【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于分析样品的光谱仪装置、一种光谱仪系统、一种用于利用光谱仪装置来确定与样品的光谱有关的至少一种信息的方法、以及光谱仪系统的各种用途。一般来说，这样的方法和装置可以用于调查或监测目的，特别是在红外(ir)光谱区域中、尤其是在近红外(nir)光谱区域中，以及在可见(vis)光谱区域中、例如在允许模拟人类颜色视觉能力的光谱区域中。然而，另外的应用也是可行的。
技术介绍
1、一般来说，已知光谱仪在照射、反射和/或吸收光时从物体收集关于光谱光组成的信息。为了实现对此信息的收集，典型地执行三个步骤。首先，通过在没有样品的情况下执行第一次光谱学测量，确定光谱仪的检测器的暗信号。其次，通过在第二次测量中测量校准反射，即通过测量标准样品，获得参考信号。第三，在第三次测量中，测量样品，并且通过使用暗信号对测得的样品信号进行校正并通过使用参考信号对测得的样品信号进行归一化。
2、通常，在光谱仪中，光谱信息是经由色散光学元件(比如带通滤波器、光栅、滤波器或干涉仪)结合检测器(比如单像素检测器、线阵列检测器或二维阵列)而获得的。进一步，在光谱学中，通常使用宽带发射光源，比如卤素气体填充灯泡和/或热灯丝。
3、然而，针对可见光谱区域，也提出了其他光源，比如发光二极管。作为示例，us2010/208261 a1描述了一种用于确定样品的至少一种光学特性的装置。该装置包括用于向样品施加激发光的可调谐激发光源。该装置还包括用于检测从样品发出的检测光的检测器。激发光源包括发光二极管阵列，该发光二极管阵列至少部分地被配置为单
4、us 8,164,050 b2描述了一种用于井下光谱学的多通道光源组件，该多通道光源组件具有单独的光源，这些光源所生成的光学信号跨越一定光谱范围的波长。组合组件以光学方式将生成的信号组合成组合信号，而路由组件将组合信号分成参考通道和测量通道。与光源电耦接的控制电路系统在操作期间以独特或独立的频率对光源中的每一个进行调制。
5、进一步，us 7,061,618 b2描述了集成式光谱学系统，其中，在一些示例中，设置有使用一个或多个法布里-珀罗可调谐滤波器的集成式可调谐检测器。其他示例使用集成式可调谐光源，这些集成式可调谐光源将一个或多个二极管(比如超辐射发光二极管(sled))与法布里-珀罗可调谐滤波器或标准量具相组合。
6、此外，us 5,475,221 a描述了一种光学装置，该光学装置使用通过多路复用方案控制的发光二极管阵列，以取代在比如光谱仪等装置中的常规宽带光源。
7、wo 2018/203831 a1披露了对光谱仪模块进行校准。校准包括使用光谱仪模块来执行测量，以生成用于光谱仪模块的波长与操作参数校准数据。校准进一步包括使用光谱仪模块来执行测量，以生成用于光谱仪模块的光学串扰与暗噪声校准数据。校准还包括使用光谱仪模块来执行测量，以根据已知的反射率标准生成用于光谱仪模块的全系统响应校准数据。该方法进一步包括：在耦接到光谱仪模块的存储器中存储校准记录，该校准记录并入有波长与操作参数校准数据、光学串扰与暗噪声校准数据以及全系统响应校准数据；以及由光谱仪模块将该校准记录应用于测量结果。
8、wo 2017/040431 a1披露了用于在采样接口处测量样品中物质的浓度和类型的系统和方法。系统包括光源、一个或多个光学器件、一个或多个调制器、参考、检测器和控制器。所披露的这些系统和方法可以能够通过在不同测量光路径之间共用一个或多个部件来解决源自光源、一个或多个光学器件和检测器的漂移。附加地，通过在光源与样品或参考之间放置一个或多个调制器，系统能够区分不同类型的漂移并消除因杂散光所致的错误测量结果。此外，通过将检测器像素和微光学器件映射到样品中的位置和深度，系统能够沿着样品内的不同位置和深度检测物质。
9、wo 2021/042120 a1描述了一种光学测量装置，该光学测量装置可以包括：光源；发射光学器件，该发射光学器件被配置为将由光源生成的光的第一部分引导至测量目标；收集光学器件，该收集光学器件被配置为接收来自测量目标的光；光学导管，该光学导管被配置为将由光源生成的光的第二部分引导至光谱参考；光谱参考；传感器；以及滤波器。滤波器的第一部分可以设置在收集光学器件与传感器的第一部分之间。滤波器的第二部分可以设置在光谱参考与传感器的第二部分之间。
10、ep 2 267 420 a1披露了一种光谱学装置。在光谱学装置中，切换点与检测器入口之间的参考光束路径(r)和测量光束路径(m)具有相同的光导值和相同的光轴。因此，可以几乎完全使用入射光阑。在切换器中，第二永磁体被固定得远离可移动元件，使得在有关的切换位置，第一永磁体和第二永磁体的相对磁极彼此面对而不接触，并且每当可移动元件从有关的切换位置偏转时，第一永磁体和第二永磁体的相对磁极远离彼此移动。
11、wo 2014/008359 a1描述了用于使用例如ir光谱学部件和拉曼光谱学部件来进行光学光谱仪检测的系统和技术。例如，系统包括：第一电磁辐射源，该第一电磁辐射源被配置为利用在电磁光谱的第一区域中的第一部分电磁辐射(例如，ir源)来照射样品；以及第二电磁辐射源，该第二电磁辐射源被配置为利用在电磁光谱的第二基本上单色区域中的第二部分电磁辐射(例如，激光源)来照射样品。该系统还包括检测器模块，该检测器模块被配置为通过分析与第一电磁辐射源相关联的从样品反射的电磁辐射的特征和与第二电磁辐射源相关联的从样品反射的电磁辐射的特征来检测样品的样品成分。
