一种基于全光纤网络的检测方法及全光纤红外检测系统与流程

1.本发明涉及红外测量技术领域，特别是涉及一种基于全光纤网络的检测方法及全光纤红外检测系统。


背景技术：

2.现如今，红外在线测量技术已经历了快速发展。分子间的振动，例如自然界与氢原子结合的o－h，c－h，n－h键，均具有单一的近红外吸收峰，通过测量比较红外吸收的能量，就可以选择性地，非接触，快速测试含有以上分子键的成分含量。o－h对应的水分，c－h对应的石化衍生材料，n－h对应的蛋白，在工业农业生产中有大量的测量需求。水分的测量和控制是很多工业加工过程的重要一环，在林产工业，食品工业，造纸，化工，烟草等等，水分都是终端产品或者过程控制的重要指标。近年来，随着轻薄智能产品的飞速发展，高性能材料需要越来越精准的涂层厚度控制，通常这些石化衍生的高分子材料都可以通过测量c－h键的含量测量涂层含量。
3.基于滤光片的红外测试仪，一般由几个滤光片产生不同的波长，交替地从产品表面反射到内部光学组件，由光信号转换成的电子脉冲经过一个比率算法计算出正比例于被测试含量的信号，这个含量再经偏置和跨度的校正变成直接的含量。目前的红外测量系统虽然响应快、信噪比高，但该系统体积较大，对于狭小空间或细长空间内的测量无能为力。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于全光纤网络的检测方法及全光纤红外检测系统，可以拓展红外检测系统的应用场景，提高检测样品的效率，降低维护成本。
5.为了解决上述技术问题，本发明的第一实施例提供了一种基于全光纤网络的检测方法，包括：
6.在预设周期间隔内，分别向待测样品发送若干束第一测量光，以使所述若干束第一测量光经过待测样品反射形成若干束第一返回光；
7.接收每次发射时对应的一组第一返回光，并测量各组第一返回光对应的第一测量光功率；
8.根据至少两组第一测量光功率，对待测样品的组分含量进行分析。
9.本发明在预设周期间隔内向待测样品发送若干束第一测量光，在待测样品上，一部分测量光被待测样品吸收，未被吸收的测量光会在待测样品表面经过反射形成第一返回光，接收第一返回光，并测量第一返回光对应的第一测量光功率，可以根据对比至少两组第一测量光功率，获取待测样品吸收的光功率，从而通过吸收特性对待测样品的组分含量进行分析，提高了检测样品组分含量的便捷性，拓展应用场景，提高检测样品的效率。
10.进一步地，所述向待测样品发送若干束第一测量光，具体为：
11.根据预设的波长方案确定若干束第一测量光；
12.通过第一光纤端口将所述若干束第一测量光发送至待测样品。
13.本发明首先通过预设的波长方案确定第一测量光，再通过第一光纤端口将若干束第一测量光都发送到待测样品。根据具体的不同需求可以选择不同的波长方案，从而提高检测方法的灵活性和准确性。
14.进一步地，所述接收每次发射时对应的一组第一返回光，并测量各组第一返回光对应的第一测量光功率，具体为：
15.通过第一光纤端口接收各组第一返回光，并将各组第一返回光传输至若干个光电检测器，以测量各组第一返回光对应的第一测量光功率。
16.本发明通过第一光纤端口接收第一返回光，并经过第一光纤端口将接收到的第一返回光传输至光电检测器，以测量第一测量光功率，统一利用第一光纤端口对光进行接收和传输，可以提高传输速率，从而提高检测样品的效率。
17.进一步地，所述根据预设的波长方案确定若干束第一测量光，具体为：
18.所述预设的波长方案包括第一方案、第二方案、第三方案和第四方案；
19.所述第一方案为若干束第一测量光都采用相同波长的光；
20.所述第二方案为若干束第一测量光都采用不同波长的光；
21.所述第三方案为将若干束第一测量光分类成若干对，每对中的两束第一测量光采用相同波长的光，若干对之间的第一测量光采用不同波长的光；
22.所述第四方案为若干束第一测量光采用任意波长的光；
23.根据预设方案中记录的若干个波长确定对应的若干束第一测量光。
24.本发明可以根据具体的需求选择不同的波长方案，第一方案是所有光源都采用相同的波长，可以提高照明光功率，规避由于光功率较低而无法测量的情况；第二方案是所有光源都采用不同的波长，由于不同待测样品对不同波长的吸收率是不同的，第二方案能够给系统提供最多的测量波长，匹配最多的待测样品；第三方案是将光源成对配置，可以规避因待测样品的倾斜带来的测量信号偏差，保证测量系统具有良好的鲁棒性；第四方案是各光源可以采用任意波长，该方案更加灵活，可以同时实现提高照明光功率、匹配最多的待测样品和具有良好的鲁棒性。根据不同需求选择不同的波长方案可以提高检测方法的灵活性和准确性。
