便攜式礦物紅外光譜儀的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種適合野外應用的便攜式礦物近紅外光譜儀器。
【背景技術】
[0002]近紅外光譜NIRS (Near Infrared Spectra)屬于分子振動光譜,是基頻分子振動的倍頻與合頻，包含豐富的氫基團(C一H、ο— H、S— H、N— H書特征信息。當分子受到近紅外光線照射時，被激發產生共振，從而吸收光的一部分能量。測量其吸收光，可得到反映被測物質特征的圖譜，即吸收光譜。許多物質在近紅外區域有豐富的吸收光譜，而且每種成分都有其吸收特征，因此可根據物質的近紅外光譜分析物質的成分和含量。
[0003]20世紀80年代后，隨著計算機技術的迅速發展，以及化學計量學方法在解決光譜信息提取和消除背景干擾方面取得的良好效果，數字化光譜儀器與化學計量學方法的結合標志著現代近紅外光譜技術的形成。依據礦物中部分分子官能團對近紅外光的吸收特性，獲得其物質成分及含量的信息。傳統的礦物分析需要在實驗室環境下工作。野外地質工作者無法現場測定巖石礦物組成，只能從野外采樣、回到實驗室進行分析鑒定，嚴重地制約了野外地質工作。傳統的檢測破壞樣品、污染環境；測量精度低、速度慢；嚴重制約了測量的時間和所產生的社會效益。
【發明內容】
[0004]為了解決上述問題本發明采用單光路光柵掃描，設計了一種便攜式、連續全光譜的礦物紅外光譜儀。
[0005]本發明是通過以下技術方案來實現:
便攜式礦物紅外光譜儀，包括樣品、光源和探測器，其特征在于:光源通過透鏡系統調制到切光器上；切光器通過分光系統與積分球連接，該積分球的另一端設有樣品池，同時積分球通過傳感器傳輸到放大系統，放大系統與數據采集模塊相連接，數據采集模塊通過串口傳輸到上層控制系統上，上層控制系統通過單片機控制系統與波掃描驅動連接。
[0006]所述積分球連接有探測器。
[0007]所述分光系統采用交叉復折式單光路光柵掃描結構口。
[0008]所述光源系統選用齒鶴燈。
[0009]本發明有益的技術效果:
由切光器對光源發出的復合光進行調制，調制后的光由分光系統分光后得到指定波段的近紅外光線，該光線經過積分球照射在位于積分球另一端的樣品池上，與樣品發生作用后從其表面漫反射回來的光在積分球內部均勻后，照到傳感器上，轉變為電信號，由放大系統模塊調理后通過數據采集模塊轉換為數字信號，通過串口傳輸到便攜機，上層軟件根據樣品及背景的檢測信號得出樣品的反射率或吸光度光譜數據，并顯示其光譜圖。本發明可直接對目標進行測定；測量精度高，測量速度快；投資及操作費用低的特點；設計結構合理、簡捷、體積較小，適合野外應用的基本要求。
【附圖說明】
[0010]圖1本發明便攜式礦物近紅外儀結構圖。
[0011]圖2本發明便攜式礦物近紅外儀光路圖。
【具體實施方式】
[0012]便攜式礦物紅外光譜儀，包括樣品、光源和探測器，其特征在于:光源通過透鏡系統調制到切光器上；切光器通過分光系統與積分球連接，該積分球的另一端設有樣品池，同時積分球通過傳感器傳輸到放大系統，放大系統與數據采集模塊相連接，數據采集模塊通過串口傳輸到上層控制系統上，上層控制系統通過單片機控制系統與波掃描驅動連接。
[0013]具體地說，儀器由切光器對光源發出的復合光進行調制，調制后的光由分光系統分光后得到指定波段的近紅外光線，該光線經過積分球照射在位于積分球另一端的樣品池上，與樣品發生作用后從其表面漫反射回來的光在積分球內部均勻后，照到傳感器上，轉變為電信號，由放大系統模塊調理后通過數據采集模塊轉換為數字信號，通過串口傳輸到便攜機，上層軟件根據樣品及背景的檢測信號得出樣品的反射率或吸光度光譜數據，并顯示其光譜圖。
[0014]儀器光路主要包括光源系統、切光器、分光系統、積分球。光源(選用鹵鎢燈)的復合光通過透鏡系統聚焦后被切光器調制。調制后的光由分光系統進行分光，形成一系列按波長大小順序排列的各譜段的光譜。分光系統采用交叉復折式單光路光柵掃描結構口，解決了系統部件安裝空間與系統體積之間的矛盾，既為積分球和切光器提供了足夠的安裝空間，又保證了系統滿足整體體積小的要求。利用步進電機轉動改變光柵的入射角度，使所需波段的單色光依次從出射狹縫射出，經過積分球照射在樣品上，由樣品漫反射后，積分球對其多次反射進行累積。探測器對此累積后的包含樣品信息的波長連續的單色光進行光電轉換后送往電路部分進行處理。
[0015]光源系統采用微調結構保證鹵鎢燈的燈絲準確地成像在分光系統的入射狹縫上。切光器(又稱為斬光器或調制器)將光源發出的直流光信號轉換為交流信號以便于放大和抑制噪聲。積分球入射窗安裝于分光系統的出射處、使分光系統的出射光盡可能全部照射在樣品窗，以減小系統的背景信號；其探測窗連接探測器，同時應盡量保證樣品被測位置和探測器接受位置位于積分球內壁球面上。
[0016]本發明儀器，光路設計上采用了交叉復折式單光路，機械設計上采用精密零部件、微調機構結構，電路設計上采用鎖定放大、同步累積等微弱信號檢測方法及采用低功耗設計和間斷式工作方式。本發明可直接對目標進行測定；測量精度高，測量速度快；投資及操作費用低的特點；設計結構合理、簡捷、體積較小，適合野外應用的基本要求。
【主權項】
1.便攜式礦物紅外光譜儀，包括樣品、光源和探測器，其特征在于:光源通過透鏡系統調制到切光器上；切光器通過分光系統與積分球連接，該積分球的另一端設有樣品池，同時積分球通過傳感器傳輸到放大系統，放大系統與數據采集模塊相連接，數據采集模塊通過串口傳輸到上層控制系統上，上層控制系統通過單片機控制系統與波掃描驅動連接。2.如權利要求1所述的便攜式礦物紅外光譜儀，其特征在于:所述積分球連接有探測器。3.如權利要求1所述的便攜式礦物紅外光譜儀，其特征在于:所述分光系統采用交叉復折式單光路光柵掃描結構口。4.如權利要求1所述的便攜式礦物紅外光譜儀，其特征在于:所述光源系統選用鹵鎢燈。
【專利摘要】本發明涉及一種適合野外應用的便攜式礦物近紅外光譜儀器。便攜式礦物紅外光譜儀，包括樣品、光源和探測器，光源通過透鏡系統調制到切光器上；切光器通過分光系統與積分球連接，該積分球的另一端設有樣品池，積分球通過傳感器傳輸到放大系統，放大系統與數據采集模塊相連接，數據采集模塊通過串口傳輸到上層控制系統上，上層控制系統通過單片機控制系統與波掃描驅動連接。本發明可直接對目標進行測定；測量精度高，測量速度快；投資及操作費用低的特點；設計結構合理、簡捷、體積較小，適合野外應用的基本要求。
【IPC分類】G01N21/47, G01N21/359
【公開號】CN105628643
【申請號】CN201410600262
【發明人】張淑芬
【申請人】陜西啟源科技發展有限責任公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年10月31日