專利名稱：：置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實時分析儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及一種光電檢測分析儀，具體說涉及一種置有漫反射聚光鏡的過程自動控制儀表。
背景技術(shù)：
：工業(yè)化生產(chǎn)中，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗，保護(hù)環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益，通常在生產(chǎn)過程中對被測物中的某些成分含量進(jìn)行在線監(jiān)測和控制。例如在冶煉工業(yè)中原料的主要成分及水分含量的監(jiān)測；食品、固體飲料等工業(yè)生產(chǎn)中原料、中間品和最終產(chǎn)品中不同狀態(tài)脂肪、糖分、蛋白質(zhì)及水分的含量的監(jiān)測。這些監(jiān)測的實現(xiàn)有很大一部分都采用光學(xué)檢測方式，而這些方式的實現(xiàn)要突破傳統(tǒng)實驗室產(chǎn)品設(shè)計理念，與在線檢測的特點相結(jié)合，設(shè)計出適用于在線實時測量的檢測儀表。工業(yè)在線檢測的困難在于現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜，其技術(shù)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實驗室環(huán)境。為滿足在線監(jiān)測的需要，必須結(jié)合實際情況具體設(shè)計。例如通過光學(xué)檢測手段對傳送帶上固態(tài)物料表面的成分分析時，以往的很多在線分析儀器檢測結(jié)果都受檢測物料表面與儀器距離的影響。究其主要原因在于檢測物與儀器距離變化時，進(jìn)入光電探測器的光信號強(qiáng)度也隨之變化很大，如球面聚光鏡的儀器光信號的最大值與最小值之比大于10。通常情況下光電探測器都有一定的線性區(qū)間，當(dāng)光信號強(qiáng)度變化較大時，光電探測器的電信號轉(zhuǎn)化存在非線性效應(yīng)，因而影響了最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。針對此類問題有很多人都是對電路進(jìn)行改進(jìn)，通過電路的補(bǔ)償或是后續(xù)算法中對此進(jìn)行修正，雖然此種方法能在最大程度上消除對測量結(jié)果的影響，但是也存在很大問題，包括設(shè)計難度大、開發(fā)周期長、需多次試驗測試、開發(fā)費用大、風(fēng)險極高，有很多廠商的產(chǎn)品最終也達(dá)不到預(yù)期效果。本實用新型的主要目的就是設(shè)計出一種易于實現(xiàn)的光學(xué)反光鏡頭，解決檢測物料表面與儀器距離變化時而光強(qiáng)隨之變化較大所帶來的一系列的問題。該鏡頭可以實現(xiàn)檢測物料表面與儀器距離變化較大時，而通過此反射鏡頭收集的光信號強(qiáng)度變化較小，取保其變化強(qiáng)度在光電探測器檢測的近似線性區(qū)間內(nèi)。
發(fā)明內(nèi)容針對傳送帶上物料表面漫反射光實時采集時，物料表面與檢測儀器的距離動態(tài)變化而引起采集光強(qiáng)的大范圍變化問題，本實用新型提供一種能固定變焦的多焦距漫反射聚光鏡，自動消除光強(qiáng)大范圍內(nèi)變化對光電探測器能量非線性在計算中影響。解決上述技術(shù)問題所采取的具體技術(shù)方案是一種置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實時分析儀器，包括光源、光電探測器，其特征是在在線式實時分析儀器中光電探測器上方安裝一種多焦距漫反射聚光鏡，多焦距漫反射聚光鏡是由多個同軸表面連續(xù)但曲率不連續(xù)的環(huán)面組成；多焦距漫反射聚光鏡的每個環(huán)面的焦距都不同，環(huán)面的大小由漫反射的立體角按余弦積分等比分配決定。本實用新型的有益效果3[0007]由于本實用新型采用多焦距漫反射聚光鏡，經(jīng)由多焦距漫反射聚光鏡匯聚的光投射在光電探測器上的光強(qiáng)變化范圍較小，光信號的最大值與最小值之比小于2，而相同情況下，已有的球面聚光鏡的儀器光信號的最大值與最小值之比大于10。此鏡頭的應(yīng)用有利于光電探測器光電信號轉(zhuǎn)換，在動態(tài)測量過程中漫反射聚光鏡收集漫反射光時，可以有效解決光強(qiáng)大范圍變化對光電探測器能量非線性在計算中的影響問題。本實用新型的多焦距漫反射聚光鏡的每個環(huán)面都是同軸回轉(zhuǎn)面，易于加工，制造成本低，即適合單件試驗生產(chǎn)，也可批量化模具鑄造。整機(jī)結(jié)構(gòu)裝配簡單，有效降低整機(jī)復(fù)雜系數(shù)，便于各部分分工設(shè)計協(xié)作完成。圖1本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2多焦距漫反射聚光鏡光路示意圖；圖3多焦距漫反射聚光鏡局部剖面示意圖。具體實施方式參照說明書附圖具體說明本實用新型的具體實施方法。圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)裝置示意圖，在在線式實時分析儀器試驗中，裝有光源1和光電探測器2，光電探測器2上方置有由多個同軸環(huán)面組成的多焦距漫反射聚光鏡3，試驗儀器下部放有被測物料4。