[發明專利]一種基于復合拋物面聚光器的小型近紅外光譜儀光學系統

有效

• 申請號: 201710568925.X
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107167448B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 高靜;韓光;盧啟鵬
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/01
• 代理公司: 北京思格頌知識產權代理有限公司 11635
• 代理人: 潘珺

本發明公開了一種基于復合拋物面聚光器的小型近紅外光譜儀光學系統，涉及光譜分析儀器技術領域，系統包括一個光學平臺，光學平臺上依次設置有：光源、濾光裝置、第一聚焦機構、樣品室、第二聚焦機構和光譜探測器；所述光源能夠發出多個不同波長的近紅外光，近紅外光經過濾光裝置后形成單色近紅外光；所述第一聚焦機構對所述單色近紅外光進行第一次聚焦；所述樣品室設置在聚焦光斑處；所述第二聚焦機構對待測樣品透射的發散近紅外光進行第二次聚焦；所述光譜探測器接收并檢測不同波長的近紅外光譜信號。本發明實現了儀器低成本、低功耗、小型化、簡單化，光照度分布較均勻，提高了近紅外光譜儀的光通量，進而增大了儀器的信噪比和整體分析精度。

技術領域

本發明涉及光譜分析儀器技術領域，尤其涉及一種基于復合拋物面聚光器的小型近紅外光譜儀光學系統。

背景技術

基于近紅外光譜技術的分析方法以快速、無損傷、無試劑、適用樣品范圍廣、可多組分同時分析等特點，在農業、食品、石油化工、醫學等領域得到了廣泛的應用。當近紅外光入射到待測樣品后，透射光為近紅外光與樣品分子相互作用后的光并且攜帶了樣品組分和結構的信息，再經過色散元件分為不同波長的單色光，由探測器接收樣品光譜信號，最后利用化學計量學軟件對樣品的光譜進行定性、定量分析。近紅外光譜分析技術是近紅外光譜儀、化學計量學軟件和應用模型三者的結合，而光譜儀器是該技術的基礎和前提，它的性能直接影響著對光譜信號的有效分析。目前，許多國家已經建立了專門的科研團隊進行相關應用領域的儀器研發，而降低儀器成本且保持足夠的分析性能成為當今近紅外光譜儀器研制的主導方向。近紅外光譜技術在我國應用范圍廣、市場容量大，但是目前國內生產的近紅外商用儀器還不多，大部分是國外公司產品。因此，在我國開發近紅外光譜儀器基礎軟硬件，進行降低儀器成本、提高儀器性能等研究具有重要的現實意義。

按照分光元件不同，近紅外光譜儀器一般分為：濾光片型、光柵色散型、傅里葉變換型和聲光調制濾光型。光柵色散型、傅里葉變換型光譜儀雖然有信噪比高、分辨率高的優點，但是由于內部有可移動的分光器件，其抗震性差，機械軸易磨損，影響波長重復性，并且系統結構復雜，對加工的精度要求高，不利于小型化、低成本光譜儀器的研制。而濾光片型光譜儀具有成本低、結構簡單、堅固穩定、光通量大等特點，成為近紅外光譜儀器研究的重要發展方向。隨著LED性能的提高，能滿足光譜儀對光源低損耗、高亮度、長壽命、易控制的要求，再配合濾光片，可用來設計更小型化的光譜儀器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于復合拋物面聚光器的小型近紅外光譜儀光學系統，方法簡單且可操作性強，裝置的成本較低，穩定性高，更適合于手提式光譜儀器。

為了實現上述目的，本發明的方案是：

一種基于復合拋物面聚光器的小型近紅外光譜儀光學系統，所述系統包括一個光學平臺，所述光學平臺上依次設置有：光源、濾光裝置、第一聚焦機構、樣品室、第二聚焦機構和光譜探測器；所述光源能夠發出多個不同波長的近紅外光；所述濾光裝置與光源對應設置，近紅外光經過濾光裝置后形成單色近紅外光；所述第一聚焦機構對所述單色近紅外光進行第一次聚焦，產生聚焦光斑；所述樣品室設置在聚焦光斑處，用于放置待測樣品；所述第二聚焦機構左右成非對稱結構，對待測樣品透射的發散近紅外光進行第二次聚焦；所述光譜探測器接收并檢測不同波長的近紅外光譜信號。

進一步的，所述光源包括光源盤及固定在光源盤上的9個LED，9個LED排列為3×3的正方形，每個LED等間隔分布；由電路控制9個LED在不同時刻分別發出不同波長的近紅外光。

進一步的，所述濾光裝置包括濾光片盤以及固定在濾光片盤上的9個濾光片，每個濾光片與所述每個LED一一對應設置，9個濾光片排列為3×3的正方形結構，每個濾光片等間隔分布，不同位置處的濾光片的中心波長與對應的LED的峰值波長一致。

進一步的，所述第一聚焦機構為聚焦透鏡，將近紅外光聚焦為比較均勻的光斑并照射到樣品室中的待測樣品上；所述第一聚焦機構的中心與光源的中心、濾光裝置的中心都在同一條直線上。