25.进一步地，在所述根据预设方案中记录的若干个波长确定对应的若干束第一测量光后，还包括：
26.根据预设的波长方案，设置一束或多束与第一测量光波长相同的参考光，获取参考光功率；
27.将参考光功率减去第一组第一测量光功率，获取吸收光功率；
28.根据吸收光功率，对待测样品组分含量进行分析。
29.本发明可以在检测时增加参考光，增加的参考光数量需要根据测量光的波长决定。参考光路可以由光源直连光电探测器，用于检测参考光功率，通过对比参考光功率与测量光功率，可以得到样品的吸收光功率，从而通过吸收特性对样品组分进行分析。增加参考光后可以只检测一次测量光功率，提高检测效率，也提高了检测的准确性。
30.进一步地，所述根据预设的波长方案，设置一束或多束与第一测量光波长相同的参考光，获取参考光功率，具体为：
31.识别预设的波长方案；
32.当预设的波长方案为第一方案时，设置一束与第一测量光波长相同的第一参考光；
33.将所述第一参考光传输至光电检测器，记录所述第一参考光对应的第一参考光功率；
34.确定第一参考光功率为参考光功率；
35.当预设的波长方案为第二方案、第三方案或第四方案时，设置与每束第一测量光波长相同的若干束第二参考光；
36.将所述若干束第二参考光传输至光电检测器，记录所述若干束第二参考光对应的若干束第二参考光功率；
37.确定若干束第二参考光功率为参考光功率。
38.本发明在第一测量光都是相同波长时，可以只增加一束参考光；在第一测量光是不同波长时，需要增加与第一测量光数量相同的参考光，各参考光的波长分别和各第一测量光相同，将参考光直接传输至光电检测器可以得到参考光功率，以此分析待测样品的组分含量。根据第一测量光的具体情况选择不同的参考光方案可以节省检测成本，也能提高检测效率。
39.进一步地，所述若干束第一测量光经过待测样品反射形成若干束第一返回光，具体为：
40.若干束第一测量光在待测样品表面进行反射形成第一光信号，进行折射形成第二光信号；
41.第二光信号经过待测样品内部传输至反射镜，经过反射镜反射形成第三光信号；
42.第三光信号经过待测样品内部折射和待测样品表面的反射后形成第四光信号；
43.第一光信号和第四光信号组成第一返回光。
44.本发明的第一测量光在传输到待测样品表面上时会发生反射和折射，经过反射形成第一光信号，经过折射形成第二光信号，第二光信号穿过待测样品内部到达反射镜并经反射镜反射后形成第四光信号，第一光信号和第四光信号都会传输回第一光纤端口，所以第一光信号和第四光信号组成第一返回光。本发明在无反射镜的情况下第一返回光只含有第一光信号，在配置反射镜后可以得到较大的测量光功率，方便测量。
45.本发明第一实施例可以根据预设的波长方案确定若干束第一测量光，并将第一测量光传输到待测样品上，一部分测量光被待测样品吸收，未被吸收的光被第一光纤端口收集并传输给光电检测器，检测出第一测量光功率。在无参考光的情况下，根据预设的周期间隔，可以测量多组第一返回光，通过对比多组第一测量光功率对样品组分进行分析；在有参考光的情况下，通过对比参考光功率与一组第一测量光功率则可以对样品组分进行分析，提高了检测样品组分含量的便捷性，拓展应用场景，提高检测样品的效率，降低维护成本。
46.本发明的第二实施例提供了一种全光纤红外检测系统，包括：若干个照明光源模块、若干个光电检测模块、全光纤网络、待测样品、反射镜和载物台；
47.所述照明光源模块，包括照明光源和光纤耦合透镜；其中，光纤耦合透镜用于将从照明光源发出的光耦合进光纤；
48.所述光电检测模块，包括光电检测器和光纤聚焦透镜；其中，光纤聚焦透镜用于将光纤端口输出的光聚焦至光电检测器的传感面上；
49.所述全光纤网络由若干束光纤束组成；其中，所述光纤束的一端连接照明光源模块或光电检测模块，所有光纤束的另一端合并形成第一光纤端口；
50.所述反射镜固定在所述载物台上；
51.所述待测样品放置在载物台上。
