阅读说明：本技术 一种户外便携式光谱仪 (Outdoor portable spectrum appearance ) 是由 孙俊 唐宝文 戴睿敏 周鑫 芦兵 武小红 朱文静 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种户外便携式光谱仪,包括光强追踪模块和光谱检测模块；光强追踪模块包括光强检测匣子,光强检测匣子内的底部装有光敏电阻,根据光敏电阻输入的信息调节结构根据光照信息旋转光强检测匣子位置实现对光源的追踪；光谱检测模块包括接收光探头为光谱检测模块提供光源；滤光片转台装有多种规格的滤光片,将接收光探头输入的光经过滤波后获得选定波长的光；特定波长光接收装置将获得选定波长的光传导至待检测物处；反射光接收装置用于接收待检测物体上后反射的光并用于光谱分析；本发明采用太阳光做光源,利用控制光源追踪模块获取最大光强,提高了测量精度。(The invention discloses an outdoor portable spectrometer, which comprises a light intensity tracking module and a spectrum detection module; the light intensity tracking module comprises a light intensity detection box, a photoresistor is arranged at the bottom in the light intensity detection box, and the light source is tracked by rotating the position of the light intensity detection box according to illumination information through an information adjusting structure input by the photoresistor; the spectrum detection module comprises a light receiving probe which provides a light source for the spectrum detection module; the optical filter rotary table is provided with optical filters with various specifications, and light input by the light receiving probe is filtered to obtain light with a selected wavelength; the specific wavelength light receiving device transmits the light with the obtained selected wavelength to an object to be detected; the reflected light receiving device is used for receiving the light reflected by the object to be detected and is used for spectral analysis; the sunlight is used as a light source, the maximum light intensity is obtained by using the control light source tracking module, and the measurement precision is improved.)

一种户外便携式光谱仪

技术领域

本发明属于光谱仪技术领域，尤其涉及一种户外便携式光谱仪。

背景技术

与传统的化学与物理分析技术相比，近红外光谱分析技术有着大量的优点。近红外光谱仪检测速度快、结果准确、结构性好、适用于多种状态的分析对象。而便携式光谱仪与传统的近红外光谱仪相比有更多的优点，微小型，成本低，易于实现模块化。

对物品进行检测的时候需要采集到足够的光线才可以充分实现对物体的检测。但是现有的光谱仪的光源与采集光源的透镜位置都是固定的，不能根据实际情况进行调整，其光线采集与实际检测效果不好。并且现有的光谱仪结构大而贵，自动化程度低，无法实现现场检测，不能满足在户外、田间的使用。

因此需要一种光谱仪器，结构简单，体积轻便，易于携带，操作简单，能够在户外、田间使用与操作。并且使用太阳光作为光源，能够根据太阳光照射的情况，调整接收太阳光探头的位置满足整个系统的光线采集需求，提高检测精度。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种户外便携式光谱仪，解决现有探头与透镜不方便调整的问题，采用太阳光做光源，利用控制光源追踪模块获取最大光强，提高了测量精度。

本发明所采用的技术方案如下：

一种户外便携式光谱仪，包括光强追踪模块和光谱检测模块；

所述光强追踪模块包括光强检测匣子，所述光强检测匣子内的底部装有光敏电阻，通过光敏电阻采集光照信息得到光源相对于光强检测匣子的位置，调节结构根据光照信息旋转光强检测匣子位置实现对光源的追踪；

所述光谱检测模块包括接收光探头、滤光片转台、特定波长光接收装置和反射光接收装置，所述接收光探头为光谱检测模块提供光源；所述滤光片转台装有多种规格的滤光片，将接收光探头输入的光经过滤波后获得选定波长的光；所述特定波长光接收装置将获得选定波长的光传导至待检测物处；所述反射光接收装置用于接收待检测物体上后反射的光并用于光谱分析；

进一步，所述调节结构包括水平放置台，所述水平放置台的上表面安装有光强检测匣子和接收光探头，且水平放置台的底部水平设置俯仰轴，所述俯仰轴配有步进电机一，用于带动水平放置台沿水平轴线转动；与俯仰轴垂直设置旋转轴，所述旋转轴配有步进电机二，用于带动水平放置台沿竖直轴线转动；

进一步，所述接收光探头的底部依次连接光纤、准直镜和光纤探头一，所述光纤探头一朝向滤光片转台上某一块滤光片设置；

进一步，所述特定波长光接收装置包括依次连接的光纤探头二和光纤一合二分光器，所述光纤一合二分光器通过光纤分别连接光纤探头三和光纤探头四，所述光纤探头二与光纤探头一相对设置，所述光纤探头三和光纤探头四朝向待检测物设置；

进一步，所述反射光接收装置包括光电二极管，所述光电二极管通过检测电路连接单片机，将采集的信号输入单片机；

进一步，所述滤光片转台、特定波长光接收装置和反射光接收装置均设置在密闭的检测箱内，所述反射光接收装置的光电二极管为竖直板状，且光电二极管在检测箱的设置在待检测物端与光纤探头二之间。

