CN118329800A - 漫射光谱探测设备 - Google Patents
漫射光谱探测设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118329800A CN118329800A CN202410753378.2A CN202410753378A CN118329800A CN 118329800 A CN118329800 A CN 118329800A CN 202410753378 A CN202410753378 A CN 202410753378A CN 118329800 A CN118329800 A CN 118329800A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- spectrometer
- collecting
- head
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 111
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 103
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 96
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 19
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 32
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 abstract description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 16
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000208125 Nicotiana Species 0.000 description 2
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- BKZJXSDQOIUIIG-UHFFFAOYSA-N argon mercury Chemical compound [Ar].[Hg] BKZJXSDQOIUIIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 241000411851 herbal medicine Species 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本申请公开了一种漫射光谱探测设备，属于物质检测技术领域。设备包括光源、探测窗口、至少两个采集镜筒、分合束光纤和光谱仪。各采集镜筒沿光源的周向分布，各采集镜筒用于接收待测物的漫反射光线；采集镜筒包括筒体和准直透镜，准直透镜设置于筒体内，且准直透镜用于准直漫反射光线，分合束光纤包括至少两个分束采集头和至少一个合束头，各分束采集头分别与各筒体相连，准直透镜的焦点落在分束采集头上。分束采集头所采集的光信号通过合束头耦入光谱仪。该方案可提升漫射光谱探测设备采集不同高度下待测物的光谱信号信噪比，及增加漫射光谱探测设备的采集角度和采集面积，减小低消光物质表面光泽干扰，可提高待测物光谱测量的稳定性。
Description
技术领域
本申请属于物质检测技术领域，具体涉及一种漫射光谱探测设备。
背景技术
物质分子吸收光谱测量分析技术，已成为现代工农业生产过程中，对所生产待测物进行质量监控的重要分析手段之一。基于物质近红外波段，或融合可见、紫外等波段的全谱漫反射光测量分析设备，具有测量简便、成本低、分析速度快等优势，非常适用于工农业在线分析，近年来已在制药、石化、烟草生产等领域兴起。
其中，现有的探测设备通常采用检测探头对待测物进行信息采集，具体地，检测探头架设在待测物上方，检测探头中使用光源照射待测物，并使用光纤采集头对待测物的漫射光进行采集，并接入光谱仪进行光谱分析。
现有的探测设备在对生产线上的待测物进行检测时，经常受待测物的高度变化等因素的影响而导致待测物光谱测量的稳定性较差，比如，在较大待测物高度波动和有限的检测探头尺寸下，为避免光纤采集头的采集范围超过光源照射范围而采集到过多不含待测物信息的光，需要减小光纤采集头与待测物的间距。但是，由于光纤采集头与待测物的间距较小，会造成光纤采集头采集不同高度的待测物时的采集范围不同，从而易出现光谱偏差，并且，一些高度较高的待测物所对应的采集范围靠近光源的光斑边缘，光源照射强度较低，而导致光纤采集头采集到的光谱信号信噪比较低，易出现光谱偏差，此外光纤大角度的采集也难以避免低消光物质的表面光泽干扰，从而影响待测物光谱测量的稳定性。
因此，现有的探测设备存在待测物光谱测量的稳定性较差的问题。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种漫射光谱探测设备，能够解决相关技术中现有的探测设备对待测物进行光谱测量时，待测物光谱测量的稳定性较差的问题。
本申请实施例提供一种漫射光谱探测设备，包括光源、探测窗口、至少两个采集镜筒、包含至少一个采集波段的分合束光纤以及至少一台光谱仪；
所述光源和各所述采集镜筒均位于所述探测窗口的同一侧，各所述采集镜筒沿所述光源的周向分布，所述光源发出的光可经过所述探测窗口照射至待测物上，各所述采集镜筒用于接收所述待测物的漫反射光线，各所述采集镜筒的采集路径经过所述探测窗口；
所述采集镜筒包括筒体和准直透镜，所述准直透镜设置于所述筒体内，且所述准直透镜用于准直所述漫反射光线，所述分合束光纤包括至少两个分束采集头和至少一个合束头，各所述分束采集头分别与各所述筒体相连，所述分束采集头位于所述准直透镜远离所述探测窗口的一侧，且所述准直透镜的焦点落在所述分束采集头上，所述合束头与所述光谱仪相连，所述分束采集头所采集的光信号通过所述合束头耦入所述光谱仪。
在本申请实施例中，采集镜筒的采集路径经过探测窗口，可以使采集镜筒接收待测物的漫反射光线，采集镜筒包括准直透镜，准直透镜用于准直漫反射光线，准直透镜可以将待测物的漫反射光线聚焦于分束采集头上，根据光路可逆的原理，分束采集头对应的采集待测物的漫反射光线的范围固定不变，即在不同高度位置处的采集范围相同，这样，采集镜筒在采集不同高度的待测物时的采集范围均一致，光谱信号信噪比较高，进而可以降低不同待测物高度下漫射光谱探测设备所采集的漫反射光线的光谱偏差，同时可以减小低消光物质表面光泽干扰，有利于提高待测物光谱测量的稳定性；并且，各采集镜筒沿光源的周向分布，可以对待测物进行多方向或大面积地同步采集，增加了漫射光谱探测设备的采集角度和采集面积，可以有效减小光谱波动，提高待测物光谱测量的稳定性。
附图说明
图1是本申请实施例公开的漫射光谱探测设备的立体图之一（隐藏探测窗口）；
图2是本申请实施例公开的采集镜筒的立体图；
图3是本申请实施例公开的透镜固定件的立体图；
图4是本申请实施例公开的分束采集头与光纤连接板的连接关系图；
图5是本申请实施例公开的采集镜筒的主视图；
图6是图5中A-A向的剖视图；
图7是本申请实施例公开的光源与固定板的连接关系图；
图8是本申请实施例公开的漫射光谱探测设备的立体图之二；
图9是本申请实施例公开的采集镜筒准直采集的光线图；
图10是本申请实施例公开的分束采集头的采集光线图；
图11是本申请实施例公开的采集镜筒的光学拓展量守恒示意图；
图12是本申请实施例公开的采集镜筒准直采集的采集范围示意图；
图13是现有技术中非准直采集的采集范围示意图；
图14是本申请实施例公开的准直透镜的感受野直径不同时的示意图；
图15是本申请实施例公开的直径为Ds，3和焦距为f2的准直透镜的采集镜筒的感受野的示意图；