52.本发明的每个照明光源模块包含照明光源和光纤耦合透镜，光纤耦合透镜的作用是将照明光源耦合进光纤，从而将测量光传递到待测样品上；每个光电检测模块包含光电检测器和光纤聚焦透镜，聚焦透镜的作用是将返回的光聚焦到光电检测器件的传感面上，从而实现返回光信号的检测；反射镜固定在载物台上，进行检测时，可以将待测样品置于第一光纤端口和反射镜的中间。本发明的全光纤式红外测量系统，采用全光纤网络替代了空间光路，有效缩小了系统重量与体积；采用柔性的光纤束，可以适用于有限空间的应用场合；光在光纤束中传输时，衰减较小，所以也适用于长距离测量的应用场合。
53.进一步地，所述所有光纤束的另一端合并形成第一光纤端口，具体为：
54.所述光纤束由若干条光纤合并而成；
55.利用第一合并法或第二合并法将所有光纤束的另一端合并形成第一光纤端口；
56.所述第一合并法为将所有光纤束做二次合并形成第一光纤端口；
57.所述第二合并法为将所有光纤束的所有光纤随机排列并合并形成第一光纤端口。
58.本发明的光纤束有若干条光纤合并而成，将所有光纤束的一端合并形成第一光纤端口可以根据需求选择不同的合并方案。第一合并法是将已经合成的光纤束做二次合并，第一合并法的每条光纤束均是独立的，如果某一条出现故障，可以仅替换该条光纤束，降低维护成本。第一合并法是在将组成光纤束的若干条光束随机进行排列，并合并得到单一的光纤束，第二合并法的光纤之间间隙很小，提高收光效率。根据不同需求选择不同的合并方法形成第一光纤端口，可以提高系统的灵活性和检测准确性。
59.进一步地，所述照明光源模块，具体为：
60.所述照明光源模块采用脉冲调制输出，若干个照明光源模块输出若干个一一对应的脉冲；其中，每个脉冲的上升沿与上一个脉冲的下降沿对齐；
61.调节第一测量光的数量和光信号占空比的乘积小于等于1，以使检测速度最大化。
62.本发明的照明光源模块是采用脉冲调制输出的，控制第一测量光的数量和光信号占空比的乘积小于等于1，可以最大化提高测量速度，提高检测效率。
63.本发明第二实施例提供的全光纤红外检测系统包括若干个照明光源模块、若干个光电检测模块、全光纤网络、待测样品、反射镜和载物台。每个照明光源模块包含照明光源和光纤耦合透镜，光纤耦合透镜的作用是将照明光源耦合进光纤，从而将测量光传递到待测样品上；每个光电检测模块包含光电检测器和光纤聚焦透镜，聚焦透镜的作用是将返回的光聚焦到光电检测器件的传感面上，从而实现返回光信号的检测；反射镜固定在载物台上，进行检测时，可以将待测样品置于第一光纤端口和反射镜的中间。本发明的全光纤式红外测量系统，采用全光纤网络替代了空间光路，有效缩小了系统重量与体积，使系统可以应用于有限空间或长距离测量的应用场合。
附图说明
64.图1为本发明提供的基于全光纤网络的组分检测方法的一种实施例的流程示意
图；
65.图2为本发明提供的波长方案的一种示意图；
66.图3为本发明提供的光路模型的一种示意图；
67.图4为本发明提供的测量光功率方法的一种示意图；
68.图5为本发明提供的全光纤网络的一种原理示意图；
69.图6为本发明提供的全光纤网络的另一种原理示意图；
70.图7为本发明提供的有参考光检测方法的一种示意图；
71.图8为本发明提供的有参考光检测方法的另一种示意图；
72.图9为本发明提供的全光纤红外检测系统的一种实施例的结构示意图；
73.图10为本发明提供的全光纤红外检测系统的另一种实施例的结构示意图；
74.图11为本发明提供的全光纤红外检测系统的再一种实施例的结构示意图；
75.图12为本发明提供的光纤束合并方法的一种示意图；
76.图13为本发明提供的全光纤红外检测系统时序的一种示意图；
77.图14为本发明提供的多套全光纤红外检测系统并行测量方法的一种示意图。
具体实施方式
78.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
79.实施例1
80.参见图1，是本发明提供的基于全光纤网络的检测方法的一种实施例的流程示意图，该方法包括步骤101至步骤103，各步骤具体如下：
81.步骤101：在预设周期间隔内，分别向待测样品发送若干束第一测量光，以使所述若干束第一测量光经过待测样品反射形成若干束第一返回光。
82.在本发明第一实施例中，向待测样品发送若干束第一测量光，具体为：
83.根据预设的波长方案确定若干束第一测量光；
84.通过第一光纤端口将所述若干束第一测量光发送至待测样品。
85.在本发明第一实施例中，根据预设的波长方案确定若干束第一测量光，具体为：
86.所述预设的波长方案包括第一方案、第二方案、第三方案和第四方案；
