[发明专利]一种基于复合抛物面聚光器的小型近红外光谱仪光学系统

说明书

本发明公开了一种基于复合抛物面聚光器的小型近红外光谱仪光学系统，涉及光谱分析仪器技术领域，系统包括一个光学平台，光学平台上依次设置有：光源、滤光装置、第一聚焦机构、样品室、第二聚焦机构和光谱探测器；所述光源能够发出多个不同波长的近红外光，近红外光经过滤光装置后形成单色近红外光；所述第一聚焦机构对所述单色近红外光进行第一次聚焦；所述样品室设置在聚焦光斑处；所述第二聚焦机构对待测样品透射的发散近红外光进行第二次聚焦；所述光谱探测器接收并检测不同波长的近红外光谱信号。本发明实现了仪器低成本、低功耗、小型化、简单化，光照度分布较均匀，提高了近红外光谱仪的光通量，进而增大了仪器的信噪比和整体分析精度。

技术领域

本发明涉及光谱分析仪器技术领域，尤其涉及一种基于复合抛物面聚光器的小型近红外光谱仪光学系统。

背景技术

基于近红外光谱技术的分析方法以快速、无损伤、无试剂、适用样品范围广、可多组分同时分析等特点，在农业、食品、石油化工、医学等领域得到了广泛的应用。当近红外光入射到待测样品后，透射光为近红外光与样品分子相互作用后的光并且携带了样品组分和结构的信息，再经过色散元件分为不同波长的单色光，由探测器接收样品光谱信号，最后利用化学计量学软件对样品的光谱进行定性、定量分析。近红外光谱分析技术是近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三者的结合，而光谱仪器是该技术的基础和前提，它的性能直接影响着对光谱信号的有效分析。目前，许多国家已经建立了专门的科研团队进行相关应用领域的仪器研发，而降低仪器成本且保持足够的分析性能成为当今近红外光谱仪器研制的主导方向。近红外光谱技术在我国应用范围广、市场容量大，但是目前国内生产的近红外商用仪器还不多，大部分是国外公司产品。因此，在我国开发近红外光谱仪器基础软硬件，进行降低仪器成本、提高仪器性能等研究具有重要的现实意义。

按照分光元件不同，近红外光谱仪器一般分为：滤光片型、光栅色散型、傅里叶变换型和声光调制滤光型。光栅色散型、傅里叶变换型光谱仪虽然有信噪比高、分辨率高的优点，但是由于内部有可移动的分光器件，其抗震性差，机械轴易磨损，影响波长重复性，并且系统结构复杂，对加工的精度要求高，不利于小型化、低成本光谱仪器的研制。而滤光片型光谱仪具有成本低、结构简单、坚固稳定、光通量大等特点，成为近红外光谱仪器研究的重要发展方向。随着LED性能的提高，能满足光谱仪对光源低损耗、高亮度、长寿命、易控制的要求，再配合滤光片，可用来设计更小型化的光谱仪器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于复合抛物面聚光器的小型近红外光谱仪光学系统，方法简单且可操作性强，装置的成本较低，稳定性高，更适合于手提式光谱仪器。

为了实现上述目的，本发明的方案是：

一种基于复合抛物面聚光器的小型近红外光谱仪光学系统，所述系统包括一个光学平台，所述光学平台上依次设置有：光源、滤光装置、第一聚焦机构、样品室、第二聚焦机构和光谱探测器；所述光源能够发出多个不同波长的近红外光；所述滤光装置与光源对应设置，近红外光经过滤光装置后形成单色近红外光；所述第一聚焦机构对所述单色近红外光进行第一次聚焦，产生聚焦光斑；所述样品室设置在聚焦光斑处，用于放置待测样品；所述第二聚焦机构左右成非对称结构，对待测样品透射的发散近红外光进行第二次聚焦；所述光谱探测器接收并检测不同波长的近红外光谱信号。

进一步的，所述光源包括光源盘及固定在光源盘上的9个LED，9个LED排列为3×3的正方形，每个LED等间隔分布；由电路控制9个LED在不同时刻分别发出不同波长的近红外光。

进一步的，所述滤光装置包括滤光片盘以及固定在滤光片盘上的9个滤光片，每个滤光片与所述每个LED一一对应设置，9个滤光片排列为3×3的正方形结构，每个滤光片等间隔分布，不同位置处的滤光片的中心波长与对应的LED的峰值波长一致。

进一步的，所述第一聚焦机构为聚焦透镜，将近红外光聚焦为比较均匀的光斑并照射到样品室中的待测样品上；所述第一聚焦机构的中心与光源的中心、滤光装置的中心都在同一条直线上。