無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀的製作方法
2023-07-30 09:51:27
無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀的製作方法
【專利摘要】無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，屬於水分檢測領域，是涉及一種採用近紅外光譜法測定物質水分含量的儀器。本發明結構簡單、緊湊，功耗低、測量精度高、穩定性好。本發明包括光路機構、檢測硬體電路及計算機，光路機構由LED光源、光電探測器、反射鏡及聚光鏡組成；光電探測器設置在反射鏡的上方；聚光鏡設置在光電探測器的上方；LED光源設置在反射鏡的側方；LED光源由測量光源、第一參比光源及第二參比光源組成；檢測硬體電路由第一信號發生器、第二信號發生器、第三信號發生器、第一移相電路、第二移相電路、第三移相電路、第一正交鎖相放大電路、第二正交鎖相放大電路、第三正交鎖相放大電路及前置放大電路組成。
【專利說明】無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀
【技術領域】
[0001]本發明屬於水分檢測領域，是涉及一種採用近紅外光譜法測定物質水分含量的儀器，特別是涉及無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，應用於冶金、食品、製藥、化工及環保等行業中的物質含水率的在線測定。
【背景技術】
[0002]近紅外水分測量為一種對物料非接觸式的檢測方法，具有響應速度快、精度高、可連續在線測量的特點。傳統的近紅外水分儀通常採用紅外滷素燈泡做光源，採用窄帶通濾光片對光源進行色散，將多個濾光片安裝在旋轉的切光碟上。一個濾光片對應一個波長，通常採用三個(一個測量，兩個參比)波長進行測量。由於切光碟是旋轉的，儀器中可動部件多，穩定性差；光線通過旋轉的濾光片分時照在被測物料上，測量光是斷續的；光源為紅外燈泡，產生的光譜範圍較寬，但有用波長光強佔比較小，燈泡發熱量大，且儀器功耗較大。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，該近紅外水分儀結構簡單、緊湊，功耗低、測量精度高、穩定性好。
[0004]為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:一種無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，包括光路機構、檢測硬體電路及計算機，光路機構由LED光源、光電探測器、反射鏡及聚光鏡組成；所述光電探測器設置在反射鏡的上方，聚光鏡設置在光電探測器的上方；所述LED光源設置在反射鏡的側方，LED光源由測量光源、第一參比光源及第二參比光源組成；所述檢測硬體電路由第一信號發生器、第二信號發生器、第三信號發生器、第一移相電路、第二移相電路、第三移相電路、第一正交鎖相放大電路、第二正交鎖相放大電路、第三正交鎖相放大電路及前置放大電路組成。
[0005]所述光電探測器設置在聚光鏡的焦點處。
[0006]所述光電探測器、反射鏡均固定在基板上。
[0007]所述測量光源的波段為1.94 μ m，第一參比光源的波段為1.82 μ m，第二參比光源的波段為2.15 μ m。
[0008]所述測量光源與第一信號發生器的輸入端相連，第一信號發生器的輸出端與第一移相電路的輸入端相連，第一移相電路的輸出端與第一正交鎖相放大電路的第一輸入端相連，第一正交鎖相放大電路的輸出端與計算機的第一路A/D轉換器輸入端相連；所述第一參比光源與第二信號發生器的輸入端相連，第二信號發生器的輸出端與第二移相電路的輸入端相連，第二移相電路的輸出端與第二正交鎖相放大電路的第一輸入端相連，第二正交鎖相放大電路的輸出端與計算機的第二路A/D轉換器輸入端相連；所述第二參比光源與第三信號發生器的輸入端相連，第三信號發生器的輸出端與第三移相電路的輸入端相連，第三移相電路的輸出端與第三正交鎖相放大電路的第一輸入端相連，第三正交鎖相放大電路的輸出端與計算機的第三路A/D轉換器輸入端相連；所述光電探測器與前置放大電路的輸入端相連，前置放大電路的輸出端分別與第一正交鎖相放大電路的第二輸入端、第二正交鎖相放大電路的第二輸入端、第三正交鎖相放大電路的第二輸入端相連。
[0009]本發明的有益效果:
[0010]本發明的無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，結構簡單、緊湊，功耗低、測量精度高、穩定性好；其具體有益效果如下:
[0011]1、本發明的光源由傳統儀器使用的紅外燈泡改為紅外LED光源，縮小了儀器體積；LED光源直接產生水分檢測所需的測量光源、第一參比光源及第二參比光源，無需調製盤，電機等可動部件。
[0012]2、本發明由傳統儀器的切光碟調製(有可動部件)分時測量改為對不同波長的LED進行不同頻率的電調製(無可動部件)的連續測量，LED光源不間斷地照射在被測物料上，實現非接觸在線連續測量，降低了儀器的維護量、簡化了儀器結構並延長了儀器的使用壽命;
[0013]3、本發明採用第一、第二、第三正交鎖相放大電路放大並解調被測信號和參考信號，提高了儀器的靈敏度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀的結構示意圖；
[0015]圖2為本發明的第一移向電路、第二移向電路或第三移向電路的電路原理圖；
[0016]圖3為本發明的前置放大電路的電路原理圖；
[0017]圖中，I—聚光鏡，2—光電探測器，3—反射鏡，4一基板，5—第一參比光源，6—測量光源，7—第二參比光源，8—被測物料，9一第二信號發生器，10—第一信號發生器，11一第二彳目號發生器，12—第二移向電路，13—第一移向電路，14一第二移向電路，15—第二正交鎖相放大電路，16一第一正交鎖相放大電路，17一第三正交鎖相放大電路,18一前置放大電路，19 一計算機。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0019]如圖1?3所示，一種無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，包括光路機構、檢測硬體電路及計算機19，光路機構由LED光源、光電探測器2、反射鏡3及聚光鏡I組成；所述光電探測器2設置在反射鏡3的正上方；聚光鏡I設置在光電探測器2的正上方；所述LED光源設置在反射鏡3的右側，LED光源由測量光源5、第一參比光源6及第二參比光源7組成；所述檢測硬體電路由第一信號發生器9、第二信號發生器10、第三信號發生器11、第一移相電路12、第二移相電路13、第三移相電路14、第一正交鎖相放大電路15、第二正交鎖相放大電路16、第三正交鎖相放大電路17及前置放大電路18組成。
[0020]所述光電探測器2設置在聚光鏡I的焦點處。
[0021]所述光電探測器2、反射鏡3均固定在基板4上。
[0022]所述測量光源6的波段為1.94 Pm，第一參比光源5的波段為1.82 Pm，第二參比光源7的波段為2.15 Um0
[0023]所述測量光源6與第一信號發生器10的輸入端相連,第一信號發生器10的輸出端與第一移相電路13的輸入端相連，第一移相電路13的輸出端與第一正交鎖相放大電路16的第一輸入端相連，第一正交鎖相放大電路16的輸出端與計算機19的第一路A/D轉換器輸入端相連；所述第一參比光源5與第二信號發生器9的輸入端相連,第二信號發生器9的輸出端與第二移相電路12的輸入端相連，第二移相電路12的輸出端與第二正交鎖相放大電路15的第一輸入端相連,第二正交鎖相放大電路15的輸出端與計算機19的第二路A/D轉換器輸入端相連；所述第二參比光源7與第三信號發生器11的輸入端相連，第三信號發生器11的輸出端與第三移相電路14的輸入端相連,第三移相電路14的輸出端與第三正交鎖相放大電路17的第一輸入端相連，第三正交鎖相放大電路17的輸出端與計算機19的第三路A/D轉換器輸入端相連；所述光電探測器2與前置放大電路18的輸入端相連，前置放大電路18的輸出端分別與第一正交鎖相放大電路16的第二輸入端、第二正交鎖相放大電路15的第二輸入端、第三正交鎖相放大電路17的第二輸入端相連。
[0024]所述第一移相電路13、第二移相電路12及第三移相電路14均由運算放大器U1，電阻Rl，電阻R2，電阻R3及電容Cl組成；運算放大器Ul的反相輸入端與電阻R2的一端相連，運算放大器Ul的同相輸入端與電阻R3的一端相連接，電阻R2的另一端與電阻R3的另一端相連，並作為所在移相電路的輸入端；電阻Rl的一端與運算放大器Ul的反相輸入端相連，電阻Rl的另一端與運算放大器Ul的輸出端相連，並作為所在移相電路的輸出端；電容Cl的一端同運算放大器Ul的同相輸入端相連接，電容Cl的另一端接地。
[0025]所述前置放大電路18由運算放大器U2，電阻R4及電容C2組成；電阻R4的一端同運算放大器U2反相輸入端相連，並作為前置放大電路18的輸入端；電阻R4的另一端同運算放大器U2的輸出端相連，並作為前置放大電路18的輸出端；電容C2同電阻R4並聯，運算放大器U2的同相輸入端接地。