87.所述第一方案为若干束第一测量光都采用相同波长的光；
88.所述第二方案为若干束第一测量光都采用不同波长的光；
89.所述第三方案为将若干束第一测量光分类成若干对，每对中的两束第一测量光采用相同波长的光，若干对之间的第一测量光采用不同波长的光；
90.所述第四方案为若干束第一测量光采用任意波长的光；
91.根据预设方案中记录的若干个波长确定对应的若干束第一测量光。
92.在本发明第一实施例中，可以根据具体的需求选择不同的波长方案来确定第一测量光，第一方案是所有光源都采用相同的波长，可以提高照明光功率，规避由于光功率较低而无法测量的情况；第二方案是所有光源都采用不同的波长，由于不同待测样品对不同波
长的吸收率是不同的，第二方案能够给系统提供最多的测量波长，匹配最多的待测样品；第三方案是将光源成对配置，可以规避因待测样品的倾斜带来的测量信号偏差，保证测量系统具有良好的鲁棒性；第四方案是各光源可以采用任意波长，该方案更加灵活，可以同时实现提高照明光功率、匹配最多的待测样品和具有良好的鲁棒性。根据具体的不同需求可以选择不同的波长方案，从而确定不同的第一测量光，提高检测方法的灵活性和准确性。
93.作为本发明第一实施例的一种举例，参见图2，是本发明提供的波长方案的一种示意图。以6束第一测量光为例，每束第一测量光由一个光源发出，由一条光纤束进行输送。6束第一测量光可以设置为波长都相同，都是λ1；可以设置为波长都互不相同分别是λ1、λ2、λ3、λ4、λ5和λ6；可以成对配置，p1和p4光纤端的设置为λ1，p2和p5光纤端的是λ2，p3和p6光纤端的是λ3；也可以任意组合，6束测量光可以分别设置为λ1、λ1、λ3、λ4、λ4和λ5。根据不同的需求可以选择不同的波长方案，确定第一测量光。
94.在本发明第一实施例中，若干束第一测量光经过待测样品反射形成若干束第一返回光，具体为：
95.若干束第一测量光在待测样品表面进行反射形成第一光信号，进行折射形成第二光信号；
96.第二光信号经过待测样品内部传输至反射镜，经过反射镜反射形成第三光信号；
97.第三光信号经过待测样品内部折射和待测样品表面的反射后形成第四光信号；
98.第一光信号和第四光信号组成第一返回光。
99.在本发明第二实施例中，本发明的第一测量光在传输到待测样品表面上时会发生反射和折射，经过反射形成第一光信号，经过折射形成第二光信号，第二光信号穿过待测样品内部到达反射镜并经反射镜反射后形成第四光信号，第一光信号和第四光信号都会传输回第一光纤端口，所以第一光信号和第四光信号组成第一返回光。本发明在无反射镜的情况下第一返回光只含有第一光信号，在配置反射镜后可以得到第一光信号和第四光信号，形成较大的测量光功率，方便测量。
100.作为本发明第一实施例的一种举例，参见图3，是本发明提供的光路模型的一种示意图。照明光源发出第一测量光(1)，传输至待测样品表面时会发生反射形成光信号(2)和发生折射形成光信号(3)，光信号(3)穿过待测样品内部，在待测样品的另一表面发生折射后再经过反射镜反射，穿过待测样品内部再待测样品表面发生折射，形成光信号(9)，光信号(2)和光信号(9)组成了用于检测的第一返回光。
101.参见图4，设置(1)处的照明光功率为1，待测样品表面反射率为k1，样品吸收率为k2，反射镜的反射率为k3，可以得到(1)－(9)位置处的检测光功率。为了直观展示照明光功率与检测光功率的数值差异，可以设置示例值：k1＝1％，k2＝50％，k3＝97％进行计算，可以得到(1)－(9)位置处具体的光功率数值。反射镜的反射率k3可调节，改变k3数值可以调节检测光功率的大小；极端情况下，可以取k3＝0，也即无反射镜配置。当样品吸收率k2较高时，检测光功率(2)较小，所以可以调节反射镜的反射率，增加(9)的检测光功率，得到较大的检测光功率，便于测量。
102.步骤102：接收每次发射时对应的一组第一返回光，并测量各组第一返回光对应的第一测量光功率。
103.在本发明第一实施例中，接收每次发射时对应的一组第一返回光，并测量各组第
一返回光对应的第一测量光功率，具体为：
104.通过第一光纤端口接收各组第一返回光，并将各组第一返回光传输至若干个光电检测器，以测量各组第一返回光对应的第一测量光功率。
