红外高光谱检测装置和方法

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及光学监测分析技术领域，尤其涉及一种红外高光谱检测装置和方法。背景技术：2.随着人们对于环境污染重视程度的日益增加，污染物的快速监测分析技术也越来越重要。其中，红外光谱反映了物质分子选择性吸收特征，利用地物红外光谱技术，无需化学试剂，可以实现物质成分的快速监测和定量/半定量分析。3.当前的地物红外测量仪器，主要包括室内光谱测量仪器和野外光谱测量设备。4.室内光谱测量仪器，主要面向实验室高精度的红外光谱测量与分析工作应用。室内光谱测量仪器获取的光谱数据质量和精度都比较高，满足了高精度红外光谱分析需要。但是室内光谱测量仪器一般体积比较大，重量重，且操作复杂，不便于野外实地测量，难以满足野外实勘条件下的快速监测需要。5.野外光谱测量设备，主要面向遥感监测地面真实性检验、地面验证、地物组分光谱测量等工作。野外光谱测量设备的类型很多，体积比较小，操作比较简单，被大量地应用于植被、水体、土壤、岩石等地物的光谱数据的快速获取。但由于野外多样化环境的影响，造成光谱获取质量不高，数据的可比性较差。技术实现要素：6.本发明提供一种红外高光谱检测装置和方法，用以解决现有技术中由于野外多样化环境的影响，造成光谱获取质量不高、数据可比性较差的缺陷，能够去除环境本底光谱特征，获取质量较高的光谱信息。7.本发明提供一种红外高光谱检测装置，包括：8.光纤探头组件，包括光源出射单元和设于所述光源出射单元一侧的光谱探测单元；9.检测样品放置组件，设于所述光纤探头组件下侧，包括不同颜色的放置盒，设定颜色的所述放置盒用于放置对应形态的待测样品；10.其中，所述光源出射单元用于向所述待测样品射出光学全谱段光线，所述光谱探测单元用于获取所述待测样品的反射高光谱信息。11.在一个实施例中，所述检测样品放置组件垂直设于所述光纤探头组件下侧，以便所述光源出射单元和所述光谱探测单元分别与所述待测样品的表面垂直。12.在一个实施例中，所述放置盒包括黑色放置盒和白色放置盒，所述黑色放置盒用于放置固态的待测样品，所述白色放置盒用于放置液态的待测样品。13.在一个实施例中，还包括：14.探头调节组件，设于所述光纤探头组件的上侧，用于调节所述光纤探头组件与所述待测样品表面的距离。15.在一个实施例中，还包括：16.光源组件，与所述光源出射单元连接，用于产生所述光源出射单元所需的光学全谱段光线。17.在一个实施例中，所述光源组件的工作光谱取值范围为340nm-2000nm。18.在一个实施例中，还包括：19.光谱仪组件，与所述光谱探测单元连接，用于确定所述待测样品的光谱检测参数，采集高光谱数据。20.在一个实施例中，所述光谱仪组件的工作光谱取值范围为200nm-1100nm。21.在一个实施例中，还包括：22.智能控制组件，与所述光谱仪组件连接，用于根据所述光谱仪组件的反馈参数调整所述光谱仪组件的相关参数，并处理获取的样品高光谱数据。23.本发明还提供一种红外高光谱检测方法，包括：24.将待测样品放置于对应颜色的放置盒；25.将所述放置盒放置于光源出射单元和光谱探测单元下侧；26.所述光源出射单元向所述待测样品射出光学全谱段光线；27.基于所述光学全谱段光线，所述光谱探测单元获取所述待测样品的反射高光谱信息。28.本发明提供的红外高光谱检测装置和方法，通过不同颜色的放置盒，设定颜色的所述放置盒放置对应形态的待测样品，能够增强待测样品光谱，还能够吸收背景干扰光，减少环境背景对待测样品光谱的影响。附图说明29.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。30.图1是本发明一个实施例提供的红外高光谱检测装置的剖面结构示意图；31.图2是本发明一个实施例提供的红外高光谱检测装置的结构示意图；32.图3是本发明另一实施例提供的红外高光谱检测装置的结构示意图；33.图4是本发明又一个实施例提供的红外高光谱检测装置的结构示意图；34.图5是本发明实施例提供的红外高光谱检测方法的流程图。35.附图标记：36.110：光纤探头组件；111：光源出射单元；112：光谱探测单元；120：检测样品放置组件；121：放置盒；130：探头调节组件；140：样品检测暗室；150：光源组件；160：光谱仪组件；170：智能控制组件；180：电源组件；190：壳体。具体实施方式37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。38.图1为本技术实施例提供的红外高光谱检测装置的剖面结构示意图，图2为本技术实施例提供的红外高光谱检测装置的结构示意图。39.图3是将本发明所有实施例红外高光谱检测装置的功能模块组合起来的结构示意图，示出了探头调节组件、样品检测暗室、光源组件、光谱仪组件、智能控制组件、电源组件的结构，下述所有实施例中的各个组件的结构可参考图3。40.