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原文传递一种近红外光谱检测装置及控制方法

专利名称：	一种近红外光谱检测装置及控制方法
摘要：	一种近红外光谱检测装置及控制方法，其包括参比送样机构、样品翻转机构和光照参数调节单元，参比送样机构中用于放置样品的第一支座的高度可调节，光照参数调节单元包括多个执行机构，各执行机构的下方设置角度调节机构：执行机构包括调节座、支架、L型板座、光源组件，且L型板座与支架的铰接中心连线、光源组件的光束照射中心线及调节座与支架的铰接中心连线的相交点作为执行机构的运动中心，各执行机构的运动中心相交于同一点；支架与L型板座形成双平行四杆结构；光源组件包括末端设置光源的伸缩杆机构；角度调节机构的第一电机依次连接驱动多个与执行机构对应设置的90度转向机构，各90度转向机构上分别设置与支架连接并推动其转动的推杆。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南林业科技大学
发明人：	文韬;韩龙波;王孟龙;彭海龙;王利军;龚中良;曾志华
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-04T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910597190.2
公开号：	CN110320175A
代理机构：	长沙正奇专利事务所有限责任公司
代理人：	马强;李宇
分类号：	G01N21/359(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	410004 湖南省长沙市韶山南路498号
主权项：	1.一种近红外光谱检测装置，包括机箱（7），所述机箱内设置参比送样机构（1）、样品翻转机构（2）和光照参数调节单元（3），其特征在于，所述参比送样机构包括两个平行设置的参比送样直线模组（11），两个参比送样直线模组的滑块上相隔一定距离设置样品自转托盘单元（12）、参比球托盘单元（13），所述样品自转托盘单元包括固定设置在输送单元上的第一底座（121），第一底座内固定设置第一透镜套筒（122），第一透镜套筒内设置第一凸透镜（123），第一透镜套筒的顶部设置用于放置样品的第一支座（127），第一支座经高度调整单元（128）连接第二支座（129），且第一透镜套筒与行星运动机构(124)的内圈过盈配合连接, 第二支座的支脚固定连接行星运动机构的外圈，使第一、二支座随行星运动机构的外圈转动而转动；所述样品翻转机构包括对称设置于所述输送单元两侧及检测位置的两个第一、二直线模组（21、29），第一直线模组的滑块上设置样品托盘自转驱动机构（20），该样品托盘自转驱动机构包括与第一直线模组的滑块固定连接的第一座板（203），第一座板上经轴承固定安装与第一驱动单元连接的主动摩擦轮（204），且第一座板上垂直安装第三直线模组（22），第三直线模组的滑块经第二驱动单元安装主动抓手（25），第二直线模组的滑块上设置第二座板（205），该第二座板的前端并列设置至少两个随动摩擦轮（206），第二座板的后端垂直安装第四直线模组（28），第四直线模组的滑块经随动抓手轴承座（27）连接随动抓手（26）；所述光照参数调节单元包括环绕所述检测位置设置的多个执行机构（31），各执行机构的下方设置角度调节机构（32）；每个所述执行机构（31）包括与机箱固定连接的调节座（310）、与调节座铰接的支架（311）、与支架铰接的L型板座（313）、安装在L型板座上的光源组件（314），且所述L型板座与支架的铰接中心连线、光源组件的光束照射中心线及调节座与支架的铰接中心连线的相交点作为执行机构的运动中心，各执行机构的运动中心相交于同一点；所述支架包括两个与所述调节座铰接且平行设置的支架脚（3111）、两个与所述L型板座铰接且平行设置的支架悬臂（3112），且两个支架脚的另一端与两个支架悬臂的另一端连接成平行四边形铰接结构，所述L型板座与两个支架悬臂的铰接中心连线平行于两个支架脚，使支架与所述L型板座形成双平行四杆结构；所述光源组件包括通过步进电机控制的伸缩杆机构（3140），伸缩杆机构的末端设置光源；所述角度调节机构包括第一电机（321）、与所述多个执行机构一一对应设置的多个90度转向机构，各90度转向机构上分别设置与所述支架连接的推杆（3253），第一电机的输出轴依次连接驱动各90度转向机构，使各90度转向机构分别通过其推杆驱动相应的支架转动。 