105.在本发明第一实施例中，通过第一光纤端口接收第一返回光，并经过第一光纤端口将接收到的第一返回光传输至光电检测器，以测量第一测量光功率，统一利用第一光纤端口对光进行接收和传输，可以提高传输速率，从而提高检测样品的效率。
106.步骤103：根据至少两组第一测量光功率，对待测样品的组分含量进行分析。
107.在本发明第一实施例中，在根据预设方案中记录的若干个波长确定对应的若干束第一测量光后，还包括：
108.根据预设的波长方案，设置一束或多束与第一测量光波长相同的参考光，获取参考光功率；
109.将参考光功率减去第一组第一测量光功率，获取吸收光功率；
110.根据吸收光功率，对待测样品组分含量进行分析。
111.在本发明第一实施例中，根据预设的波长方案，设置一束或多束与第一测量光波长相同的参考光，获取参考光功率，具体为：
112.识别预设的波长方案；
113.当预设的波长方案为第一方案时，设置一束与第一测量光波长相同的第一参考光；
114.将所述第一参考光传输至光电检测器，记录所述第一参考光对应的第一参考光功率；
115.确定第一参考光功率为参考光功率；
116.当预设的波长方案为第二方案、第三方案或第四方案时，设置与每束第一测量光波长相同的若干束第二参考光；
117.将所述若干束第二参考光传输至光电检测器，记录所述若干束第二参考光对应的若干束第二参考光功率；
118.确定若干束第二参考光功率为参考光功率。
119.在本发明第一实施例中，可以在检测时增加参考光，增加的参考光数量需要根据测量光的波长决定，在第一测量光都是相同波长时，可以只增加一束参考光；在第一测量光是不同波长时，需要增加与第一测量光数量相同的参考光，各参考光的波长分别和各第一测量光相同。参考光路可以由光源直连光电探测器，用于检测参考光功率。只需要检测一次测量光功率，通过对比参考光功率与测量光功率，可以得到样品的吸收光功率，从而通过吸收特性对样品组分进行分析，节省检测成本，也能提高检测效率。
120.作为本发明第一实施例的一种举例，参见图5，是本发明提供的全光纤网络的一种示意图。采用反射型测量系统进行检测，将待测样品放置在固定反射镜的载物台上，并控制所述第一光纤端口和所述反射镜在待测样品的两侧。在不设置参考光的情况下，设置6束第一测量光，每束光分别由照明光源(s1－s6)发出，经由光纤耦合透镜(l1－l6)耦合，从光纤束端口(p1－p6)进入光纤束，光纤束的另一端合并成第一光纤端口p11，从p11输出第一测量光，以使第一测量光到达待测样品。第一测量光经过待测样品反射后形成第一返回光，由第一光纤端口p11接收，传输至光电检测器测量第一测量光功率。为了最大化节约成本，可
以只设置4个光电检测器进行测量。第一返回光可以从第一光纤端口p11分别传输至光纤端口p7－p10，p7－p10分别连接4个光纤聚焦透镜(l7－l10)和4个光电检测器(pd7－pd10)，聚焦透镜的作用是将全光纤网络输出的光聚焦到光电检测器件的传感面上，从而实现光信号的检测。经过预设的周期间隔，可以检测多组第一测量光功率，根据对比至少两组第一测量光功率，可以获取待测样品吸收的光功率，从而通过吸收特性对待测样品的组分含量进行分析。
121.参见图6，是本发明提供的全光纤网络的另一种示意图。采用透射型测量系统进行检测，无需设置反射镜，将待测样品放置在载物台上，并控制所述照明光源模块和光电检测模块在待测样品的两侧。设置6束第一测量光，每束光分别由照明光源(s1－s6)发出，经由光纤耦合透镜(l1－l6)耦合，从光纤束端口(p1－p6)进入光纤束，光纤束的另一端合并成第一光纤端口p11，从p11输出第一测量光，以使第一测量光到达待测样品。第一测量光穿过待测样品后形成第一返回光，由第二光纤端口p11’接收，传输至光电检测器测量第一测量光功率。为了最大化节约成本，可以只设置4个光电检测器进行测量。第一返回光可以从第二光纤端口p11’分别传输至光纤端口p7－p10，p7－p10分别连接4个光纤聚焦透镜(l7－l10)和4个光电检测器(pd7－pd10)，聚焦透镜的作用是将全光纤网络输出的光聚焦到光电检测器件的传感面上，从而实现光信号的检测。经过预设的周期间隔，可以检测多组第一测量光功率，根据对比至少两组第一测量光功率，可以获取待测样品吸收的光功率，从而通过吸收特性对待测样品的组分含量进行分析。