本发明的有益效果：

本发明基于近红外光谱技术采用光电检测方法设计的一种户外便携式光谱仪。体积小、操作简单、易携带、可实现现场检测。

本发明采用自然光作为光源并能够根据太阳光照射的情况调整接收探头的位置，能够更好的满足整个系统的光线采集需求，提高了整个系统的测量精度。

本发明采用了双光路的方法能够更好的减小光源稳定性对检测系统的影响。

本发明操作简单、成本低廉、体积轻便、可以在户外使用，具有良好的实际应用的价值。

附图说明

图1是本发明装置的透视图；

图2是本发明装置的光强检测装置结构图；

图3是旋转部件的连接关系示意图；

图4是本发明装置的水平放置台示意图；

图5是本发明装置的滤光片转台示意图；

图6是本发明装置的光路检测示意图；

图7是本发明装置的光路示意图；

图8是本发明装置的工作流程图；

图中，1、接收光探头，2、光强检测匣子3、水平放置台，4、步进电机一，5、步进电机二，6、旋转轴a，7、轴承，8、基座，9、光纤，10、准直镜，11、光纤探头一，12、步进电机三，13、滤光片转台，14、光纤探头二，15、光纤一合二分光器，16、俯仰轴，17、光电二极管，18、光纤探头三，19、光纤探头四，20、光纤，21、滤光片，22、轴承，23、基座，24、旋转轴b，25、光敏电阻。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种户外便携式光谱仪包括光强检测模块和光谱检测模块，

光强检测模块包括采光强检测匣子2，该采光强检测匣子2的顶部开有矩形的采光窗口，在光强检测匣子2的底部设置4个相同的光敏电阻25，如图2，4个光敏电阻25之间沿着采光窗口围成一个矩形；且每块光敏电阻25；每块光敏电阻25连接单片机，单片机的模数转换模块采集光敏电阻25之间的电压差值，单片机根据光敏电阻25之间电压差值的变化，可以判断出太阳光是超前或者滞后于光强检测匣子，在太阳光正对光强检测匣子2的时候，电压差为零。例如，当太阳光超前或者滞后光强检测匣子2的时候，此时光敏电阻25之间会有电压差，单片机根据电压差进一步判断此时光源相对强检测匣子2的位置。

如图3、4，光强检测匣子2底部固定安装在水平放置台3上表面，且水平放置台3的底部水平设置俯仰轴16，俯仰轴16配有步进电机一4，用于带动水平放置台3沿水平轴线转动；与俯仰轴16垂直设置旋转轴6，旋转轴a6配有步进电机二5，用于带动水平放置台3沿竖直轴线转动；通过水平方向和竖直方向的转动使得光强检测匣子2可以追踪太阳的光照。

光谱检测模块包括接收光探头1，接收光探头1的底部固定安装在水平放置台3上表面；接收光探头1的底部连接传输光信号的光纤9的上端，光纤9的下端连接准直镜10上端，准直镜10的下端连接光纤探头一11，准直镜10对光进行准直聚焦，经准直镜10聚焦后的光经过光纤探头一11对准了滤光片转台13的一侧；如图5，滤光片转台13是由多个滤光片21组成轮盘状，且滤光片转台13的中间部位连接步进电机三12的旋转轴b24的一端，旋转轴b24的另一端通过轴承22安装在基座23上，基座23固定安装在密闭检测箱的竖直侧壁上。滤光片转台13的一侧设有光纤探头二14，且光纤探头二14的一端与光纤探头一11相对设置，如图6，光纤探头二14的另一端连接光纤一合二分光器15的一端，光纤一合二分光器15的另一端分别连接2根光纤20的一端，通过光纤一合二分光器15将光路分成两路；每个光纤20的另一端设有光纤探头三18和光纤探头四19，光纤探头三18和光纤探头四19朝向待检测物区域，在检测箱内设有板状的光电二极管17，且光电二极管17在检测箱的设置在待检测物端与光纤探头二14之间，且光电二极管17通过检测电路连接单片机，将采集的信号输入单片机。

为了更清楚的解释本发明所保护的技术方案，如图8以下结合本发明的工作过程作进一步解释：

在工作过程中，当太阳光照到水平放置台3的光强检测匣子2里面的光敏电阻25时，有太阳光滞后光强检测匣子、正对光强检测匣子、超前光强检测匣子三种情况。由于太阳光滞后光强检测匣子、正对光强检测匣子、超前光强检测匣子会在四个光敏电阻25之间形成一个电压差。将这个电压差通过模数转换转换成数字信号传输到单片机上。在太阳光正对光强检测匣子2的时候，电压差为零。当太阳光超前或者滞后光强检测匣子2的时候，此时光敏电阻25之间会有电压差，由单片机驱动步进电机一4与步进电机二5转动，使得电压差为零，此时水平放置台3正对着太阳光，接受光探头1接收到的光强最大，从而实现本装置自动追寻最大光照强度。

将待检测物体放在光纤探头三18与光纤探头四19前，按动按钮，步进电机三12驱动滤光片转台12转动，使需要的滤光片对准光纤探头一11与光纤探头二12。光纤探头一11与光纤探头二12处于水平位置上。

如图7，经过滤光片21得到的特定波长的光经过光纤一分二分光器15分成俩条光路，经过光纤16与光纤20，通过光纤探头三18与光纤探头四19照射到待检测物体上。光照射到待检测物体上后反射到光电二极管17上。

检测电路根据不同波长下的光辐射强度信息输入单片机中计算出光谱信息，最后将处理与分析出的结果在显示器上显示。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。