[0026]所述第一信號發生器10、第二信號發生器9及第三信號發生器11的晶片型號均為X2206(可替換)；所述第一正交鎖相放大電路16、第二正交鎖相放大電路15及第三正交鎖相放大電路17的模擬乘法器的型號均為AD534 (可替換)，所述光電探測器2的型號為PD24-05-TEC-PR (可替換)，所述第一參比光源5的型號為LED17-PR (可替換)，所述測量光源6的型號為LED19-PR (可替換)，所述第二參比光源7的型號為LED22-PR (可替換)。
[0027]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】本發明的一次使用過程:
[0028]如圖1?3所示，本發明的無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，可測量運動中的被測物料8水分。在首次測量之前，採用烘乾法對被測物料8含水量和本發明水分儀的測量值進行標定。將標定後的本發明水分儀安裝在被測物料8的正上方，且本發明水分儀的反射鏡3與被測物料8的垂直距離為200±50mm,由測量光源6、第一參比光源5、第二參比光源7發出的紅外光照射到被測物料8上，經被測物料8漫散射後由聚光鏡I收集，聚光鏡I將收集到的散射光匯聚到光電探測器2上，光電探測器輸出信號經前置放大電路18放大後，分別進入第一、第二、第三正交鎖相放大電路得到三種頻率檢測信號，此三種頻率檢測信號分別同由第一、第二、第三信號發生器產生的三種不同頻率參考信號相乘，解調出與LED光源發出的三種紅外波長所對應的直流測量信號，通過計算機19對直流測量信號進行處理即可求得被測物料8的水分含量。
【權利要求】
1.一種無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，其特徵在於包括光路機構、檢測硬體電路及計算機，光路機構由LED光源、光電探測器、反射鏡及聚光鏡組成；所述光電探測器設置在反射鏡的上方，聚光鏡設置在光電探測器的上方；所述LED光源設置在反射鏡的側方，LED光源由測量光源、第一參比光源及第二參比光源組成；所述檢測硬體電路由第一信號發生器、第二信號發生器、第三信號發生器、第一移相電路、第二移相電路、第三移相電路、第一正交鎖相放大電路、第二正交鎖相放大電路、第三正交鎖相放大電路及前置放大電路組成。
2.根據權利要求1所述的無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，其特徵在於所述光電探測器設置在聚光鏡的焦點處。
3.根據權利要求1所述的無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，其特徵在於所述光電探測器、反射鏡均固定在基板上。
4.根據權利要求1所述的無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，其特徵在於所述測量光源的波段為1.94 u m,第一參比光源的波段為1.82 u m,第二參比光源的波段為2.15 u m。
5.根據權利要求1所述的無可動部件在線連續測量式近紅外水分儀，其特徵在於所述測量光源與第一信號發生器的輸入端相連，第一信號發生器的輸出端與第一移相電路的輸入端相連，第一移相電路的輸出端與第一正交鎖相放大電路的第一輸入端相連，第一正交鎖相放大電路的輸出端與計算機的第一路A/D轉換器輸入端相連；所述第一參比光源與第二信號發生器的輸入端相連，第二信號發生器的輸出端與第二移相電路的輸入端相連，第二移相電路的輸出端與第二正交鎖相放大電路的第一輸入端相連，第二正交鎖相放大電路的輸出端與計算機的第二路A/D轉換器輸入端相連；所述第二參比光源與第三信號發生器的輸入端相連，第三信號發生器的輸出端與第三移相電路的輸入端相連，第三移相電路的輸出端與第三正交鎖相放大電路的第一輸入端相連，第三正交鎖相放大電路的輸出端與計算機的第三路A/D轉換器輸入端相連；所述光電探測器與前置放大電路的輸入端相連，前置放大電路的輸出端分別與第一正交鎖相放大電路的第二輸入端、第二正交鎖相放大電路的第二輸入端、第三正交鎖相放大電路的第二輸入端相連。
【文檔編號】G01N21/27GK103760116SQ201410038253
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月27日 優先權日:2014年1月27日
【發明者】李新光, 宋端陽, 劉雨楠 申請人:東北大學