122.参见图7，是本发明提供的全光纤网络的另一种示意图，通过识别预设的波长方案，当第一测量光都是相同波长时，可以只增加一路参考光。在图5设置的装置上增加一个照明光源s7、一个光纤耦合透镜l12和一束光纤束，参考光从光纤端口p12进入光纤束，另一端p11直连光纤聚焦透镜l11和光电探测器pd5，用于检测参考光功率。其中，为了防止参考光功率过大，可以在pd5之前插入光衰减片a5起到光功率衰减的作用。设置好器件后，第一测量光和参考光可以同时发射，同时测量第一测量光功率和参考光功率，提高检测效率。通过对比参考光功率与测量光功率，可以得到样品的吸收光功率，从而通过吸收特性对样品组分进行分析。
123.参见图8，是本发明提供的全光纤网络的再一种示意图，通过识别预设的波长方案，当第一测量光都是不同波长时，可以增加与第一测量光数量相同的参考光，各参考光的波长分别和各第一测量光相同。在基于图5的装置测量完一次第一测量光功率后，增加两个光纤聚焦透镜(l11－l12)和两个光电探测器(pd5－pd6)，为了防止参考光功率过大，可以在pd1－pd6之前插入光衰减片a1－a6，起到光功率衰减的作用。在照明光源s1－s6分别发射与第一测量光相同的6束参考光，6束参考光分别从光纤端口p1－p6进入光纤束，另一端p7－p12分别直连光纤聚焦透镜(l7－l12)和光电探测器(pd1－pd6)，检测6路参考光功率。将6组对应的第一测量光功率和参考光功率分别进行对比，可以得到样品的吸收光功率，从而通过吸收特性对样品组分进行分析。
124.综上，本发明第一实施例提供了一种基于全光纤网络的检测方法，可以根据预设的波长方案确定若干束第一测量光，并将第一测量光传输到待测样品上，一部分测量光被待测样品吸收，未被吸收的光被第一光纤端口收集并传输给光电检测器，检测出第一测量光功率。在无参考光的情况下，根据预设的周期间隔，可以测量多组第一返回光，通过对比
多组第一测量光功率对样品组分进行分析；在有参考光的情况下，通过对比参考光功率与一组第一测量光功率则可以对样品组分进行分析，提高了检测样品组分含量的便捷性，拓展应用场景，提高检测样品的效率，降低维护成本。
125.实施例2
126.参见图9－图11，本发明提供了一种全光纤红外检测系统，该系统包括照明光源模块201、光电检测模块202、全光纤网络203、待测样品204、反射镜205和载物台206；
127.照明光源模块201，包括照明光源301和光纤耦合透镜302；其中，光纤耦合透镜302用于将从照明光源301发出的光耦合进光纤；
128.光电检测模块202，包括光电检测器401和光纤聚焦透镜402；其中，光纤聚焦透镜402用于将光纤端口输出的光聚焦至光电检测器401的传感面上；
129.全光纤网络203由若干束光纤束组成；其中，所述光纤束的一端连接照明光源模块201或光电检测模块202，所有光纤束的另一端合并形成第一光纤端口；
130.反射镜205固定在所述载物台206上；
131.待测样品204放置在载物台206上。
132.在本发明第二实施例中，每个照明光源模块都包含一个照明光源和一个光纤耦合透镜，光纤耦合透镜的作用是将照明光源耦合进光纤，从而将测量光传递到待测样品上；每个光电检测模块都包含一个光电检测器和一个光纤聚焦透镜，聚焦透镜的作用是将返回的光聚焦到光电检测器件的传感面上，从而实现返回光信号的检测；反射镜固定在载物台上，进行检测时，可以将待测样品置于第一光纤端口和反射镜的中间。本发明的全光纤式红外测量系统，采用全光纤网络替代了空间光路，有效缩小了系统重量与体积，使系统可以应用于有限空间或长距离测量的应用场合。
133.在本发明第二实施例中，所有光纤束的另一端合并形成第一光纤端口，具体为：
134.所述光纤束由若干条光纤合并而成；
135.利用第一合并法或第二合并法将所有光纤束的另一端合并形成第一光纤端口；
136.所述第一合并法为将所有光纤束做二次合并形成第一光纤端口；
137.所述第二合并法为将所有光纤束的所有光纤随机排列并合并形成第一光纤端口。
138.在本发明第二实施例中，光纤束有若干条光纤合并而成，将所有光纤束的一端合并形成第一光纤端口可以根据需求选择不同的合并方案。第一合并法是将已经合成的光纤束做二次合并，第一合并法的每条光纤束均是独立的，如果某一条出现故障，可以仅替换该条光纤束，降低维护成本。第一合并法是在将组成光纤束的若干条光束随机进行排列，并合并得到单一的光纤束，第二合并法的光纤之间间隙很小，提高收光效率。根据不同需求选择不同的合并方法形成第一光纤端口，可以提高系统的灵活性和检测准确性。
139.作为本发明第二实施例的一种举例，参见图12，是本发明提供的光纤束合并方法的一种示意图。以10个光纤束为例，光纤端p1－10均为光纤束，每条光纤束均由多条光纤合并得到。将10个光纤端口(p1－10)的另一端合并到一起，得到光纤端口p11，有两种合并方案。图11左侧为第一合并法，在p11端将多条光纤束做二次合并得到单一光纤束；第一合并法的优点是p1－10每条光纤束均是独立的，如果某一条出现故障，可以仅替换该条光纤束，维护成本较低。图11右侧为第二合并法，在p11端是将组成p1－10的所有光纤随机(均匀)排列并合并得到单一光纤束；第二合并法的优点是光纤之间间隙很小，收光效率较高。
140.在本发明第二实施例中，照明光源模块201，具体为：
141.照明光源模块201采用脉冲调制输出，若干个照明光源模块201输出若干个一一对应的脉冲；其中，每个脉冲的上升沿与上一个脉冲的下降沿对齐；
142.调节第一测量光的数量和光信号占空比的乘积小于等于1，以使检测速度最大化。
143.作为本发明第二实施例的一种举例，参见图13，是本发明提供的全光纤红外测量系统时序的一种示意图。照明光源模块采用pulse(脉冲)调制输出，一方面可以起到抗干扰作用，另一方面可以起到延长光源寿命作用。假设光源调制信号的周期为t，高电平时长为δt，那么低电平时长为t－δt，占空比为k＝δt/t
×
100％。利用全光纤红外检测系统进行检测时，本发明提出一种时序设计方法，假设全光纤红外检测系统有n个光源，n个光源依次输出n个脉冲，下一个脉冲的上升沿与上一个脉冲的下降沿对齐，那么完成一次完整测量循环所需时间为：t
循环
＝n
×
δt。由占空比定义可知光源调制周期为t＝k
×
δt。为了最大化提高测量速度，应保证t
循环
≤t；可以通过两方面实现：(a)当调制周期t一定时，调节光源数量使n≤1/k；(b)当光源数量n一定时，调节占空比使k≤1/n。其中，当k＝1/n时，全光纤红外检测系统能够得到最大的测量速度。假设红外测量系统配备n＝6个光源，光源调制信号高低电平时间分别为10ms和50ms。则当占空比为k＝1/n，即k＝1/6时，全光纤红外检测系统能够得到最大的测量速度。
144.作为本发明第二实施例的一种举例，参见图14，是本发明提供的多套全光纤红外检测系统并行测量方法的一种示意图。在进行检测时，待测样品可以固定在载物台或流水线上，由载物台或流水线驱动待测样品运动，从而实现不同测量点的组分测量。图13展示了在沿垂直于流水线方向上可以布局多套全光纤测量系统，对待测样品上多个测量点实现并行测量。
145.综上，本发明第二实施例提供的全光纤红外检测系统包括若干个照明光源模块、若干个光电检测模块、全光纤网络、待测样品、反射镜和载物台。每个照明光源模块包含照明光源和光纤耦合透镜，光纤耦合透镜的作用是将照明光源耦合进光纤，从而将测量光传递到待测样品上；每个光电检测模块包含光电检测器和光纤聚焦透镜，聚焦透镜的作用是将返回的光聚焦到光电检测器件的传感面上，从而实现返回光信号的检测；反射镜固定在载物台上，进行检测时，可以将待测样品置于第一光纤端口和反射镜的中间。本发明的全光纤式红外测量系统，采用全光纤网络替代了空间光路，有效缩小了系统重量与体积，使系统可以应用于有限空间或长距离测量的应用场合。
146.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于全光纤网络的检测方法，其特征在于，包括：在预设周期间隔内，分别向待测样品发送若干束第一测量光，以使所述若干束第一测量光经过待测样品反射形成若干束第一返回光；接收每次发射时对应的一组第一返回光，并测量各组第一返回光对应的第一测量光功率；根据至少两组第一测量光功率，对待测样品的组分含量进行分析。2.根据权利要求1所述的基于全光纤网络的检测方法，其特征在于，所述向待测样品发送若干束第一测量光，具体为：根据预设的波长方案确定若干束第一测量光；通过第一光纤端口将所述若干束第一测量光发送至待测样品。3.根据权利要求1所述的基于全光纤网络的检测方法，其特征在于，所述接收每次发射时对应的一组第一返回光，并测量各组第一返回光对应的第一测量光功率，具体为：通过第一光纤端口接收各组第一返回光，并将各组第一返回光传输至若干个光电检测器，以测量各组第一返回光对应的第一测量光功率。