图16是本申请实施例公开的第一种方式下采集镜筒接收到直接反射光的示意图；
图17是本申请实施例公开的第二种方式下采集镜筒接收到直接反射光的示意图；
图18是本申请实施例公开的第三种方式下采集镜筒接收到直接反射光的示意图；
图19是本申请实施例公开的采集镜筒准直采集的高度检测范围示意图；
图20是现有技术中非准直采集结构的高度检测范围示意图；
图21是本申请实施例公开的不同准直采集方式的光谱偏差示意图；
图22是本申请实施例公开的适用于紫外-可见-近红外宽波段采集的高透材料的透镜透过率的曲线图；
图23是本申请实施例公开的不同温度下暗电流基线随温度整体漂移的曲线图；
图24是本申请实施例公开的暗电流平均值随温度变化的曲线图；
图25是本申请实施例公开的暗电流噪声随温度变化的曲线图；
图26是本申请实施例公开的两台光谱仪在温度波动±0.4℃环境下对氙灯进行光谱测量的曲线图；
图27是本申请实施例公开的两台光谱仪的波长漂移的曲线图；
图28是本申请实施例公开的恒温箱内光谱仪表面温度的波动曲线图；
图29是本申请实施例公开的恒温箱内光谱仪的暗电流基线漂移的曲线图；
图30是本申请实施例公开的波长-像素拟合校准图；
图31是本申请实施例公开的中心波长波动的曲线图；
图32是本申请实施例公开的光谱仪的光栅分光原理图；
图33是本申请实施例公开的不同光谱仪的光强曲线图；
图34是本申请实施例公开的常见的3种谱线加宽线型示意图；
图35是本申请实施例公开的分别使用光栅光谱仪和FTIR光谱仪测得的氙灯的光谱曲线图；
图36是本申请实施例公开的光谱仪的波长台间差校正的示意图；
图37是本申请实施例公开的光纤双排排布的示意图；
图38是本申请实施例公开的光纤线阵排布的示意图；
图39是本申请实施例公开的光纤圆形排布的示意图；
图40是本申请实施例公开的分束采集头的剖视图；
图41是本申请实施例公开的合束头的剖视图；
图42至图44分别是本申请不同实施例公开的漫射光谱探测设备的结构示意图；
图45和图46分别是本申请不同实施例公开的分合束光纤的转接示意图；
图47是图45和图46所示转接方式下，不同的光纤采集头的耦入能量比曲线图。
附图标记说明：
100-光源；200-采集镜筒；220-准直透镜；
230-光纤连接板；240-筒体；250-透镜固定件；251-支撑部；
252-连接部；253-弧形面；300-第一温度检测元件；400-固定板；
410-安装孔；500-探测窗口；600-待测物；610-第一高度；
620-第二高度；700-光栅；800-入口狭缝；900-探测器；1000-分合束光纤；
1100-分束采集头；1200-合束头；1300-光纤；1400-第一转接端；
1500-第二转接端；2000-光谱仪；3000-第二温度控制装置。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的漫射光谱探测设备进行详细地说明。
参考图1-图47，本申请实施例提供的一种漫射光谱探测设备，可以包括光源100、探测窗口500、至少两个采集镜筒200、包含至少一个采集波段的分合束光纤1000以及至少一台光谱仪2000，光源100和各采集镜筒200均可以位于探测窗口500的同一侧，光源100发出的光可以经过探测窗口500照射至待测物600上，各采集镜筒200可以用于接收待测物600的漫反射光线，并且各采集镜筒200的采集路径可以经过探测窗口500，以保证各采集镜筒200能够接收到待测物600的漫反射光线。
各采集镜筒200可以沿光源100的周向分布，可以对待测物600进行多方向或大面积地同步采集，增加了漫射光谱探测设备的采集角度和采集面积，可以有效减小光谱波动，提高漫射光谱探测设备对待测物光谱测量的稳定性。尤其对于颗粒度较大的待测物600来说，比如大片烟叶、草药等物质，在线测量时其不规则的表面形貌的实时变化，将会使光源100发出的照射光线穿透待测物600内部的深度和光程发生变化，使其漫反射光谱强度、形状也随之改变，所以漫射光谱探测设备包括至少两个采集镜筒200，可以对待测物600进行多方向或大面积的同步采集，有利于增加待测物反射光谱采样的代表性，并且各方向采集的漫反射光线经分合束光纤1000通入光谱仪2000内后，光谱仪2000测量的光谱可以为同一区域各方向或不同区域采集光谱的平均值，从而可以有效提升在线采样的稳定性。如图21所示，图21中的四条曲线分别为包括四个采集镜筒200的漫射光谱探测设备所采集到的第一高度610和第二高度620下的待测物600的光谱曲线以及包括八个采集镜筒200的漫射光谱探测设备所采集到的第一高度610和第二高度620下的待测物600的光谱曲线。
此外，采集镜筒200可以包括筒体240和准直透镜220，准直透镜220设置于筒体240内，且准直透镜220可以用于准直漫反射光线。分合束光纤1000包括至少两个分束采集头1100和至少一个合束头1200，各分束采集头1100分别与各筒体240相连，分束采集头1100可以位于准直透镜220远离探测窗口500的一侧，并且准直透镜220的焦点落在分束采集头1100上。合束头1200与光谱仪2000相连，分束采集头1100所采集的光信号通过合束头1200耦入光谱仪2000，即，分束采集头1100通过合束头1200与光谱仪2000通信连接。可选地，合束头1200与光谱仪2000之间可以通过可拆卸连接或不可拆卸连接的方式连接，后者可以减小两者的装配误差，进一步可选地，合束头1200与光谱仪2000之间可以通过粘接的方式连接。
准直透镜220可以准直待测物600的漫反射光线并将漫反射光线聚焦于分束采集头1100上，根据光路可逆的原理，分束采集头1100对应的采集待测物600的漫反射光线的范围固定不变，即在不同高度位置处的采集范围相同，这样，采集镜筒200在采集不同高度的待测物600时的采集范围均一致，光谱信号信噪比较高，进而可以降低在不同待测物600的高度下漫射光谱探测设备所采集的漫反射光线的光谱偏差，即漫射光谱探测设备在不同待测物高度下可以保持较高的有效漫射光谱信号信噪比，换言之，漫射光谱探测设备在保持较高的有效漫射光谱信号信噪比的基础上，可以增加对待测物高度波动的适应性。同时，增加准直透镜220可以减小低消光物质表面光泽干扰，有利于提高待测物光谱测量的稳定性。
这里，采集镜筒200的准直采集限制了范围和角度，通过调节采集镜筒200的准直采集角度或位置，可规避或减小采集光谱中待测物600表面光泽、结构件散射和环境中的杂光比例。
在本实施例中，准直透镜220可以采用近红外的普通石英制作，准直透镜220也可以采用紫外-可见-近红外全波段的石英玻璃或CaF2晶体或JGS3石英玻璃等材料制作。如图22所示，图22为适用于紫外-可见-近红外宽波段的材料制作的透镜的透过率，其中，横坐标为波长，纵坐标Tl为透镜的透过率。
需要说明的是，在不同待测物600高度下，采集镜筒200的感受野不变，即采集镜筒200的采集范围不变，采集镜筒200的感受野面积可以根据以下公式得出。
公式为：S=π×（DS/2）2=[f×tan（θf）]2=[f×tan（arcsin(NAf)）]2，感受野的扩散角度为θs≈NAL×Df/ DL。其中，如图9和图10所示，DS为感受野的直径，f为准直透镜220的焦距，θf为分束采集头1100的数值孔径NAf对应的采集角度，Df为分束采集头1100的直径，DL为准直透镜220的直径。
