一种近红外光谱自动在线检测装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种近红外光谱自动在线检测装置及控制方法。该装置包括自动送样系统和近红外光谱采集系统2部分。其中，自动送样系统包括间歇式进样机构和位于所述间歇式进样机构上方的样品旋转机构，近红外光谱采集系统包括漫反射和漫透射集成采集光路及其光源调控机构。本发明专利技术创新性提出在一台光谱检测装置上集成漫反射和漫透射两种采集模式，提供了多工位自动进样，实现了光源角度可调和待检样品旋转，提高了光谱仪在线检测效率，可获得较全面的样品光谱采集信息，给科研及生产提供了极大便利。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农产品质量安全光学无损检测，特别涉及一种漫反射和漫透射集成的近红外光谱自动进样在线检测装置及控制方法。
技术介绍
近年来，光谱检测技术得到了飞速发展，其应用也扩展至各个领域。但，目前光谱检测装置普遍采用单一的光谱采集方式（反射或透射），未见同时将两种光谱采集模式集成的检测仪器；现有的光谱检测仪进样方式，多采用人工单个进样，尤其是用于科研和教学的光谱检测仪，均未实现自动进样和在线检测。同时，现有仪器对于样品的光谱采集基本都是采集单一区域的光谱信息，这对于获取待测样品的光谱信息是不全面的，若要采集单个样品多个区域的光谱信息需人工将样品转换位置再重新采集光谱信息，这给采集工作势必会带来极大不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有光谱检测装置的缺点与不足，提供一种漫反射和漫透射集成的近红外光谱自动进样在线检测装置及控制方法，以完成多个待测样品自动进样，并利用漫反射和漫透射光谱采集实现对单个样品多区域的光谱自动检测。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种近红外光谱自动在线检测装置，包括自动送样系统和近红外光谱采集系统，其中，所述自动送样系统包括位于下方的间歇式进样机构和位于所述间歇式进样机构上方的样品旋转机构；所述的近红外光谱采集系统包括漫反射和漫透射集成采集光路及光源调控机构；所述间歇式进样机构包括设有多个样品位的进样转盘、多个试管夹具、转盘驱动盘、第一驱动机构，其中进样转盘的每一样品位的上部设有夹具孔，下部设有用于置入盛样试管的试管孔，多个试管夹具分别放置在进样转盘的夹具孔中，进样转盘的底部连接转盘驱动盘，第一驱动机构连接转盘驱动盘，并经转盘驱动盘带动进样转盘及试管夹具转动，第一驱动机构运转一次，进样转盘转动第一角度，即移动一个样品位，将一个样品送入光谱采集工位；所述样品旋转机构包括第二驱动机构、凸轮传动轴、凸轮传动箱、超越离合器、凸轮、锥齿轮副、夹具驱动轴、夹具驱动盘，第二驱动机构通过联轴器连接凸轮传动轴的一端，该凸轮传动轴经深沟球轴承安装于凸轮传动箱上，且位于凸轮传动箱内的凸轮传动轴上经超越离合器安装凸轮，凸轮传动轴的另一端经锥齿轮副连接夹具驱动轴的一端；所述凸轮经凸轮滚子及推杆连接轴承架；所述夹具驱动轴的中部两处分别经深沟球轴承安装于凸轮传动箱外部的一端及轴承架内，且夹具驱动轴的另一端固定连接用于驱动所述试管夹具转动的夹具驱动盘；当凸轮传动轴正转时，超越离合器处于传动状态，凸轮随凸轮传动轴转动而转动，并通过凸轮滚子及推杆带动轴承架、夹具驱动盘向下或向上移动，同时凸轮传动轴经锥齿轮副带动夹具驱动轴、夹具驱动盘正转180度后与一试管夹具对接；当凸轮传动轴反转时，超越离合器处于超越状态，凸轮不能被传动，夹具驱动盘不上、下移动，仅凸轮传动轴经锥齿轮副、夹具驱动轴带动夹具驱动盘反转第二角度，保证夹具驱动盘与试管夹具有效接触；所述漫反射和漫透射集成采集光路包括光谱仪、可控光路切换器、第一准直镜、第二准直镜、第一、二光源，所述第一、二光源经光源调控机构对称设置于所述光谱采集工位的盛样试管前方两侧，第一准直镜架设于盛样试管前方，第二准直镜架设于盛样试管后方，且第一、二准直镜经近红外石英光纤及可控光路切换器连接光谱仪。