4.根据权利要求2所述的基于全光纤网络的检测方法，其特征在于，所述根据预设的波长方案确定若干束第一测量光，具体为：所述预设的波长方案包括第一方案、第二方案、第三方案和第四方案；所述第一方案为若干束第一测量光都采用相同波长的光；所述第二方案为若干束第一测量光都采用不同波长的光；所述第三方案为将若干束第一测量光分类成若干对，每对中的两束第一测量光采用相同波长的光，若干对之间的第一测量光采用不同波长的光；所述第四方案为若干束第一测量光采用任意波长的光；根据预设方案中记录的若干个波长确定对应的若干束第一测量光。5.根据权利要求4所述的基于全光纤网络的检测方法，其特征在于，在所述根据预设方案中记录的若干个波长确定对应的若干束第一测量光后，还包括：根据预设的波长方案，设置一束或多束与第一测量光波长相同的参考光，获取参考光功率；将参考光功率减去第一组第一测量光功率，获取吸收光功率；根据吸收光功率，对待测样品组分含量进行分析。6.根据权利要求5所述的基于全光纤网络的检测方法，其特征在于，所述根据预设的波长方案，设置一束或多束与第一测量光波长相同的参考光，获取参考光功率，具体为：识别预设的波长方案；当预设的波长方案为第一方案时，设置一束与第一测量光波长相同的第一参考光；将所述第一参考光传输至光电检测器，记录所述第一参考光对应的第一参考光功率；确定第一参考光功率为参考光功率；当预设的波长方案为第二方案、第三方案或第四方案时，设置与每束第一测量光波长相同的若干束第二参考光；将所述若干束第二参考光传输至光电检测器，记录所述若干束第二参考光对应的若干束第二参考光功率；
确定若干束第二参考光功率为参考光功率。7.根据权利要求1所述的基于全光纤网络的检测方法，其特征在于，所述若干束第一测量光经过待测样品反射形成若干束第一返回光，具体为：若干束第一测量光在待测样品表面进行反射形成第一光信号，进行折射形成第二光信号；第二光信号经过待测样品内部传输至反射镜，经过反射镜反射形成第三光信号；第三光信号经过待测样品内部折射和待测样品表面的反射后形成第四光信号；第一光信号和第四光信号组成第一返回光。8.一种全光纤红外检测系统，其特征在于，包括：若干个照明光源模块、若干个光电检测模块、全光纤网络、待测样品、反射镜和载物台；所述照明光源模块，包括照明光源和光纤耦合透镜；其中，光纤耦合透镜用于将从照明光源发出的光耦合进光纤；所述光电检测模块，包括光电检测器和光纤聚焦透镜；其中，光纤聚焦透镜用于将光纤端口输出的光聚焦至光电检测器的传感面上；所述全光纤网络由若干束光纤束组成；其中，所述光纤束的一端连接照明光源模块或光电检测模块，所有光纤束的另一端合并形成第一光纤端口；所述反射镜固定在所述载物台上；所述待测样品放置在载物台上。9.根据权利要求8所述的全光纤红外检测系统，其特征在于，所述所有光纤束的另一端合并形成第一光纤端口，具体为：所述光纤束由若干条光纤合并而成；利用第一合并法或第二合并法将所有光纤束的另一端合并形成第一光纤端口；所述第一合并法为将所有光纤束做二次合并形成第一光纤端口；所述第二合并法为将所有光纤束的所有光纤随机排列并合并形成第一光纤端口。10.根据权利要求8所述的全光纤红外检测系统，其特征在于，所述照明光源模块，具体为：所述照明光源模块采用脉冲调制输出，若干个照明光源模块输出若干个一一对应的脉冲；其中，每个脉冲的上升沿与上一个脉冲的下降沿对齐；调节第一测量光的数量和光信号占空比的乘积小于等于1，以使检测速度最大化。

技术总结
本发明涉及红外测量技术领域，公开了一种基于全光纤网络的检测方法及全光纤红外检测系统。该方法可以根据预设的波长方案确定若干束第一测量光，并将第一测量光传输到待测样品上，一部分测量光被待测样品吸收，未被吸收的光被第一光纤端口收集并传输给光电检测器，检测出第一测量光功率。在无参考光的情况下，根据预设的周期间隔，可以测量多组第一返回光，通过对比多组第一测量光功率对样品组分进行分析；在有参考光的情况下，通过对比参考光功率与一组第一测量光功率则可以对样品组分进行分析。本发明可以提高检测样品组分含量的便捷性，拓展应用场景，提高检测样品的效率，降低维护成本。维护成本。维护成本。


技术研发人员：伯恩 张涛
受保护的技术使用者：广州市同飞科技有限公司
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/25