图4是将本发明所有实施例红外高光谱检测装置的功能模块集成到壳体内的结构示意图。41.参照图1和图2，本技术实施例提供一种红外高光谱检测装置，可以包括：42.光纤探头组件110，包括光源出射单元111和设于所述光源出射单元111一侧的光谱探测单元112；43.具体的，光源出射单元111和光谱探测单元112的一端集成在一个光纤探头中，另一端分别集成在各自的光纤探头中。44.检测样品放置组件120，设于所述光纤探头组件110下侧，包括不同颜色的放置盒121，设定颜色的所述放置盒121用于放置对应形态的待测样品；45.其中，所述光源出射单元111用于向所述待测样品射出光学全谱段光线，所述光谱探测单元112用于获取所述待测样品的反射高光谱信息。46.所述光源出射单元111用于向所述待测样品射出光学全谱段光线后，根据待测样品形态的不同，光线在待测样品表面发生反射，或者经过待测样品投射后，再通过放置盒121反射，从而使得所述光谱探测单元112可以获取所述待测样品的反射高光谱信息。另一方面，根据不同形态的待测样品设置的不同颜色的放置盒121，能够吸收背景干扰光，减少环境背景对待测样品光谱的影响。47.在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述检测样品放置组件120垂直设于所述光纤探头组件110下侧，以便所述光源出射单元111和所述光谱探测单元112分别与所述待测样品的表面垂直。48.通过放置盒121颜色的设置，可以解决液态样品的传统测量方式中，光源出射单元111和光谱探测单元112不能垂直于设定形态的待测样品表面，必须在同一方向，且与待测样品表面呈一定角度，难以对全光谱测量设备进行便携化集成的问题。光源出射单元111和所述光谱探测单元112分别与所述待测样品的表面垂直，可以实现不同形态样品的红外高光谱检测装置、全光谱检测装置的便携化集成设置。49.在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述放置盒121包括黑色放置盒和白色放置盒，所述黑色放置盒用于放置固态的待测样品，所述白色放置盒用于放置液态的待测样品。50.光源出射单元111射出的光学全谱段光线经过液态的待测样品透射后，再通过所述白色放置盒的多次反射后，通过液态的待测样品，传输至光谱探测单元112，增强了液态的待测样品本身的直接反射、以及经过透射再反射后的液态的待测样品的光谱特征。将增强后的液态的待测样品光谱，减去背景的光谱信息，得到待测样品的光谱特征信息，去除了环境本底的影响。一方面，解决了由于液态的待测样品具有吸收电磁波能力强，导致传统方式测量的反射率光谱数值很小，难以满足数据分析的问题。另一方面，解决了由于液态的待测样品的镜面反射，所导致的传统测量方式中，光源出射单元111和光谱探测单元112，不能垂直于水面，必须在同一方向，且与水面呈一定角度，难以对液态的待测样品的全光谱测量设备进行便携化集成的问题。51.光源出射单元111射出的光学全谱段光线经过固态的待测样品反射后，传输至光谱探测单元112，选用黑色放置盒，就可直接获取到固态的待测样品的全光谱测量。由于固态的待测样品的反射率较高，黑色放置盒能够吸收背景干扰光，减少环境背景对样品光谱的影响。本发明设计实现的样品光谱测量装置，实现了跨液态和固态样品光谱的一体化测量。液态的待测样品可以为水体，固态的待测样品可以为土壤等，因此，本发明设计实现的样品光谱测量装置，实现了水体和土壤等跨液态和固态样品光谱的一体化测量。52.以下各可选实施例的结构均可参照图3。53.在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，本发明提供的红外高光谱检测装置还包括：54.探头调节组件130，设于所述光纤探头组件110的上侧，用于调节所述光纤探头组件110与所述待测样品表面的距离。55.探头调节组件130为机械螺纹调节结构，通过螺纹的机械旋转，调节光纤探头组件110与所述待测样品表面的距离，可以根据待测样品的光谱反射率特征和几何尺寸，选择最优的光谱探测距离，解决了当前红外光谱探测距离固定，不能适应各类地物样品的问题。56.在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，本发明提供的红外高光谱检测装置还包括：57.样品检测暗室140，包括容纳所述检测样品放置组件120的腔体，光线探头组件设于样品检测暗室140的上侧，光源出射单元111和光谱探测单元112伸入到腔体内部。探头调节组件130设于光线探头组件的上方。样品检测暗室140为黑色，提供了一个稳定的测量环境，避免测量的样品光谱受到周围环境的影响。根据待测样品的形态，若为固态的待测样品，则将待测样品放入黑色的测量盒，将测量盒放进黑色放置盒上，最后将黑色放置盒放入样品检测暗室140内，执行光谱检测。若为液态的待测样品，则将待测样品放入透明的测量杯中，将测量杯放进白色放置盒上，最后将白色放置盒放入样品检测暗室140内，执行光谱检测。