多焦距漫反射聚光鏡3的每個環(huán)面的焦距都不同，環(huán)面連續(xù)但曲率半徑不連續(xù)，環(huán)面的大小由漫反射的立體角按余弦積分等比分配決定。光源1發(fā)出的光束照射在被測物料4表面，當(dāng)檢測物料4表面與多焦距漫反射聚光鏡距離3動態(tài)變化時，經(jīng)由多焦距漫反射聚光鏡3匯聚的光投射在光電探測器2上的光強(qiáng)變化范圍很小，達(dá)到消除動態(tài)測量時，光電探測器光強(qiáng)能量非線性響應(yīng)對于計算影響的問題。圖2是多焦距漫反射聚光鏡光路示意圖，在有效范圍內(nèi)，多焦距漫反射聚光鏡3匯聚檢測物料4表面的漫反射光在光電探測器2處，接收到的光強(qiáng)動態(tài)變化范圍很小。圖3是多焦距漫反射聚光鏡3局部剖面示意圖，顯示了多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)的位置的設(shè)計方法。圖中9卜i是多焦距漫反射聚光鏡3第l環(huán)下邊緣到探測器中心連線與水平面所成的角，9i是多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)上邊緣到探測器中心連線與水平面所成的角，li是多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)到檢測物料4第i檢測位置的距離，1/是多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)到探測器中心的距離，多焦距漫反射聚光鏡3第i環(huán)曲線方程為(y-li/2)7a2+x7b2=1起點為(xi+1，y卜》，終點為(Xi，y》li滿足如下關(guān)系(li+「W(l「li—》=q(1「10)(qn-l)/(q-l)=Al9i滿足如下關(guān)系(sin9i+「sin9i)/(sin9「sin9卜》=q[0024]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>[0025]其中q為相鄰倆環(huán)物距差的比值，取值范圍為q>1，當(dāng)q-V^時為最佳值；n為組成多焦距漫反射聚光鏡3環(huán)面的個數(shù)，i取值從1至n，一般情況取到10即可滿足要求；(x。，y。)、1。、Al、及A9取值根據(jù)儀器實際尺寸確定，設(shè)計時應(yīng)首先根據(jù)總體設(shè)計要求初步確定多焦距漫反射聚光鏡3的直徑、光電探測器2直徑，及二者在z軸方向距離，然后再確定具體設(shè)計參數(shù)l及9。在確定以上環(huán)面的剖面線確定后，將此曲線繞z軸旋轉(zhuǎn)一周所得的凹面即為多焦距漫反射聚光鏡3的內(nèi)表面。多焦距漫反射聚光鏡3可實現(xiàn)對一定距離的檢測物料4表面的光收集，并且投射到探測器的光信號強(qiáng)度受距離的影響較小，對光電探測器2的光電轉(zhuǎn)換及為有利。下面以具體實例予以說明，漫反射聚光鏡直徑100mm，距離光電探測器40mm，即(x。，y。)為(50,40)，10為300mm，A1為200mm，Ae為36.34°，n為10，q為V^，具體參數(shù)見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0028]將多焦距漫反射聚光鏡置換成凹球面反光鏡，焦距46.7±0.5mm，直徑100mm，像距50mm，1為光電探測器2與被測物料4表面的距離，其余情況相同條件下進(jìn)行測試。下面是試驗對比數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0030]多焦距漫反射聚光鏡3光信號的最大值在距離光電探測器2的300mm處，最小值在距離光電探測器2的500mm處，光信號的最大值與最小值之比小于2?；谙嗨魄闆r下球面聚光鏡的儀器，光信號的最大值與最小值之比大于io，相比之下多焦距漫反射聚光鏡3的應(yīng)用對光電探測器2的光電信號轉(zhuǎn)換極為有利，整機(jī)儀器的檢測精度也大為提高。權(quán)利要求一種置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實時分析儀器，包括光源、光電探測器，其特征是在在線式實時分析儀器中光電探測器上方安裝一種多焦距漫反射聚光鏡，多焦距漫反射聚光鏡是由多個同軸表面連續(xù)但曲率不連續(xù)的環(huán)面組成；多焦距漫反射聚光鏡的每個環(huán)面的焦距都不同，環(huán)面的大小由漫反射的立體角按余弦積分等比分配決定。專利摘要一種置有多焦距漫反射聚光鏡的在線式實時分析儀器，在在線式實時分析儀器中安裝一種多焦距漫反射聚光鏡，多焦距漫反射聚光鏡是由多個同軸表面連續(xù)但曲率不連續(xù)的環(huán)面組成。經(jīng)由多焦距漫反射聚光鏡匯聚的光投射在光電探測器上的光強(qiáng)變化范圍較小，光信號的最大值與最小值之比小于2，而已有的球面聚光鏡的儀器光信號的比值大于10。在動態(tài)測量過程中漫反射聚光鏡收集漫反射光時，可以有效解決光強(qiáng)大范圍變化對光電探測器能量非線性在計算中的影響問題。本實用新型的多焦距漫反射聚光鏡的每個環(huán)面都是同軸回轉(zhuǎn)面，易于加工，制造成本低，即適合單件試驗生產(chǎn)，也可批量化模具鑄造。整機(jī)結(jié)構(gòu)裝配簡單，有效降低整機(jī)復(fù)雜系數(shù)。文檔編號G01N21/01GK201527399SQ20092020384公開日2010年7月14日申請日期2009年10月10日優(yōu)先權(quán)日2009年10月10日發(fā)明者佟超,劉小玲,劉輝,尹德有,張堯東,張建,李明東,李輝,許洋,趙龍,龔亞林申請人:丹東東方測控技術(shù)有限公司