此外，采集镜筒200的感受野准直后不会使采集镜筒200采集待测物600反射光的能量减小，即采集镜筒200的信噪比不会下降。通过分束采集头1100的光能可以由光学拓展量和采集光幅照亮度的乘积决定。由于反射光线序列地穿过准直透镜220，类似热力学熵增定律，光场变换前后，如图11所示，图11中的A为光场变换前的感受野面积，A´为光场变换后的感受野面积，Ω为光场变换前的分束采集头1100的立体角，Ω´为光场变换后的准直透镜220的立体角，Ω×A小于或等于Ω´×A´，光学拓展量不会减小，只要准直透镜220的数值孔径大于或等于分束采集头1100的数值孔径，采集镜筒200的采集能量不会因为采集范围的准直而减小。采集镜筒200的采集能量的总功率始终为P=L×Ωf= L×ΩL=LπS×NAL 2，其中，L为采集光辐照亮度，Ωf为分束采集头1100的截面位置漫反射光的立体角，ΩL为准直透镜220截面位置漫反射光的立体角，S为采集镜筒200感受野的面积，NAL为准直透镜220的数值孔径。
这里，如图12所示，由于采集光辐射亮度和光学拓展量不会发生变化，所以分束采集头1100采集到的漫反射光线的能量不会发生变化，所以分束采集头1100采集到的漫反射光线的能量不会随着采集范围的准直而减小，采集镜筒200的信噪比不会下降。
其中，待测物600可以近似为朗伯体，其照射能量密度不变时，采集镜筒200准直采集的信噪比不减小。朗伯体是指当入射能量在所有方向均匀反射，即入射能量以入射点为中心，在整个半球空间内向四周各向同性地反射能量的现象，称为漫反射，也称各向同性反射，一个完全的漫射体称为朗伯体。
本实施例中，采集镜筒200的感受野大小可以通过改变分束采集头1100的数值孔径和准直透镜220的尺寸调节，或者通过改变准直透镜220的焦距和尺寸调节。比如图14所示，将准直透镜220的直径设置为Ds，1或Ds，2，准直透镜220的焦距设置为f1，Ds，1小于Ds，2，采用直径为Ds，2的准直透镜220的采集镜筒200的感受野大于采用直径为Ds，1的准直透镜220的采集镜筒200的感受野。如图15所示，准直透镜220的焦距为f2，f2大于f1，准直透镜220的直径为Ds，3，Ds，3大于Ds，2，采用直径为Ds，3和焦距为f2的准直透镜220的采集镜筒200的感受野大于采用直径为Ds，2和焦距为f1的准直透镜220的采集镜筒200的感受野。
本申请实施例对光谱仪2000的具体类型不作限制，例如光谱仪2000可以为光栅光谱仪、FTIR光谱仪、光栅扫描单点探测仪、数字微镜阵列扫描单点探测仪等，光谱仪2000的波段同样不作限定。
需要说明的是：光栅光谱仪的测量原理为：线阵探测型的光栅光谱仪可一次性获取整段光谱，入射光经光谱仪的入口狭缝800后，照射到光谱仪的球面反射镜，经过球面反射镜后准直入射到光谱仪的光栅700上，光栅700可在非零衍射级次对入射光色散分光，因此入口狭缝800经准直色散后，再经过光谱仪的球面镜聚焦成为彩色条带，使用线阵探测器，比如近红外的InGaAs探测器阵列对彩色条带成像，便可得到入射光的光谱。
光谱仪的波长-像素对应关系，理论上可以从光栅分光原理和光谱仪成像过程得到，如图32所示，光谱仪的光栅和聚焦镜可以用一个凹面光栅实现，入射光的角度为α，光栅周期为d，入射光经m级衍射后以出射角β出射，并经过F距离聚焦成像至线阵探测器阵列上。由光栅衍射的波失匹配原理，得到波失k光束与出射角β的对应关系为：，由上式可知，在出射角β附近对应的小段波长范围内由这段波长范围的出射光经过F距离传播聚焦后，对应探测器900长度为dL，由表明，在小段波长范围内，探测器900不同长度处，对应接收到不同波长的光，即像素与波长存在对应关系，且接近线性（而非FTIR光谱仪的波数下测量）。
光谱仪不同像素点位置接收一定波长范围内的能量，线阵探测型的光栅光谱仪需要得到波长-像素的对应关系。光谱仪出射角通常对应较大的范围波长，并非常数，且实际光路存在色散，各零部件安装存在一定公差，因此传播距离也非常数，即波长与像素对应关系式表现为复杂的非线性，因此可事先假设波长与像素间存在一个多项式的对应关系：，通过测量一个已知谱线峰位真值的标准校准光源发射光谱或标准吸收光谱，抓取其中的n+1个峰位，对上述多项式进行拟合，得到n+1个系数，从而得到全波段的波长与像素的对应关系，实现波长校准。
在近红外波段为例，校准用氙灯在近红外910-2100nm范围内含有若干离散的发射峰，基本覆盖了近红外光栅光谱仪的测量范围，是常用的近红外校准光源。汞灯发射峰覆盖200-600nm范围、氩灯则覆盖700-950nm范围，因此汞氩灯是紫外-可见波段校准光源常用的校准光源。
氙灯的若干发射峰值真值可以包括：916.265、979.970、992.319、1083.837、1262.339、1365.706、1414.244、1473.281、1541.839、1605.328、1647.290*、1656.023*、1672.815、1763.882*、1790.450*、1809.090*、1832.530*、1959.940*、1984.638*、2026.200。
需要说明的是，由于个别峰值峰宽极窄，能量极弱，以至于使用普通的一阶光栅光谱仪无法测出，需要使用特别的二阶光栅才能得到，如上述带有*号标记的数值。
受不同类型光谱仪的仪器分辨率限制，测量同一光谱并非完全相同，例如氙灯光谱测量可具有明显差异。氙灯发射谱线峰值并非无限窄的真值，而是存在一定的展宽，谱线展宽由谱线自然加宽、入射狭缝展宽和光谱仪的分辨率共同决定。其中，谱线自然加宽又可由产生机制不同分为Lorenze（洛伦兹）线型的碰撞加宽和Gaussian（高斯）线型的多普勒加宽，自然加宽中通常同时含有上述两种机制，曲线为Lorentz（洛伦兹）与Gaussian（高斯）卷积，称为Voigt（沃伊特）曲线，如图34所示。
光谱仪测量得到的曲线为，其中，为真实的只有自然加宽的光谱，为仪器线形，单色光展宽为有限宽度的谱线其宽度称为仪器线形，光谱仪测得的的半高全宽(FWHM)通常由狭缝展宽、仪器分辨率和谱线自然加宽决定，如公式：，其中dλ（slit）为狭缝展宽因素下测得的波长分辨率，dλ（resolution）为仪器分辨率因素下测得的波长分辨率，dλ（line）为谱线自然加宽因素下测得的波长分辨率，以半高全宽定义。
如图35所示，分别使用光栅光谱仪和傅立叶变换红外吸收光谱仪（FTIR光谱仪）测得的氙灯光谱，从图中可以看到光栅光谱仪测得的光谱明显展宽，表面氙灯的光谱的展宽主要源于仪器线形，而非自然加宽，因此，可以使用Gaussian（高斯）线型作为仪器测量的展宽线型，拟合得到氙灯的光谱的峰值位置，或其他物质的窄带特征光谱峰值。
特别对于近红外波段的物质分子吸收谱，此波段来源于分子基团吸收基频的倍频或和频，吸收峰通常较宽，达到几十至百纳米量级，远超仪器分辨率，通过普通的光栅光谱仪探测而无需拟合峰值，并不影响测量结果。
可选地，分束采集头1100包括至少两个采集子头，分合束光纤1000包括至少两根波长相异的光纤1300，各光纤1300与各采集子头一一对应，合束头1200和光谱仪2000的数量均为至少两个，各光谱仪2000的检测波段相异，合束头1200用于将相同波长的光纤1300与检测波段相对应的光谱仪2000连接。
即所有波长相同的光纤1300可以通过一个合束头1200与一个光谱仪2000连接，这样，不同的合束头1200可以将不同波段所采集的不同方向的漫反射光线合束并通入不同检测波段的光谱仪2000中，以使探测设备可以对待测物600进行多波段同步测量。因此，该实施例使得漫射光谱探测设备包含至少两个探测波段，设备的探测波段得以拓宽，以提高漫射光谱探测设备的采集准确性。参考图33，分束采集头1100包括两个采集子头时，耦入可见光谱仪和近红外光谱仪，对60%反射率的漫反射板进行测量，可以看出探测设备的探测效果有所改善。
这里，如图37-图39所示，相同波长的光纤1300可以以线阵或双排排布或圆形排布的方式在合束头1200内分布，其中，线阵或双排排布的方式可以适用于光栅光谱仪，圆形排布的方式可以适用于傅里叶光谱仪。
分合束光纤1000包括至少两根光纤1300，可选的实施例中，可以通过转接的方式实现整个分合束光纤1000的组装。可选地，参考图45和图46，分合束光纤1000设有第一转接端1400和第二转接端1500，第一转接端1400和第二转接端1500位于分束采集头1100和合束头1200之间，光纤1300具有位于第一转接端1400的第一端面，以及位于第二转接端1500的第二端面，第一端面与第二端面相贴合，第一转接端1400和第二转接端1500可以直接连接，从而实现整个分合束光纤1000的转接组装，达到“即插即用”的效果。此种结构有利于漫射光谱探测设备的快速组装和维护。可选地，光纤1300在第一转接端1400和第二转接端1500的排布形式可以相同，使得第一端面和第二端面可以重合，例如光纤1300在第一端面和第二端面处均可以呈圆形排布（如图45所示）。当然，光纤1300在第一转接端1400和第二转接端1500的排布形式也可以不相同（如图46所示）。
当然，分合束光纤1000也可以不设有第一转接端1400和第二转接端1500，此时分合束光纤1000不进行转接。
进一步可选地，各光纤1300在第二转接端1500处的总通光面积等于光纤1300在合束头1200处的总通光面积，也就是说，在光线从第二转接端1500向合束头1200传导的过程中，分合束光纤1000的通光面积不变，在光线总能量不变的情况下，分合束光纤1000的能量密度不变，从而保证光谱仪2000的处理效果。当然，各光纤1300在第二转接端1500处的总通光面积也可以大于或小于光纤1300在合束头1200处的总通光面积。
具体来讲，图45所示结构可以实现光纤1300的圆形排布形式与线阵排布形式之间的转接。此时，合束头1200的形状与光谱仪2000的入口狭缝800的形状相适配，有利于更多的光线进入光谱仪2000内。而图46中，光纤1300在第一端面处呈圆形排布，在第二端面处呈一根较粗的整体式光纤，此时，各光纤1300位于第二转接端1500和合束头1200之间的部分合拢成一体式光纤，也就是说，多根光纤1300拧成一根光纤1300，使得多根光纤1300传导的光信号可以在同一根光纤1300内进行匀光，从而使得进入光谱仪2000的光信号更均匀。与此同时，单根光纤1300与入口狭缝800的相对位置要求有所降低，只要能够满足单根光纤1300的直径大于或等于入口狭缝800的宽度即可，因此此种实施例减小了安装时光纤1300与光谱仪2000的入口狭缝800的对准偏差，可以降低光纤1300的设计公差精度要求，以及合束头1200与光谱仪2000的连接难度。可选地，这里的一体式光纤的横截面形状可以为圆形，光纤1300在第二转接端1500处合拢成一根光纤1300，这样设置更有利于保证各光纤1300在第二转接端1500处的总通光面积等于光纤1300在合束头1200处的总通光面积。
上述图46所示的转接方式可以概括为单芯转接，图45所示的转接方式则可以概括为非单芯转接，根据图47可以看出，单芯转接方式中，从光纤1300的第一端面的不同空间位置出射的光线，耦入第二端面后，多模光纤效率变化较小，且耦入后光纤端面的能量趋于均匀分散状分布，因此使用此转接方案可使各方向测量光谱权重更加一致，相较使用透镜器件转接的方式其能量损失更小，增加了测量稳定性。
在本实施例中，漫射光谱探测设备可以包括八个采集镜筒200，并且八个采集镜筒200沿光源100的周向均匀分布，如图41所示，每个合束头1200中均有八个相同波长的光纤1300，以采集八个方向的漫反射光线，并且漫射光谱探测设备可以包括三个合束头1200，即每个分束采集头1100内设有三根波长相异的光纤1300。
例如，光栅光谱仪的狭缝为1.2mm×50um，当八个光纤1300以线阵的方式在合束头1200内排布时，线阵合束的最佳尺寸为100 um，双排合束的最佳尺寸为200 um，对于入光孔径为1mm的傅里叶光谱仪来说，圆形合束的最佳尺寸为300um。在其他实施例中，探测设备可以只包括一个光谱仪2000和一个合束头1200，各分束采集头1100均包括一个采集子头。比如，漫射光谱探测设备可以包括四个采集镜筒200，四个采集镜筒200可以采集不同方向的漫反射光线，并且分合束光纤1000可以包括四根波长相同的光纤1300和四个分束采集头1100，四根光纤1300分别与四个分束采集头1100连接，并且四根光纤1300可以通过一个合束头1200与光谱仪2000连接。
在本申请的可选实施例中，漫射光谱探测设备还可以包括至少两个第一温度调节机构，各第一温度调节机构可以分别与各采集镜筒200所连接的分束采集头1100连接，各第一温度调节机构可以分别用于调节各分束采集头1100的温度，以使各分束采集头1100的温度小于或等于预设温度。这样，可以避免分束采集头1100的温度过高导致分束采集头1100在传输信号的过程中失去一部分能量而出现光谱偏差，有利于提高待测物光谱测量的稳定性。
在其他实施例中，漫射光谱探测设备可以不包括第一温度调节机构。
在可选的实施例中，第一温度调节机构可以包括第一温度检测元件300和第一温度控制装置，第一温度检测元件300可以用于检测分束采集头1100的温度，第一温度控制装置可以与分束采集头1100连接，第一温度控制装置可以与第一温度检测元件300通信连接，在第一温度检测元件300检测到分束采集头1100的温度大于预设温度的情况下，第一温度控制装置可以控制分束采集头1100降温，以使分束采集头1100的温度小于或等于预设温度。
通过第一温度检测元件300可以实时地对分束采集头1100的温度进行监控，并且第一温度控制装置可以根据第一温度检测元件300的检测信号自动地对分束采集头1100降温，无需人为操作。
在本实施例中，第一温度检测元件300可以为温度传感器。
在其他实施例中，第一温度调节机构可以包括降温装置，操作人员可以每间隔一段时间对各分束采集头1100进行温度测量，当测量到分束采集头1100的温度大于预设温度时，操作人员启动降温装置，使降温装置对分束采集头1100降温。
可选地，第一温度控制装置可以为散热风扇。当然，第一温度控制装置也可以为液冷装置或气冷装置，具体不对第一温度控制装置的结构进行限定，只需能够自动地对分束采集头1100降温即可。
在本申请的可选实施例中，准直透镜220的数值孔径大于或等于分束采集头1100的数值孔径。这样，每一束准直光束经过准直透镜220聚焦后，其光斑大小均小于分束采集头1100的光敏面大小，从而使每一束准直光束均可以落在分束采集头1100上。
当然，准直透镜220的数值孔径可以小于分束采集头1100的数值孔径。
可选地，准直透镜220朝向探测窗口500的一面的曲率半径可以小于准直透镜220背离探测窗口500的一面的曲率半径。这样，可以使准直透镜220更凸的一面朝向探测窗口500，以使准直透镜220可以将漫反射光线汇聚到分束采集头1100上。
这里，准直透镜220可以为平凸透镜或双凸透镜。
当然，准直透镜220朝向探测窗口500的一面的曲率半径可以大于准直透镜220背离探测窗口500的一面的曲率半径。
在本申请的可选实施例中，漫射光谱探测设备还可以包括固定板400，固定板400上可以设置有安装孔410，采集镜筒200还可以包括光纤连接板230和筒体240，光纤连接板230可以位于安装孔410背离探测窗口500的一侧，并与固定板400连接，分束采集头1100可以设置于光纤连接板230背离安装孔410的一侧，并且分束采集头1100可以贯穿光纤连接板230，筒体240可以与光纤连接板230连接并穿过安装孔410，准直透镜220可以设置于筒体240内。这样，便于拆装采集镜筒200，并且可以通过调节筒体240与安装孔410轴线的夹角来调节采集镜筒200与光源100的光轴的夹角。
在其他实施例中，采集镜筒200可以不可拆卸地固定在固定板400上，具体地，采集镜筒200可以与固定板400为一体式结构。
在可选的实施例中，筒体240远离光纤连接板230的一端可以设置有透镜固定件250，透镜固定件250可以包括连接部252和与连接部252连接的支撑部251，连接部252可以与筒体240连接，支撑部251可以伸入筒体240内，准直透镜220可以设置于支撑部251上，并且支撑部251和连接部252均可以设置有用于供漫反射光线通过的开孔。这样，便于拆装准直透镜220。
当然，准直透镜220可以直接固定在筒体240内。
可选地，支撑部251背离连接部252的一端的端面可以为弧形面253，弧形面253的曲率半径可以与准直透镜220朝向探测窗口500的一面的曲率半径相一致。这样，可以使支撑部251与准直透镜220更加贴合，从而可以提高准直透镜220安装的稳定性。
当然，支撑部251背离连接部252的一端的端面可以为平面。
在可选的实施例中，各采集镜筒200的采集路径的重合位置与探测窗口500的间距可以为10-40cm。这样，可以保证各采集镜筒200的采集路径均能够经过待测物600，从而保证各采集镜筒200均能够采集待测物600的漫反射光线。
当然，各采集镜筒200的采集路径的重合位置与探测窗口500的间距可以大于40cm。
可选地，采集镜筒200的轴线与光源100的光轴的夹角可以为5°-40°，光源100的发散角可以为5°-15°。这样，可规避或减小采集光谱中待测物600表面光泽、结构件散射和环境中的杂光比例，以保证采集镜筒200采集的漫反射光线中包含待测物600信息的漫反射光尽可能的多，从而可以提高漫射光谱探测设备所采集的待测物600的信号的准确性。
当然，采集镜筒200的轴线与光源100的光轴的夹角也可以小于5°或大于40°，光源100的发散角可以小于5°或大于15°。
对于一些表面光滑的待测物600，存在对光源100较大的直接反射，形成待测物600的“光泽”，使待测物600表面形成直接反射光，此部分直接反射光不携带待测物600的物质分子的吸收信息，需要尽可能减小。
比如，如图16所示，在第一种方式中，光源100的直径WL为10cm，采集镜筒200与光源100的水平间距a可以为10cm，采集镜筒200与待测物600的垂直间距h为20.6cm，采集镜筒200的轴线与光源100的光轴的夹角δ为20°，在这种方式下，光源100中心发出的光线会经待测物600的表面直接反射至采集镜筒200中，此时无法规避待测物600表面的直接反射光。
在第二种方式中，如图17所示，光源100的直径WL为10cm，采集镜筒200与光源100的水平间距a可以为10cm，采集镜筒200与待测物600的垂直间距h为20.6cm，采集镜筒200的轴线与光源100的光轴的夹角δ可以大于26°，δ>arctan[（WL+a）/（2h）]。这样，由于采集镜筒200准直采集，如图17中的虚线所示，光源100发出的光线经待测物600的表面形成的直接反射光不会照射至采集镜筒200上，从而可以规避待测物600表面的直接反射光。而若采集镜筒200为非准直采集结构，则光源100发出的光线仍有部分会经待测物600的表面反射至非准直采集结构中，如图17中的实线所示，而无法规避待测物600表面的直接反射光。
在第三种方式中，如图18所示，光源100的直径WL为10cm，采集镜筒200与待测物600的垂直间距h为20.6cm，采集镜筒200的轴线与光源100的光轴的夹角δ可以为20°，采集镜筒200与光源100的水平间距a可以小于5cm，d<2h×tan（δ）-WL。这样，由于采集镜筒200准直采集，如图18中的虚线所示，光源100发出的光线经待测物600的表面形成的直接反射光不会照射至采集镜筒200上，从而可以规避待测物600表面的直接反射光。而若采集镜筒200为非准直采集结构，则光源100发出的光线仍有部分会经待测物600的表面反射至非准直采集结构中，如图18中的实线所示，而无法规避待测物600表面的直接反射光。本申请实施例提供的漫射光谱探测设备，通过准直采集的方式可以使不同高度下采集范围不扩散，从而可以增加待测物600检测高度，以使漫射光谱探测设备可以适用在线检测环境。
比如，光源100的直径WL为10cm，采集镜筒200与光源100的水平间距a可以为10cm，采集镜筒200的轴线与光源100的光轴的夹角δ可以为20°，光源100的发散角δL可以为15°，分束采集头1100的采集角度δf可以为20°。
如图20所示，当采集镜筒200不包括准直透镜220时，即采集镜筒200为非准直采集结构时，采集镜筒200与待测物600的第一高度610的垂直间距h1=a/[tanδL+tan（δ-δf）]，采集镜筒200与待测物600的第二高度620的垂直间距h2= （WL+a）/[tan（δ+δf）-tanδL]，并且第一高度610和第二高度620之差Δh= h2- h1=28.22cm。
如图19所示，当采集镜筒200包括准直透镜220时，即采集镜筒200为准直结构时，采集镜筒200与待测物600的第一高度610的垂直间距h1=a/[tanδL+tanδ]，采集镜筒200与待测物600的第二高度620的垂直间距h2= （WL+a）/[tanδ-tanδL]，并且第一高度610和第二高度620之差Δh= h2- h1=192.46cm。
由此可知，通过准直采集的方式可以有效增加待测物600的检测高度。
在本申请可选的实施例中，漫射光谱探测设备还可以包括第二温度调节机构，第二温度调节机构可以与光谱仪2000连接，第二温度调节机构可以用于控制光谱仪2000的温度，以使光谱仪2000的温度处于预设范围之内。这样，可以降低探测设备的光谱测量噪声、暗电流基线、波长准确性的测量差异，还可以减少不同探测设备之间的台间差。
在其他实施例中，漫射光谱探测设备可以不包括第二温度调节机构。
在可选的实施例中，第二温度调节机构可以包括第二温度检测元件和第二温度控制装置3000，第二温度检测元件可以用于检测光谱仪2000的温度，第二温度控制装置3000可以与光谱仪2000连接，第二温度控制装置3000可以与第二温度检测元件通信连接，在第二温度检测元件检测到光谱仪2000的温度在预设范围之外的情况下，第二温度控制装置控制光谱仪2000降温或升温，以使光谱仪2000的温度处于预设范围之内。这样，可以自动地对光谱仪2000的温度进行调控，无需人为操作，有利于降低操作误差等。这里，第二温度检测元件可以为温度传感器。
在其他实施例中，第二温度调节机构可以仅包括第二温度控制装置3000，操作人员可以每间隔一段时间对光谱仪2000进行温度测量，当测量到光谱仪2000的温度超出预设范围时，操作人员启动第二温度控制装置3000，对光谱仪2000加热或降温。
当然，可以通过对光谱仪2000的暗电流光谱信号监测来控制第二温度控制装置3000，具体地，漫射光谱探测设备还可以包括控制模块，控制模块可以与光谱仪2000和第二温度控制装置3000通信连接，可以每间隔一段时间对光谱仪2000的暗电流光谱信号进行一次检测，当光谱仪2000的暗电流光谱信号小于或大于预设暗电流光谱信号时，控制模块可以控制第二温度控制装置3000对光谱仪2000降温或升温，以使光谱仪2000的暗电流光谱信号保持在预设暗电流光谱信号。
在可选的实施例中，第二温度调节机构可以为恒温箱。
需要说明的是，上述光谱仪2000的探测器900的性能、放大电路的性能以及内部光路结构件热胀冷缩，都对温度较为敏感，不同工作温度和围绕工作温度的波动都会影响光谱测量噪声、暗电流基线、波长准确性等，而出现测量差异，同时也影响不同探测设备间的台间差。尤其对于粉末状或低反射率的待测物600来说，在光源100的功率一定时，由于待测物600的形貌和高度波动导致的漫反射光谱测量差异的绝对量将会减小，此时光谱仪2000的精确控温能力对减小漫反射光谱测量波动将起到关键作用。
以目前所使用的近红外光谱仪为例，其光路为CT式的光栅光谱仪，光栅700分光后反射聚焦在光谱仪2000的探测器900上，这里的探测器900可以为在线阵InGaAs光电探测器阵列，之后通过光谱仪2000的放大电路探测，光谱仪2000自身具备TEC二级制冷装置（即Thermoelectric cooler，半导体制冷器），对光谱仪2000的探测器900进行温控，以保证探测器900良好性能，但是光谱仪2000周围的环境温度依然对放大电路的性能和光路结构件具有较大影响，从而影响光谱仪2000的光谱测量稳定性。
因此，为了减小温度对光谱仪2000的光谱测量稳定性的影响，通过第二温度调节机构来对光谱仪2000的整体温度进行调控，使光谱仪2000的温度保持在预设范围内。
不同环境温度下的暗电流基线会随温度的变化整体漂移，如图23所示，图23中的各条曲线为不同温度下的暗电流基线，其波长下平均值随环境温度变化曲线如图24所示。暗电流大小和环境温度在15-50℃环境下接近线性，漂移量为40-100counts/℃，如果测量光谱最低为1000-2000counts，测量光谱最大为216counts，则要求暗电流基线的温漂所致光谱偏差小于1%，则温度波动需要控制在±0.1-±0.15℃范围内。
通过对光谱仪2000周围环境的高低温测量，光谱仪2000的光谱测量噪声（这里可以为暗电流噪声，可以忽略散粒噪声）在环境温度大于30℃后急剧增加。考虑光谱仪2000的工作环境温度为0-40℃，可以将光谱仪2000的温度控制在20℃-25℃之间，即上述预设范围可以为20℃-25℃，具体地，可以将光谱仪2000的温度控制在22℃。
如图25所示，光谱仪2000的温度在20-30℃之间时，暗电流噪声的波动较为平缓。
波长漂移和波长台间差，受环境温度所致光学结构件热胀冷缩的影响较大。比如将两台光谱仪2000放置在温度波动±0.4℃环境下，并测量氙灯的光源光谱信息，其中，如图26所示，第一光谱仪测量的平均波长为1475.92nm，第二光谱仪测量的平均波长为1473.42nm，使用高斯线型拟合测量氙灯真值1473.281nm处的测量光谱，得到波长的测量漂移情况。
在此环境下，如图27所示，两台光谱仪的波长最大漂移达到0.45nm，而需要将测量的准确性控制在0.2nm以下，则需要将温度波动控制在±0.2℃以下，此外，两台光谱仪2000之间的波长差异大于2nm，则需要在高精度温控下进行校准。
结合上述内容，本实施例中，光谱仪2000的温度需要控制在22±0.15℃，上述第二温度控制装置可以为恒温箱，可以将光谱仪2000放置于恒温箱内，并将第二温度检测元件贴在光谱仪2000表面或悬挂在恒温箱内，以使第二温度检测元件可以实时检测光谱仪2000的温度。
此外，为了进一步地避免长时间下光谱仪2000内的微小温度波动对暗电流基线造成影响，上述光谱仪2000可以选用带快门功能的光谱仪，并且可以每间隔预设时间关闭一次快门，使快门封闭光谱仪2000的快门孔，使采集镜筒200采集的光线不进入光谱仪2000，并使光谱仪2000采集此时的暗电流光谱信号并更新，以对光谱仪2000的暗电流进行标定。这里，预设时间可以为5-20分钟。根据上述方案，如图28所示，实际检测的恒温箱内的光谱仪2000表面的温度波动可以小于±0.1℃量级，如图29所示，光谱仪2000的暗电流在每15分钟的标定间隔内变化小于4counts，如图31所示，波长漂移小于0.1nm。
此外，不同光谱仪2000之间存在的波长台间差若仅通过独立的校准步骤难以在系统工作时进行校准或标定，同时，由于光谱仪2000测得的波长存在温漂，因此需要在恒温箱中进行波长标定。具体地，如图36所示，可以将光谱仪与氙灯连接，并将光谱仪2000放置于恒温箱中，检测光谱仪2000的温度，若光谱仪2000的温度波动小于±0.15℃时，即光谱仪2000的温度相对于预设温度的波动小于±0.15℃，比如光谱仪2000的温度为21.85℃-22.15℃，光谱仪2000采集氙灯的光谱信号，并根据采集到的氙灯的波长与光谱仪2000的像素进行拟合校准，得到全波段的波长与像素的对应关系，将光谱仪2000的波长更新为所测得的波长，实现对波长的校准。
氙灯的波长与光谱仪2000的像素的拟合方法可以包括：用Gaussian（高斯）线型拟合测量得到氙灯某个谱峰（真值记为λ1）所对应的像素点精确位置，记为pix1（像素点1），重复上述步骤，拟合得到至少5组（λ，pix），该5组拟合处的pix应当尽量覆盖光谱仪2000的探测器900的像元阵列的整段像素点位，然后用至少5组（λ，pix）拟合波长-像素的多项式关系，如图30所示，完成拟合校准。
在可选的实施例中，上文所述的第二温度控制装置可以包括至少两个恒温箱，各光谱仪2000分别放置于各恒温箱内，以使各恒温箱分别控制各光谱仪2000的温度。
当然，第二温度控制装置可以仅包括一个恒温箱，恒温箱内可以设置有至少两个控温空间，各光谱仪2000分别放置于各控温空间内，并且各控温空间内均设置有第二温度检测元件，各第二温度检测元件分别用于检测各光谱仪2000的温度。这里，各控温空间内均设置有用于调控光谱仪2000温度的控温元件。控温元件可以包括加热件和制冷件，加热件可以控制光谱仪2000升温，制冷件可以控制光谱仪2000降温。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (14)
1.一种漫射光谱探测设备，其特征在于，包括光源（100）、探测窗口（500）、至少两个采集镜筒（200）、包含至少一个采集波段的分合束光纤（1000）以及至少一台光谱仪（2000）；
所述光源（100）和各所述采集镜筒（200）均位于所述探测窗口（500）的同一侧，各所述采集镜筒（200）沿所述光源（100）的周向分布，所述光源（100）发出的光可经过所述探测窗口（500）照射至待测物（600）上，各所述采集镜筒（200）用于接收所述待测物（600）的漫反射光线，各所述采集镜筒（200）的采集路径经过所述探测窗口（500）；
所述采集镜筒（200）包括筒体（240）和准直透镜（220），所述准直透镜（220）设置于所述筒体（240）内，且所述准直透镜（220）用于准直所述漫反射光线，所述分合束光纤（1000）包括至少两个分束采集头（1100）和至少一个合束头（1200），各所述分束采集头（1100）分别与各所述筒体（240）相连，所述分束采集头（1100）位于所述准直透镜（220）远离所述探测窗口（500）的一侧，且所述准直透镜（220）的焦点落在所述分束采集头（1100）上，所述合束头（1200）与所述光谱仪（2000）相连，所述分束采集头（1100）所采集的光信号通过所述合束头（1200）耦入所述光谱仪（2000）。
2.根据权利要求1所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述分束采集头（1100）包括至少两个采集子头，所述分合束光纤（1000）包括至少两根波长相异的光纤（1300），各所述光纤（1300）与各所述采集子头一一对应，所述合束头（1200）和所述光谱仪（2000）的数量均为至少两个，各所述光谱仪（2000）的检测波段相异，所述合束头（1200）用于将相同波长的所述光纤（1300）与检测波段相对应的所述光谱仪（2000）连接。
3.根据权利要求1所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述漫射光谱探测设备还包括至少两个第一温度调节机构，各所述第一温度调节机构分别与各所述分束采集头（1100）连接，各所述第一温度调节机构分别用于调节各所述分束采集头（1100）的温度，以使各所述分束采集头（1100）的温度小于或等于预设温度。
4.根据权利要求3所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述第一温度调节机构包括：
第一温度检测元件（300），用于检测所述分束采集头（1100）的温度；
第一温度控制装置，与所述分束采集头（1100）连接，所述第一温度控制装置与所述第一温度检测元件（300）通信连接，在所述第一温度检测元件（300）检测到所述分束采集头（1100）的温度大于所述预设温度的情况下，所述第一温度控制装置控制所述分束采集头（1100）降温，以使所述分束采集头（1100）的温度小于或等于所述预设温度。
5.根据权利要求1所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述准直透镜（220）的数值孔径大于或等于所述分束采集头（1100）的数值孔径。
6.根据权利要求1所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述准直透镜（220）朝向所述探测窗口（500）的一面的曲率半径小于所述准直透镜（220）背离所述探测窗口（500）的一面的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述漫射光谱探测设备还包括固定板（400），所述固定板（400）上设置有安装孔（410），所述采集镜筒（200）还包括光纤连接板（230），所述光纤连接板（230）位于所述安装孔（410）背离所述探测窗口（500）的一侧，并与所述固定板（400）连接，所述分束采集头（1100）连接于所述光纤连接板（230）背离所述安装孔（410）的一侧，并贯穿所述光纤连接板（230），所述筒体（240）与所述光纤连接板（230）连接并穿过所述安装孔（410）。
8.根据权利要求7所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述筒体（240）远离所述光纤连接板（230）的一端设置有透镜固定件（250），所述透镜固定件（250）包括连接部（252）和与所述连接部（252）连接的支撑部（251），所述连接部（252）与所述筒体（240）连接，所述支撑部（251）伸入所述筒体（240）内，所述准直透镜（220）设置于所述支撑部（251）上，所述支撑部（251）和所述连接部（252）均设置有用于供所述漫反射光线通过的开孔。
9.根据权利要求8所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述支撑部（251）背离所述连接部（252）的一端的端面为弧形面（253），所述弧形面（253）的曲率半径与所述准直透镜（220）朝向所述探测窗口（500）的一面的曲率半径相一致。
10.根据权利要求1所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，各所述采集镜筒（200）的采集路径的重合位置与所述探测窗口（500）的间距为10-40cm。
11.根据权利要求1所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述采集镜筒（200）的轴线与所述光源（100）的光轴的夹角为5°-40°，所述光源（100）的发散角为5°-15°。
12.根据权利要求1所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述分合束光纤（1000）包括至少两根光纤（1300），所述分合束光纤（1000）设有第一转接端（1400）和第二转接端（1500），所述第一转接端（1400）和所述第二转接端（1500）位于所述分束采集头（1100）和所述合束头（1200）之间，所述光纤（1300）具有位于所述第一转接端（1400）的第一端面，以及位于所述第二转接端（1500）的第二端面，所述第一端面与所述第二端面相贴合，各所述光纤（1300）在所述第二转接端（1500）处的总通光面积等于所述光纤（1300）在所述合束头（1200）处的总通光面积，各所述光纤（1300）合拢成一体式光纤。
13.根据权利要求1所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述漫射光谱探测设备还包括第二温度调节机构，所述第二温度调节机构与所述光谱仪（2000）连接，所述第二温度调节机构用于控制所述光谱仪（2000）的温度，以使所述光谱仪（2000）的温度处于预设范围之内。
14.根据权利要求13所述的漫射光谱探测设备，其特征在于，所述第二温度调节机构包括：
第二温度检测元件，用于检测所述光谱仪（2000）的温度；
第二温度控制装置（3000），与所述光谱仪（2000）连接，所述第二温度控制装置与所述第二温度检测元件通信连接，在所述第二温度检测元件检测到所述光谱仪（2000）的温度在所述预设范围之外的情况下，所述第二温度控制装置控制所述光谱仪（2000）降温或升温，以使所述光谱仪（2000）的温度处于所述预设范围之内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410753378.2A CN118329800A (zh) | 2024-06-12 | 2024-06-12 | 漫射光谱探测设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410753378.2A CN118329800A (zh) | 2024-06-12 | 2024-06-12 | 漫射光谱探测设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118329800A true CN118329800A (zh) | 2024-07-12 |
Family
ID=91782857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410753378.2A Pending CN118329800A (zh) | 2024-06-12 | 2024-06-12 | 漫射光谱探测设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118329800A (zh) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102778729A (zh) * | 2012-07-31 | 2012-11-14 | 清华大学 | 高光束质量信号光光纤合束器及其制作方法 |
| CN104458594A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-03-25 | 中国农业大学 | 一种生鲜肉品质参数多点同时检测的系统及方法 |
| CN105606562A (zh) * | 2016-01-05 | 2016-05-25 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种近红外漫反射自动校正探头 |
| CN106706600A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-05-24 | 华中科技大学 | 一种具备多探头光信号收集单元的远程libs测试系统 |
| CN106950183A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-07-14 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于光谱技术的便携式土壤养分检测装置 |
| CN108375546A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于可见/近红外光谱技术的化肥在线多点检测装置及其检测方法 |
| CN109883989A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-06-14 | 中国农业科学院农产品加工研究所 | 肉品质无损检测装置 |
| CN111837063A (zh) * | 2018-03-12 | 2020-10-27 | 古河电气工业株式会社 | 具备光束重叠机构的光纤束 |
| JP2020183977A (ja) * | 2019-04-26 | 2020-11-12 | 古河電気工業株式会社 | 光結合器および光出力装置 |
| CN214474091U (zh) * | 2021-01-27 | 2021-10-22 | 深圳阿珂法先进科技有限公司 | 一种多通道光路同时接入光谱仪的连接结构 |
| CN215493138U (zh) * | 2021-03-24 | 2022-01-11 | 江苏物联网研究发展中心 | 一种土壤养分检测系统 |
| CN115855247A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-28 | 哈尔滨工业大学 | 用于谷物检测的分布式光纤光谱探头 |
| CN219084751U (zh) * | 2022-12-06 | 2023-05-26 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 光谱采集组件、光谱分析装置、物质检测装置及其系统 |
-
2024
- 2024-06-12 CN CN202410753378.2A patent/CN118329800A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102778729A (zh) * | 2012-07-31 | 2012-11-14 | 清华大学 | 高光束质量信号光光纤合束器及其制作方法 |
| CN104458594A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-03-25 | 中国农业大学 | 一种生鲜肉品质参数多点同时检测的系统及方法 |
| CN105606562A (zh) * | 2016-01-05 | 2016-05-25 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种近红外漫反射自动校正探头 |
| CN106706600A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-05-24 | 华中科技大学 | 一种具备多探头光信号收集单元的远程libs测试系统 |
| CN106950183A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-07-14 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于光谱技术的便携式土壤养分检测装置 |
| CN108375546A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于可见/近红外光谱技术的化肥在线多点检测装置及其检测方法 |
| CN111837063A (zh) * | 2018-03-12 | 2020-10-27 | 古河电气工业株式会社 | 具备光束重叠机构的光纤束 |
| CN109883989A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-06-14 | 中国农业科学院农产品加工研究所 | 肉品质无损检测装置 |
| JP2020183977A (ja) * | 2019-04-26 | 2020-11-12 | 古河電気工業株式会社 | 光結合器および光出力装置 |
| CN214474091U (zh) * | 2021-01-27 | 2021-10-22 | 深圳阿珂法先进科技有限公司 | 一种多通道光路同时接入光谱仪的连接结构 |
| CN215493138U (zh) * | 2021-03-24 | 2022-01-11 | 江苏物联网研究发展中心 | 一种土壤养分检测系统 |
| CN115855247A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-28 | 哈尔滨工业大学 | 用于谷物检测的分布式光纤光谱探头 |
| CN219084751U (zh) * | 2022-12-06 | 2023-05-26 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 光谱采集组件、光谱分析装置、物质检测装置及其系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7536937B2 (ja) | 全血中のヘモグロビンパラメータを決定するための分析システム及び方法 | |
| US10337980B2 (en) | Analyte system and method for determining hemoglobin parameters in whole blood | |
| US20150233762A1 (en) | Spectrometry system with illuminator | |
| US6960769B2 (en) | Infrared measuring apparatus and method for on-line application in manufacturing processes | |
| US9535053B1 (en) | Analyte system and method for determining hemoglobin parameters in whole blood | |
| US10088360B2 (en) | Spectroscopic analyte system and method for determining hemoglobin parameters in whole blood | |
| US9638686B1 (en) | Analyte system and method for determining hemoglobin parameters in whole blood | |
| KR101279066B1 (ko) | 코팅 처리의 광학 모니터링을 위한 측정 시스템 | |
| US8148690B2 (en) | Method and apparatus for on-line web property measurement | |
| US10151630B2 (en) | Analyte system and method for determining hemoglobin parameters in whole blood | |
| US20190154505A1 (en) | Spectrometric measuring device | |
| CN118329800A (zh) | 漫射光谱探测设备 | |
| CN108709163A (zh) | 一种光源输出波长调节装置 | |
| US9933411B2 (en) | Analyte system and method for determining hemoglobin parameters in whole blood | |
| JP3295418B2 (ja) | 分光測定装置 | |
| RU2051337C1 (ru) | Устройство для измерения характеристик собственного излучения в инфракрасном диапазоне | |
| Cady et al. | Design review of a broadband three-dimensional scatterometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |