[发明专利]工业在线近红外光谱检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及近红外光谱检测装置，尤其是工业在线近红外光谱检测装置。

背景技术

伴随着化学计量学的发展，近红外光谱分析技术自二十世纪80年代后期兴起，已成为一门独立的分析技术，凭借其分析速度快、不破坏样品、不用试剂、不污染环境等特点，其应用领域日益拓展。

为最终获得合格的产品，现代化大型流程工业生产需要对生产过程进行有效及时的监控，而离线实验室分析数据往往滞后于生产过程，需要调整的过程参数往往不能及时实施，甚至还会导致中间产物或最后产品的返工或报废。近红外光谱分析技术可以在短时间内无损地对产品进行检测，能够满足工业控制的实时监测要求，二十世纪90年代起，陆续出现了近红外光谱工业在线分析系统，该系统的硬件主要构成包括：光谱仪、自动取样系统、测样装置、样品预处理系统等部分，此外，还有防爆系统、户外分析小屋等辅助部分。近红外光谱工业在线分析系统使整个生产过程得到监控，降低了生产成本，提高了产品质量。具体检测过程如下：首先，由自动取样系统将测量样品通入测样装置，由光谱仪获得经过吸收的近红外光谱谱图，再经过运算处理，通过已经建立的数学模型对测量样品的待测属性进行模型预测，得到预测的结果。在该系统实施具体检测的过程中，光谱仪处于核心地位。由光谱仪对经过样品吸收的近红外光谱进行检测，通过运算得到吸光度谱图T，具体计算公式为T=-lg(IsIref),]]>其中I_s为测量样品光强谱图，I_ref为参比物质的参考光强谱图。吸光度谱图中的特征峰反映了样品所含基团组成。所以，吸光度谱图是后期软处理、建模运算的基础，光谱仪对同种样品在不同时间进行多次测量，获得的吸光度谱图必须具有良好的重复性，如此才能保证模型预测结果具有良好的重复性。然而，该重复性往往会受到各种硬件因素变化的干扰。

目前工业在线的近红外光谱检测装置仍然存在不少缺陷。针对某一路工艺管道，现在的在线检测装置只装配了一条光路，这种单光路配置会导致模型预测结果的重复性受到干扰，其具体表现在：首先，当近红外光源使用较长时间以后，光强和光谱特性均会发生改变，测量所得的样品谱图整体光强会减弱，谱图的整体波形也会发生变化，模型预测的结果就会产生较大的偏差，影响产品的质量控制；其次，光谱仪中的检测器在长时间连续工作后会发生灵敏度下降和波长点漂移问题，这同样会影响样品预测结果的精度。另外，当光谱仪检测到谱图光强大幅度下降时，很难探明故障的具体发生位置，因为光源的老化和采样管玻璃窗口受污染都会导致谱图光强的下降。

在离线的实验室条件下，可通过在离线光谱检测装置上先测量待测样品谱图，将待测样品取出后，再测量参比物质谱图，然后对待测样品和参比物质的谱图进行运算处理来解决上述问题。但是，在工业现场在线运行的近红外光谱检测装置上，用人工方法实现待测样品和参比物质的交替测量非常繁琐耗时，也不可取。为了解决这个问题，迫切需要一种能够稳健预测样品属性的工业在线近红外光谱简易测量装置。

发明内容

鉴于现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种结构简单，测量精度高，重复性好的工业在线近红外光谱检测装置。

本发明的工业在线近红外光谱检测装置，包括一个近红外光源，一个近红外光谱仪，两根三分叉光纤，两根两端均用密封盖密封的参比测量采样管、和一根在线测量采样管，第一参比测量采样管内置满空气，第二参比测量采样管内置满间二甲苯，在两根参比测量采样管和一根在线测量采样管的管壁上各自开有相对应的一对光路孔，在光路孔上均安装有玻璃窗口，近红外光源通过第一根三分叉光纤的三分叉端分别与两根参比测量采样管和一根在线测量采样管的入射光路孔连接，在两根参比测量采样管和一根在线测量采样管的出射光路孔处分别安装有一个挡光机构，各挡光机构分别与第二根三分叉光纤的三分叉端连接，第二根三分叉光纤的另一端与近红外光谱仪连接。

上述的挡光机构用于实现光路的开关，挡光机构可由牵引电磁铁和与之连接的挡光板构成。