58.在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，本发明提供的红外高光谱检测装置还包括：59.光源组件150，与所述光源出射单元111连接，用于产生所述光源出射单元111所需的光线。具体的，光源组件150可采用卤素光源。60.在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述光源组件150的工作光谱取值范围为340nm-2000nm。具体的，光源组件150的工作光谱取值范围可为340nm-900nm。61.在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，本发明提供的红外高光谱检测装置还包括：62.光谱仪组件160，与所述光谱探测单元112连接，用于确定所述待测样品的光谱检测参数。光谱仪组件160的尺寸可酌情选择较小的尺寸，以便使得装置的结构更加紧凑。63.在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述光谱仪组件160的工作光谱取值范围为200nm-1100nm。具体的，光谱仪组件160的工作光谱取值范围可为340nm-900nm，光谱分辨率取值范围可为0.1nm-1nm。64.在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，本发明提供的红外高光谱检测装置还包括：65.智能控制组件170，与所述光谱仪组件160连接，用于根据所述光谱仪组件160的反馈参数调整所述光谱仪组件160的相关参数。智能控制组件170还可用于，对所述光谱仪组件160采集的光谱数据，进行各类处理和分析。智能控制组件170还可用于为所述光谱仪组件160供电，控制其开启和关闭。66.检测样品放置组件120设有标准白板，打开光源组件150的电源，光源组件150发出光，通过光源出射单元111向标准白板出射光线，光线经标准白板反射后，投射至光谱探测单元112，光谱探测单元112将捕捉到的信息传递给光谱仪组件160，光谱仪组件160进行检测、分析和记录。在此过程中，还可通过探头调节组件130调节光线探头组件与标准白板的距离。67.智能控制组件170用于根据所述光谱仪组件160的反馈参数调整所述光谱仪组件160的相关参数，包括：操作智能控制组件170的软件系统，获取光谱仪组件160的标准白板光谱数据，并将获取的标准白板光谱数据用于测量光谱数据的白板校正。68.智能控制组件170用于根据所述光谱仪组件160的反馈参数调整所述光谱仪组件160的相关参数，还包括：操作智能控制组件170的软件系统，获取光谱仪组件160的暗电流光谱数据，并将获取的暗电流光谱数据用于测量光谱数据的暗电流校正。69.参照图4，在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，本发明提供的红外高光谱检测装置还包括：70.电源组件180和壳体190，电源组件180为智能控制组件170、光源组件150供电，打开系统电源开关，电源组件180开始为智能控制组件170、光源组件150供电，打开智能控制组件170，智能控制组件170为光谱仪组件160供电，并控制开启光谱仪组件160。71.光纤探头组件110、检测样品放置组件120、探头调节组件130、样品检测暗室140、光源组件150、光谱仪组件160、智能控制组件170和电源组件180均集成在壳体190内，壳体190表面可设置提手，方便携带。另外，壳体190还设有开窗，与智能控制组件170的显示屏相吻合，便于查看待测样品的红外高光谱检测结果。72.下面对本发明提供的红外高光谱检测方法进行描述，下文描述的红外高光谱检测方法与上文描述的红外高光谱检测装置可相互对应参照。73.图5为本技术实施例提供的红外高光谱检测方法的流程图。参照图5，本技术实施例提供一种红外高光谱检测方法，包括：74.s1，将待测样品放置于对应颜色的放置盒；75.s2，将所述放置盒放置于光源出射单元和光谱探测单元下侧；76.s3，所述光源出射单元向所述待测样品射出光学全谱段光线；77.s4，基于所述光学全谱段光线，所述光谱探测单元获取所述待测样品的反射高光谱信息。78.所述光源出射单元用于向所述待测样品射出光学全谱段光线后，根据待测样品形态的不同，光线在待测样品表面发生反射，或者经过待测样品投射后，再通过放置盒反射，从而使得所述光谱探测单元可以获取所述待测样品的反射高光谱信息。另一方面，根据不同形态的待测样品设置的不同颜色的放置盒，能够吸收背景干扰光，减少环境背景对待测样品光谱的影响。79.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。









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