专利名称：基于led光源的光谱测量方法
技术领域：
本发明涉及光谱测量技术领域，具体是指一种基于LED光源的光谱测量方法。
背景技术：
测量物质的可见光-近红外光谱是物质性质测量和定量定性分析的重要手段。根据光束与物质的作用形式和光路结构，可分为透射式、反射式、散射式等。常规的光谱测量仪器通常为后分光式设计，即采用连续光源(卤素灯或脉冲氙灯)照射样品，单色器设置在接收光路，如采用光栅作为分光元件，光电二极管阵列为接收元件。该方法虽然可以测量被测物质的反射光谱，但由于有精密的分光元件以及所用的非固态光源的限制(体积、寿命、光源稳定性、能耗和散热等)，该方法适于实验室测量，而较难适应工业过程中在线实时测量的要求。

发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有技术中的不足之处，提供一种基于LED光源的光谱测量方法。该方法由不同中心波长的发光二极管循环分时驱动构成多波长单色光源，适用于测量的波长分辨率要求不严格，不需要连续波长测量，测量对象的性质为不随时间变化或缓慢变化的场合，适合工业化应用。
本发明所述的一种基于LED光源的光谱测量方法，其特征是，采用具有不同中心波长的发光二极管获得光谱测量所需的单色光，采用具有相同光谱响应特性的宽光谱光敏器件构成测量和参比光强的测量装置；在不同时刻分别驱动不同的发光二极管，获得其对应中心波长处的光谱响应值，进一步获得光谱响应曲线。
本发明方法测量的波长精度、波长分辨率只取决于所采用的发光二极管，测量的波长范围还取决于所用光敏器件的光谱响应范围。为了提高波长的分辨率与精度，可在各发光二极管光路上设置窄带滤光片。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果
本发明由于系统内没有高精度的分光装置，光源采用长寿命、低功耗、小体积、波长稳定性好的固态光源，亦没有任何可移动部件，因此，根据本发明方法，可设计出结构紧凑、体积小巧、高靠性低成本的光谱测量装置，尤其适用于工业过程的在线测量。


图1是本发明实施例的纸浆反射光谱在线测量装置结构示意图；图2是本发明实施例的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步地详细说明。
纸浆是指植物纤维的水的悬浮液。纸浆许多特性均可通过其在可见和近红外波段处的反射光谱来测量。如纸浆的硬度(卡伯值)，残余木素含量，亮度，残余油墨含量以及水分含量等。通常的测量方法是采用反射式分光光谱仪对干燥的浆片进行测量，许多商用的标准亮度仪均可进行该项测量，但只适于实验室测量，而不能适应工业过程中在线实时测量的任务。
在可见光-近红外光谱范围内，纸浆的反射光谱没有明显的特征吸收峰，实际应用中对光波波长的分辨率要示并不严格(根据ISO方法，测量纸浆亮度所用蓝光的半峰宽为30nm)。在实际生产过程中，被测纸浆的性质为缓慢变化，不会发生突变，不需在同一时刻对测量的光谱范围内进行同时测量。符合本发明的光谱测量的基本条件。
如图1所示，本实施例提供一个纸浆反射光谱在线测量装置。所述装置由接收光纤1、入射光纤2、发光二极管组11和控制单元9相互连接组成；其中，入射光纤2连接有参比光纤13，并通过耦合透镜组12与发光二极管组11相连接，发光二极管组11连接有发光二极管组驱动电路10，接收光纤1分别依次通过测量光电转换器5、测量放大器7与控制单元9相连接，参比光纤13分别依次通过参比光电转换器6、参比放大器8与控制单元9相连接，控制单元9还与发光二极管组驱动电路10相连接。使用时，接收光纤1和入射光纤2分别与管路4连通，对准纸浆3。
在该装置中，由一组中心波长不同的半导体发光二极管构成单色光源，所用发光二极管的参数如表一所示。发光二极管组11由发光二极管组驱动电路10(即分时与光强控制电路)驱动，在不同时刻分别点亮不同的发光二极管，所发出的单色光通过耦合透镜组12耦合到入射光纤2。入射光纤2为Y型分叉光纤，一部分的入射光由分叉部分(参比光纤13)导入由参比光电转换器6、参比放大器8构成的参比光强测量系统测量入射光的强度。入射光纤2的另一分叉输出的光与管路4中的待测量纸浆3作用，反射的部分光线为接收光纤1所接收，传输到由测量光电转换器5，测量放大器7构成的测量光强测量单元以测量反射光的强度。所有测量的时序是在单片处理器构成的控制单元9(即测量时序控制/AD转换与数据处理单元)的控制下完成，同时控制单元9亦要完成测量与参比信号的数字化与处理，计算出相应波长处的反射率，组合为光谱信号后输出。
表一发光二极管参数表

如图2所示，本实施例的流程如下第一步 电路系统零点测量关闭所有光源，测量参比光路和测量光路的输出，该测量值作为放大电路的零点飘移信息进行记录；第二步 采用一组具有不同中心波长的半导体发光二极管为光源，在时基电路的驱动下，接通第一个LED光源，同时测量参比光路的输出值(参比值)和测量光路的输出值(测量值)，将测量值与参比值比较后计算出该中心波长处的光谱强度比；第三步 关闭该LED，并启动下一个波长对应的LED，重复第二步测量该波长处对应的光谱强度；第四步 将各点光谱强度组合，形成测量光谱响应曲线。
如上所述，即可较好地实现本发明。
权利要求
1.一种基于LED光源的光谱测量方法，其特征是，采用具有不同中心波长的发光二极管获得光谱测量所需的单色光，采用具有相同光谱响应特性的宽光谱光敏器件构成测量和参比光强的测量装置；在不同时刻分别驱动不同的发光二极管，获得其对应中心波长处的光谱响应值，进一步获得光谱响应曲线。
全文摘要
本发明是一种基于LED光源的光谱测量方法，它采用具有不同中心波长的发光二极管获得光谱测量所需的单色光，采用具有相同光谱响应特性的宽光谱光敏器件构成测量和参比光强的测量装置；在不同时刻分别驱动不同的发光二极管，获得其对应中心波长处的光谱响应值，进一步获得光谱响应曲线。本发明方法适用于测量的波长分辨率要求不严格，不需要连续波长测量，测量对象的性质为不随时间变化或缓慢变化的场合，适用于工业化生产。
文档编号G01J3/28GK1556380SQ20031011761
公开日2004年12月22日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者阎东波, 刘焕彬 申请人:华南理工大学