[發明專利]置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實時分析儀器

無效

• 申請號: 200910187800.8
• 申請日: 2009-10-10
• 公開（公告）號: CN101672766A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 劉輝;佟超;李明東;張堯東;李輝;趙龍;張建;龔亞林;尹德有;許洋;劉小玲
• 申請（專利權）人: 丹東東方測控技術有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/47
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司
• 代理人: 孫國瑞

技術領域

本發明涉及一種光電檢測分析儀，具體說涉及一種置有漫反射聚光鏡的過程自動控制儀表。

背景技術

工業化生產中，為了提高產品質量，降低能源消耗，保護環境，提高經濟效益，通常在生產過程中對被測物中的某些成分含量進行在線監測和控制。例如在冶煉工業中原料的主要成分及水分含量的監測；食品、固體飲料等工業生產中原料、中間品和最終產品中不同狀態脂肪、糖分、蛋白質及水分的含量的監測。這些監測的實現有很大一部分都采用光學檢測方式，而這些方式的實現要突破傳統實驗室產品設計理念，與在線檢測的特點相結合，設計出適用于在線實時測量的檢測儀表。

工業在線檢測的困難在于現場環境較為復雜，其技術難度遠遠超出實驗室環境。為滿足在線監測的需要，必須結合實際情況具體設計。例如通過光學檢測手段對傳送帶上固態物料表面的成分分析時，以往的很多在線分析儀器檢測結果都受檢測物料表面與儀器距離的影響。究其主要原因在于檢測物與儀器距離變化時，進入光電探測器的光信號強度也隨之變化很大，如球面聚光鏡的儀器光信號的最大值與最小值之比大于10。通常情況下光電探測器都有一定的線性區間，當光信號強度變化較大時，光電探測器的電信號轉化存在非線性效應，因而影響了最終結果的準確性。針對此類問題有很多人都是對電路進行改進，通過電路的補償或是后續算法中對此進行修正，雖然此種方法能在最大程度上消除對測量結果的影響，但是也存在很大問題，包括設計難度大、開發周期長、需多次試驗測試、開發費用大、風險極高，有很多廠商的產品最終也達不到預期效果。本發明的主要目的就是設計出一種易于實現的光學反光鏡頭，解決檢測物料表面與儀器距離變化時而光強隨之變化較大所帶來的一系列的問題。該鏡頭可以實現檢測物料表面與儀器距離變化較大時，而通過此反射鏡頭收集的光信號強度變化較小，取保其變化強度在光電探測器檢測的近似線性區間內。

發明內容

針對傳送帶上物料表面漫反射光實時采集時，物料表面與檢測儀器的距離動態變化而引起采集光強的大范圍變化問題，本發明所采取的方法是采用一種能固定變焦的多焦距漫反射聚光鏡，自動消除光強大范圍內變化對光電探測器能量非線性在計算中影響。

解決上述技術問題所采取的具體技術方案是：一種置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實時分析儀器，包括光源、光電探測器，其特征是：在在線式實時分析儀器中光電探測器上方安裝一種多焦距漫反射聚光鏡，多焦距漫反射聚光鏡是由多個同軸表面連續但曲率不連續的環面組成；多焦距漫反射聚光鏡的每個環面的焦距都不同，環面的大小由漫反射的立體角按余弦積分等比分配決定。

本發明的有益效果：

由于本實用新型采用多焦距漫反射聚光鏡，經由多焦距漫反射聚光鏡匯聚的光投射在光電探測器上的光強變化范圍較小，光信號的最大值與最小值之比小于2，而相同情況下，已有的球面聚光鏡的儀器光信號的最大值與最小值之比大于10。此鏡頭的應用有利于光電探測器光電信號轉換，在動態測量過程中漫反射聚光鏡收集漫反射光時，可以有效解決光強大范圍變化對光電探測器能量非線性在計算中的影響問題。

本實用新型的多焦距漫反射聚光鏡的每個環面都是同軸回轉面，易于加工，制造成本低，即適合單件試驗生產，也可批量化模具鑄造。整機結構裝配簡單，有效降低整機復雜系數，便于各部分分工設計協作完成。

附圖說明

圖1是本發明的試驗裝置結構示意圖。

圖2是多焦距漫反射聚光鏡光路示意圖。

圖3是多焦距漫反射聚光鏡局部剖面示意圖。

具體實施方式

參照說明書附圖具體說明本發明的具體實施方法。

圖1是本發明的試驗方法示意圖，在在線式實時分析儀器試驗中，裝有光源1和光電探測器2，光電探測器2上方置有由多個同軸環面組成的多焦距漫反射聚光鏡3，試驗儀器下部放有被測物料4。

多焦距漫反射聚光鏡3的每個環面的焦距都不同，環面連續但曲率半徑不連續，環面的大小由漫反射的立體角按余弦積分等比分配決定。光源1發出的光束照射在被測物料4表面，當檢測物料4表面與多焦距漫反射聚光鏡距離3動態變化時，經由多焦距漫反射聚光鏡3匯聚的光投射在光電探測器2上的光強變化范圍很小，達到消除動態測量時，光電探測器光強能量非線性響應對于計算影響的問題。

圖2是多焦距漫反射聚光鏡光路示意圖，在有效范圍內，多焦距漫反射聚光鏡3匯聚檢測物料4表面的漫反射光在光電探測器2處，接收到的光強動態變化范圍很小。