2.根据权利要求1所述的一种近红外光谱检测装置，其特征在于，所述机箱的内腔顶部安装反射准直镜（46），底部设置透射准直镜（45），且反射准直镜与透射准直镜相对设置，反射准直镜与透射准直镜之间设置所述样品放置点，反射准直镜和透射准直镜分别经光纤连接可控光路切换器（42）的一端，可控光路切换器的另一端经光纤连接光谱仪（40）。 3.根据权利要求1所述的一种近红外光谱检测装置，其特征在于，所述光照参数调节单元还包括温度调节模块，该温度调节模块包括安装在光谱仪（40）下面用于调节光谱仪温度的温度控制器（34）、安装在机箱内的温度传感器（35）、安装在机箱侧壁上散热风扇（36），温度传感器接入所述光源组件的光源控制回路中，当温度传感器检测到机箱内温度高于设定温度时，温度传感器自动切断光源的电源。 4.根据权利要求1所述的一种近红外光谱检测装置，其特征在于，所述调节座包括与机箱内隔板（6）上固定设置的调节座底板（3101）、同时与所述支架和调节座底板铰接的调节倾角板（3105），调节倾角板与调节座底板之间设置棘轮调节定位机构，使调节倾角板能调节到某一倾角并自锁固定；所述棘轮调节定位机构包括固定安装在所述调节倾角板的旋转轴两端的第一、二棘轮（3102、3104）、铰接安装在所述调节座底板两侧的棘爪（3107），且第一、二棘轮的安装方向相反，两棘爪的一端分别与所述调节座底板经弹簧（3108）连接，另一端分别与第一棘轮或第二棘轮卡设。 5.根据权利要求1所述的一种近红外光谱检测装置，其特征在于，所述90度转向机构分别包括安装座（3254），安装座上固定设置皮带轮（3255）和带座轴承（3251），带座轴承内安装传动轴（3252），传动轴与皮带轮经齿轮传动机构连接，且传动轴上固定连接所述推杆（3253）。 6.根据权利要求5所述的一种近红外光谱检测装置，其特征在于，一90度转向机构的传动轴连接角度传感器（326）的枢轴。 7.根据权利要求1所述的一种近红外光谱检测装置，其特征在于，所述伸缩杆机构的推杆顶端固定安装卤素灯灯座（3142），卤素灯灯座上安装卤素灯（3143）和卤素灯灯筒（3144），卤素灯灯筒的内腔前端依次安装偏振滤光片（3147）和光阑座（3148），光阑座内装配式安装光阑（3149）。 8.根据权利要求1所述的一种近红外光谱检测装置，其特征在于，所述第二驱动单元包括固定在第三直线模组滑块上的第二步进电机座（24），该第二步进电机安装座上安装第二步进电机（23），第二步进电机的输出轴连接所述主动抓手的旋转轴；所述主动抓手和随动抓手的结构相同，分别包括与所述第二步进电机座固定连接的三角座（254）、经滑动轴（257）及第二弹性元件（255）与三角座连接的圆盘座（253），圆盘座上设置多个限位孔（2531），且圆盘座固定连接多边形限位座（252），多边形限位座上铰接多个用于抓压样品的指（251），各指的中部通过第一弹性元件（256）与所述圆盘座连接，各指的后端插入所述圆盘座上的限位孔中。 9.根据权利要求2所述的一种近红外光谱检测装置，其特征在于，所述机箱的内腔顶部安装反射准直镜高度调节机构（47），反射准直镜高度调节机构的推杆顶端固定安装反射准直镜座(471)，所述反射准直镜安装在反射准直镜座上；所述机箱的内腔底部安装透射准直镜高度调节机构(44)，透射准直镜高度调节机构的推杆顶端固定安装透射准直镜座（441），透射准直镜座上安装所述透射准直镜。 10.