所述光源调控机构包括第三步进电机、第三联轴器、丝杠螺母副、对称四杆机构、底座、第一丝杆架、第二丝杆架，所述第一、二丝杆架安装固定于底座上，且所述丝杠螺母副的丝杠经轴承固定于第一、二丝杆架上，所述丝杠螺母副的移动螺母外侧固定设置连接块；所述对称四杆机构的前端铰接于所述连接块上，后端铰接于底座上，且对称四杆机构的两侧分别设置第一、二光源；所述第三步进电机连接丝杠螺母副的丝杠一端，当第三步进电机带动丝杠螺母副的丝杠转动时，丝杠螺母副的移动螺母带动连接块一起前后移动，使第一、二光源围绕光谱采集工位的盛样试管作10－90度转动。所述对称四杆机构包括第一、二、三、四杆，其中第一杆的一端与第二杆的中部铰接，第四杆的一端与第三杆的中部铰接，且第一杆的另一端与第四杆的另一端相邻铰接于所述连接块上，第二杆的一端与第三杆的一端相邻铰接于所述底座上，并使第一、二杆与第三、四杆呈对称状态设置。所述对称四杆机构的第二、三杆的自由端分别固定第一、二光源固定架，所述第一、二光源固定于所述第一、二光源固定架上。所述试管夹具位于一夹具圆形导轨内。所述转盘驱动盘的底部承重连接圆锥滚子轴承，且所述转盘驱动盘的底部连接转盘底座轴承。所述试管夹具包括夹具体、弹簧夹块、弹簧、紧定螺钉，该夹具体的中部设置截面与盛样试管外形相匹配的放置孔，且该夹具体上经紧定螺钉设置弹簧，弹簧的末端设置用于卡紧盛样试管的弹簧夹块。所述试管夹具夹持盛样试管的2/3位置处。所述超越离合器为滚柱式超越离合器，所述滚柱式超越离合器传动时，内圈正转，并传动至外圈；所述滚柱式超越离合器超越时，内圈反转，不能传动至外圈。在本专利技术实施例中，配合第二驱动机构正反转可实现正反转传动至不同机构，其中正转传动至凸轮和锥齿轮副，反转只传动至锥齿轮副。所述夹具驱动轴的另一端经夹具驱动连接件固定安装所述夹具驱动盘。所述夹具驱动轴的运转轨迹周侧设置第一导轨。所述凸轮的从动件——凸轮滚子及推杆的运动规律为正弦加速度运动，凸轮运动循环具有推程、远休、回程、近休四个阶段，且凸轮设置有配合超越离合器的传动接口。另外，本专利技术还提供了一种上述近红外光谱自动在线检测装置的控制方法，其包括下述步骤：S1、间歇式进样机构在第一驱动机构驱动下，使转盘驱动盘转动第一角度，一样品移至光谱采集工位；S2、样品旋转机构的第二驱动机构正转180度，超越离合器处于传动状态，超越离合器带动凸轮转动，并通过凸轮滚子及推杆带动夹具驱动盘向下运动，同时凸轮传动轴经锥齿轮副带动夹具驱动盘正转180度，使夹具驱动盘与一试管夹具实现对接；S3、样品旋转机构的第二驱动机构反转大于180度的第二角度，超越离合器处于超越状态，凸轮不能被驱动，凸轮传动轴经锥齿轮副带动夹具驱动盘反向转动第二角度，并使夹具驱动盘与试管夹具有效连接，这时启动光谱仪进行第一次光谱采集；S4、样品旋转机构的第二驱动机构继续反转第三角度，即夹具驱动盘带动试管夹具反转第三角度，然后进行第二次光谱采集，并如此往复多次，进行多次光谱采集；S5、完成多次光谱采集后，样品旋转机构的第二驱动机构继续反转，直至所有反转角度之和为360。整数倍，即样品旋转机构回到初始位置，接着第二驱动机构正转180度，使超越离合器处于传动状态，超越离合器带动凸轮转动，并通过凸轮滚子及推杆带动夹具驱动盘上升回到初始位置，如此即完成一个样品的不同位置光谱采集；S6、紧接着间歇式进样机构在第一驱动机构驱动下转盘驱动盘再次转动第一角度，将下一个样品送入光谱采集工位，重复S2到S6步骤直至完成进样转盘上多个样品的光谱采集。所述第一角度为20度，所述第二角度为240度，所述第三角度为120度。优选的，在步骤S1中，待测样品进样至光谱采集工位，是根据位置检测传感器判断是否到达准确的检测位置，若位置不准确，则位置调整至准确的采集位置后执行下一步骤。优选的，在步骤S4中，样品旋转机构是否回到初始位置，同样是根据位置检测传感器判断是否到达初始位置，若不是初始位置，则需调整至初始位置后执行下一步骤。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近红外光谱自动在线检测装置，包括自动送样系统和近红外光谱采集系统，其特征在于，所述自动送样系统包括间歇式进样机构（1）和位于所述间歇式进样机构（1）上方的样品旋转机构（2）；所述近红外光谱采集系统包括漫反射和漫透射集成采集光路（4）及光源调控机构（5）；所述间歇式进样机构（1）包括设有多个样品位的进样转盘（11）、多个试管夹具（12）、转盘驱动盘（14）、第一驱动机构，其中进样转盘（11）的每一样品位的上部设有夹具孔，下部设有用于置入盛样试管（3）的试管孔，多个试管夹具（12）分别放置在进样转盘（11）的夹具孔中，进样转盘（11）的底部连接转盘驱动盘（14），第一驱动机构连接转盘驱动盘（14），并经转盘驱动盘（14）带动进样转盘（11）及试管夹具（12）转动，第一驱动机构运转一次，进样转盘（11）转动第一角度，即移动一个样品位，将一个样品送入光谱采集工位；所述样品旋转机构（2）包括第二驱动机构、凸轮传动轴（23）、凸轮传动箱（24）、超越离合器（25）、凸轮（26）、锥齿轮副（27）、夹具驱动轴（28）、夹具驱动盘（30），第二驱动机构连接凸轮传动轴（23）的一端，该凸轮传动轴（23）经深沟球轴承安装于凸轮传动箱（24）上，且位于凸轮传动箱（24）内的凸轮传动轴（23）上经超越离合器（25）安装凸轮（26），凸轮传动轴（23）的另一端经锥齿轮副（27）连接夹具驱动轴（28）的一端；所述凸轮（26）经凸轮滚子及推杆（32）固定连接轴承架（33）；所述夹具驱动轴（28）的中部两处分别经深沟球轴承安装于凸轮传动箱（24）外部的一端及轴承架（33）内，且夹具驱动轴（28）的另一端固定连接用于驱动所述试管夹具（12）的夹具驱动盘（30）；凸轮传动轴（23）正转时，超越离合器（25）处于传动状态，凸轮（26）随凸轮传动轴（23）转动而转动，并通过凸轮滚子及推杆（32）带动轴承架（33）、夹具驱动盘（30）向下或向上移动，同时凸轮传动轴（23）经锥齿轮副（27）带动夹具驱动轴（28）、夹具驱动盘（30）正转180度后与一试管夹具（12）对接；凸轮传动轴（23）反转时，超越离合器（25）处于超越状态时，凸轮（26）不能被传动，夹具驱动盘（30）不上、下移动，仅凸轮传动轴（23）经锥齿轮副（27）、夹具驱动轴（28）带动夹具驱动盘（30）反转第二角度，使夹具驱动盘（30）与试管夹具（12）有效接触；所述漫反射和漫透射集成采集光路（4）包括光谱仪（41）、可控光路切换器（42）、第一准直镜（44）、第二准直镜（45）、第一、二光源（472、473），所述第一、二光源（472、473）经光源调控机构（5）对称设置于所述光谱采集工位的盛样试管（3）前方两侧，第一准直镜（44）架设于盛样试管前方，第二准直镜（45）架设于盛样试管后方，且第一、二准直镜（44、45）经近红外石英光纤及可控光路切换器（42）连接光谱仪（41）。...

【技术特征摘要】
1.一种近红外光谱自动在线检测装置，包括自动送样系统和近红外光谱采集系统，其特征在于，所述自动送样系统包括间歇式进样机构（1）和位于所述间歇式进样机构（1）上方的样品旋转机构（2）；所述近红外光谱采集系统包括漫反射和漫透射集成采集光路（4）及光源调控机构（5）；所述间歇式进样机构（1）包括设有多个样品位的进样转盘（11）、多个试管夹具（12）、转盘驱动盘（14）、第一驱动机构，其中进样转盘（11）的每一样品位的上部设有夹具孔，下部设有用于置入盛样试管（3）的试管孔，多个试管夹具（12）分别放置在进样转盘（11）的夹具孔中，进样转盘（11）的底部连接转盘驱动盘（14），第一驱动机构连接转盘驱动盘（14），并经转盘驱动盘（14）带动进样转盘（11）及试管夹具（12）转动，第一驱动机构运转一次，进样转盘（11）转动第一角度，即移动一个样品位，将一个样品送入光谱采集工位；所述样品旋转机构（2）包括第二驱动机构、凸轮传动轴（23）、凸轮传动箱（24）、超越离合器（25）、凸轮（26）、锥齿轮副（27）、夹具驱动轴（28）、夹具驱动盘（30），第二驱动机构连接凸轮传动轴（23）的一端，该凸轮传动轴（23）经深沟球轴承安装于凸轮传动箱（24）上，且位于凸轮传动箱（24）内的凸轮传动轴（23）上经超越离合器（25）安装凸轮（26），凸轮传动轴（23）的另一端经锥齿轮副（27）连接夹具驱动轴（28）的一端；所述凸轮（26）经凸轮滚子及推杆（32）固定连接轴承架（33）；所述夹具驱动轴（28）的中部两处分别经深沟球轴承安装于凸轮传动箱（24）外部的一端及轴承架（33）内，且夹具驱动轴（28）的另一端固定连接用于驱动所述试管夹具（12）的夹具驱动盘（30）；凸轮传动轴（23）正转时，超越离合器（25）处于传动状态，凸轮（26）随凸轮传动轴（23）转动而转动，并通过凸轮滚子及推杆（32）带动轴承架（33）、夹具驱动盘（30）向下或向上移动，同时凸轮传动轴（23）经锥齿轮副（27）带动夹具驱动轴（28）、夹具驱动盘（30）正转180度后与一试管夹具（12）对接；凸轮传动轴（23）反转时，超越离合器（25）处于超越状态时，凸轮（26）不能被传动，夹具驱动盘（30）不上、下移动，仅凸轮传动轴（23）经锥齿轮副（27）、夹具驱动轴（28）带动夹具驱动盘（30）反转第二角度，使夹具驱动盘（30）与试管夹具（12）有效接触；所述漫反射和漫透射集成采集光路（4）包括光谱仪（41）、可控光路切换器（42）、第一准直镜（44）、第二准直镜（45）、第一、二光源（472、473），所述第一、二光源（472、473）经光源调控机构（5）对称设置于所述光谱采集工位的盛样试管（3）前方两侧，第一准直镜（44）架设于盛样试管前方，第二准直镜（45）架设于盛样试管后方，且第一、二准直镜（44、45）经近红外石英光纤及可控光路切换器（42）连接光谱仪（41）。2.根据权利要求1所述的一种近红外光谱自动在线检测装置，其特征在于，所述光源调控机构（5）包括第三步进电机（51）、第三联轴器（52）、丝杠螺母副（53）、对称四杆机构（54）、底座（57）、第一丝杆架（59）、第二丝杆架（60），所述第一、二丝杆架（59、60）安装固定于底座（57）上，且所述丝杠螺母副（53）的丝杠经轴承固定于第一、二丝杆架（59、60）上，所述丝杠螺母副（53）的移动螺母外侧固定设置连接块（61）；所述对称四杆机构（54）的前端铰接于所述连接块（61）上，后端铰接于底座（57）上，且对称四杆机构（54）的两侧分别设置第一、二光源（472、473）；所述第三步进电机（51）连接丝杠螺母副（53）的丝杠一端，当第三步进电机（51）带动丝杠螺母副（53）的丝杠转动时，丝杠螺母副（53）的移动螺母带动连接块（61）一起前后移动，使第一、二光源（472、4...

【专利技术属性】
技术研发人员：文韬，郑立章，董帅，桑孟祥，赵兵，龚中良，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43