12、尽管已知的方法和装置具有优点，而且光谱学总体上是一种强大的分析技术，能够对材料进行分类(即，无论材料在可见光范围内的颜色如何都能够对材料进行分类)，其突出应用涉及塑料回收利用、食品识别或食品营养成分测定，但在光谱学和光谱仪装置领域仍存在一些技术挑战。具体地，为了校正光谱仪的检测器和/或光学部件的不均匀性，测量典型地需要参考校准，比如校准白标准，即，使用标准和/或参考样品。然而，这种校准典型地是繁琐的，因此在将光谱仪应用从分析实验室转移到更复杂的环境(例如转移到广泛的消费者应用)时，会受到很大的限制。
13、进一步，白炽光源和热发射体通常需要高水平的能量，因此导致光谱仪的总体能耗较高。另外，这些光源的使用寿命往往较短，而且通常对冲击、振动和应力敏感。此外，杂散光(比如带内杂散光和带外杂散光)典型地会限制光谱仪的性能。由于样品被照射的光波长范围可能并非光谱仪测量所需，性能可能因此受到特定限制。此外，常见的光谱仪部件通常体积庞大，并且需要光收集光学器件。
14、要解决的问题
15、因此，期望提供至少部分地解决上述技术挑战并且至少基本上避免已知方法和装置的缺点的方法和装置。特别地，本专利技术的目的是提供适用于复杂环境并且旨在可集成到广泛的消费者应用中的方法和装置。
技术实现思路
1、这本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于分析样品(111)的光谱仪装置(110)，包括：
2.根据前一项权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中，该接口元件(116)、该参考发光元件(114)和该检测器阵列(122)被布置成使得由该参考发光元件(114)发射的光沿着光学参考路径行进到该检测器阵列(122)，其中，该光学参考路径完全布置在该光谱仪装置(110)内。
3.根据前一项权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中，该接口元件(116)被布置成使得由该参考发光元件(114)发射的光至少部分地被该接口元件(116)反射，并且使得由该发光元件(112)发射的光至少部分地被该接口元件(116)透射。
4.根据前一项权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中，该发光元件(112)和该参考发光元件(114)被布置在该光谱仪装置(110)的壳体内，其中，该接口元件(116)和该发光元件(112)被布置成使得由该发光元件(112)发射的光被该接口元件(116)透射，并且使得由该样品(111)反射的光被该接口元件(116)透射，其中，该接口元件(116)和该参考发光元件(114)被布置成
5.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中，该分段式光阑(118)被设置在该接口元件(116)与该检测器阵列(122)之间的光学路径上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中，该光学分离元件(120)被设置在该检测器阵列(122)中的检测器元件之前的光学路径上，其中，该光学分离元件(120)被配置用于将光分离成组成波长分量的光谱，其中，这些检测器元件(124)中的每一个被配置用于接收这些组成波长分量中的一个的至少一部分并且根据该相应的组成波长分量的至少一部分对该相应的检测器元件(124)的照射来生成相应的检测器信号。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中，该参考光谱所包括的电磁辐射的波长小于该测量光谱所包括的电磁辐射的波长。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中，该至少一个发光元件(112)是发光二极管(LED)，其中，该至少一个参考发光元件(114)是LED。
9.根据前一项权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中，该至少一个发光元件(112)和该参考发光元件(114)是红外LED，这些红外LED被配置用于发射在红外光谱范围内的光，使得该测量光谱和该参考光谱在该红外光谱范围内。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，进一步包括至少一个驱动单元(150)，该至少一个驱动单元被配置用于通过以下方式中的一个或多个来控制该至少一个发光元件(112)和该至少一个参考发光元件(114)：打开和/或关闭该发光元件(112)、打开和/或关闭该参考发光元件(114)、调制该测量光谱、以及调制该参考光谱，其中，该光谱仪装置(110)进一步包括至少一个评估单元(152)，该至少一个评估单元被配置为通过根据该单独的检测器元件(124)在该检测器阵列(122)中的位置根据该检测器信号计算样品(111)的吸光度来从该检测器信号中生成与该光谱有关的信息。
11.一种光谱仪系统(146)，包括：
12.根据前一项权利要求所述的光谱仪系统(146)，其中，该电子单元(148)包括至少一个数据处理器，该至少一个数据处理器被配置用于处理和/或存储数据，其中，该至少一个数据处理器被配置用于处理和/或存储该样品(111)的计算所得吸光度。
13.一种用于利用根据提及光谱仪装置(110)的前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)来确定与样品(111)的光谱有关的至少一种信息的方法，该方法包括：
14.根据前一项权利要求所述的方法，其中，步骤c)包括调制该发光元件(112)，并且其中，步骤d)包括调制该参考发光元件(114)，并且其中，步骤g)包括计算该样品(111)的吸光度并处理该样品(111)的计算所得吸光度。
15.根据提及光谱仪系统(146)的前述权利要求中任一项所述的光谱仪系统(146)在选自由以下各项组成的组的应用中的用途：红外检测应用；光谱学应用；废气监测应用；燃烧过程监测应用；污染监测应用；工业过程监测应用；混合或共混过程监测；化学过程监测应用；食品加工过程监测应用；食品制备过程监测；水质监测应用；空气质量监测应用；质量控制应用；温度控制应用；运动控制应用；排放控制应用；气体感测应用；气体分析应用；运动感测应用；化学感测应用；移动应用；医疗应用；移动光谱学应用；食...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于分析样品(111)的光谱仪装置(110)，包括：
2.根据前一项权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中，该接口元件(116)、该参考发光元件(114)和该检测器阵列(122)被布置成使得由该参考发光元件(114)发射的光沿着光学参考路径行进到该检测器阵列(122)，其中，该光学参考路径完全布置在该光谱仪装置(110)内。
3.根据前一项权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中，该接口元件(116)被布置成使得由该参考发光元件(114)发射的光至少部分地被该接口元件(116)反射，并且使得由该发光元件(112)发射的光至少部分地被该接口元件(116)透射。
4.根据前一项权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中，该发光元件(112)和该参考发光元件(114)被布置在该光谱仪装置(110)的壳体内，其中，该接口元件(116)和该发光元件(112)被布置成使得由该发光元件(112)发射的光被该接口元件(116)透射，并且使得由该样品(111)反射的光被该接口元件(116)透射，其中，该接口元件(116)和该参考发光元件(114)被布置成使得由该参考发光元件(114)发射的光被该接口元件(116)反射。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中，该分段式光阑(118)被设置在该接口元件(116)与该检测器阵列(122)之间的光学路径上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中，该光学分离元件(120)被设置在该检测器阵列(122)中的检测器元件之前的光学路径上，其中，该光学分离元件(120)被配置用于将光分离成组成波长分量的光谱，其中，这些检测器元件(124)中的每一个被配置用于接收这些组成波长分量中的一个的至少一部分并且根据该相应的组成波长分量的至少一部分对该相应的检测器元件(124)的照射来生成相应的检测器信号。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中，该参考光谱所包括的电磁辐射的波长小于该测量光谱所包括的电磁辐射的波长。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中，该至少一个发光元件(112)是发光二极管(led)，其中，该至少一个参考发光元件(114)是led。
9.根据前一项权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中，该至少一个发光元件(112)和该参考发光元件(114)是红外led，这些红...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·霍萨克，H·齐默尔曼，F·施密特，F·B·穆勒，D·凯斯特尔，P·西布雷希特，R·洛夫林契奇，D·克尔布莱因，
申请(专利权)人：特里纳米克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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