一种权利要求1－9中任一项所述近红外光谱检测装置的控制方法，其特征在于包括下述步骤： S1、根据执行机构的运动中心及待检准球形水果样品（14）的大小，更换合适的光阑，通过调节高度调整单元（128）使待检准球形水果样品平动到检查位置时，准球形水果样品的中心和各执行机构的运动中心重合于同一点； S2、将携带参比球（15）的参比球托盘单元（13）与携带准球形水果样品（14）的样品自转托盘单元（12）通过第一直线模组（21）输送，使携带有参比球（15）的参比球托盘单元（13）平动到检查位置，即使参比球（15）到达透射准直镜（45）正上方与反射准直镜（46）正下方； S3、打开光源，使各光源发出的光均匀地照射在参比球（15）上面，当可控光路切换器（42）切换到透射支路光纤（43），透射光由透射准直镜（44）耦合到透射支路光纤（43）后，由可控光路切换器（42）传入光谱仪（40），进行参比的透射光谱的采集；当可控光路切换器（42）切换在反射支路光纤（48），反射光由反射准直镜（46）耦合到反射支路光纤（48）后，由可控光路切换器（42）传入光谱仪（40），进行参比的反射光谱的采集； S4、将携带有准球形水果样品（14）的样品自转托盘机构（12）平动到检查位置，即使准球形水果样品第一面到达透射准直镜（45）正上方与反射准直镜（46）正下方； S5、打开光源，使各光源发出的光均匀地照射在准球形水果样品上面，当可控光路切换器（42）切换到透射支路光纤（43），透射光由透射准直镜（44）耦合到透射支路光纤（43）后，由可控光路切换器（42）传入光谱仪（40），进行样品第一面透射光谱的采集；当可控光路切换器（42）切换在反射支路光纤（48），反射光由反射准直镜（46）耦合到反射支路光纤（48）后，由可控光路切换器（42）传入光谱仪（40），进行样品第一面反射光谱的采集； S6、通过第三、四直线模组驱动主动抓手（25）、随动抓手（26），使其移动至与准球形水果样品（14）位于同一水平线上，再通过第一、二直线模组（21、29）同步驱动第三、四直线模组（22、28），使位于第三、四直线模组滑块上的主动抓手和随动抓手相对向准球形水果样品移动，使主、随动抓手压紧或抓紧准球形水果样品，然后同步驱动第三、四直线模组，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品向上抬离样品自转托盘单元；接着启动第二步进电机，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品翻转90°，使准球形水果样品的第二面到达透射准直镜（45）正上方与反射准直镜（46）正下方，最后同步驱动第三、四直线模组，通过主动抓手和随动抓手向下移动将准球形水果样品放回样品自转托盘单元，并通过驱动第一、二直线模组，使主动抓手、随动抓手返回到初始位置，重复步骤S5，完成样品第二面透射光谱或反射光谱的采集； S7、重复步骤S6两次，使准球形水果样品两次翻转90度，完成第三、四面样品透射光谱或反射光谱的采集； S8、先通过驱动第三、四直线模组分别将主、随动抓手向上移动到高于准球形水果样品的位置；再通过第一、二直线模组同步驱动主、随动摩擦轮向准球形水果样品平移至与行星运动机构的外圈接触；然后启动第三步进电机，使主动摩擦轮旋转，从而使行星运动机构的外圈及第一托盘套筒、样品转动90°，重复步骤S6一次，使准球形水果样品的第五面到达透射准直镜（45）正上方与反射准直镜（46）正下方，重复步骤S5，完成样品第五面透射光谱或反射光谱的采集； S9、通过第三、四直线模组驱动主动抓手、随动抓手，使其移动至与准球形水果样品位于同一水平线上，再通过第一、二直线模组同步驱动第三、四直线模组，使位于第三、四直线模组滑块上的主动抓手和随动抓手相对向准球形水果样品移动，使主、随动抓手压紧或抓紧准球形水果样品，然后同步驱动第三、四直线模组，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品向上抬离样品自转托盘单元；接着两次连续启动第二步进电机，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品翻转180°，使准球形水果样品的第六面到达透射准直镜（45）正上方与反射准直镜（46）正下方，最后同步驱动第三、四直线模组，通过主动抓手和随动抓手向下移动将准球形水果样品放回样品自转托盘单元，并通过驱动第一、二直线模组，使主动抓手、随动抓手返回到初始位置，重复步骤S5，完成样品第六面透射光谱或反射光谱的采集； S10、对光照角度进行调节时，启动第一电机，同步驱动各90度转向机构，进而通过90度转向机构连动推杆而驱动执行机构的支架使样品的光照角度变化； S11、对光照距离进行调节时，启动伸缩杆机构的步进电机，通过设置步进电机的脉冲数调节伸缩杆机构的长度，使样品的光照距离变化。
所属类别：	发明专利