗粒物样品时，将光电探测器保护筒完全***待测固体颗粒物中，***后保证透光玻璃片与固体颗粒物样品贴紧。各个LED由电路控制依次分时点亮，每点亮一个LED，光电探测器接收到漫透射光信号，并转换为电信号并传输至后端电路***，电路***将电信号转换为强度数据。各个LED依次点亮，电路***获取各个窄光谱光源对应波段的漫透射光强度数据，用于成份分析。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型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实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：包括一个以上的窄光谱光源、光源架、光电探测器、光电探测器保护筒，以及控制电路；其中光电探测器保护筒位于光源架的中心轴上且光电探测器保护筒的顶端与光源架固定连接，光电探测器保护筒的底端安装有光电探测器，且光电探测器的感光面朝下；一个以上的窄光谱光源以光源架的中心轴为中心，均匀地朝下设置在光源架上；控制电路控制一个以上的窄光谱光源依次点亮。
2.根据权利要求1所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：还包括保护罩，保护罩安装于光电探测器保护筒的底部，用于保护光电探测器。
3.根据权利要求2所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：所述保护罩的形状为细圆筒状。
4.根据权利要求1所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：所述窄光谱光源采用窄光谱LED。
5.根据权利要求4所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：还包括窄带滤光片，窄带滤光片分别设置在一个以上的窄光谱光源的正下方。
6.根据权利要求1所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：所述窄光谱光源采用宽光谱LED，同时在宽光谱光源的正下方设置窄带滤光片。
7.根据权利要求5或6中任一权利要求所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：还包括透光玻璃片，透光玻璃片设置在窄带滤光片的正下方。
8.根据权利要求1所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：所述一个以上的窄光谱光源的波长不同，且均处于600～1100nm范围内。
9.根据权利要求1所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：所述光电探测器为单点探测器；所述光源架为圆形。
10.根据权利要求1所述一种用于固体颗粒物光谱无损检测的LED漫透射式探头，其特征在于：所述窄光谱光源与光电探测器间的距离在2cm～5cm之间。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |