工业在线光谱分析技术

“:///“ Hotline:“:///“ Hotline:400-623-2680在线光谱技术应用工业在线光谱分析技术目前在线光谱分析已经以惊人的速度应用于多个领域的企业生产的多个环节，并已使得过程器领域发生了深刻变革。这种变革与在线光谱分析的独特优点是分不开的，比方:在线光谱分析可以对多路多组分连续同时测量，且速度快，准确性高；在线光谱器易损坏和消耗品少，维护量小；在线光谱分析多承受光纤传输技术，适合环境恶劣的场合;在线光谱器构造相对简洁，并适合多种样品〔如液体，涂层，粉末和固体等〕这些优点对于企业原料和生产的中间环节进展快速质量把握、优化操作、稳定生产和节能降耗格外有价值。与试验室环境不同，工业环境在要求光谱分析系统具有足够的灵敏度和探测限，同时对于性能稳定性，体积尺寸和抗干扰力气也都有严格要求。光谱仪是在线光谱分析的核心模块，它的性能好坏从根本上打算了系统性能。选择适宜的光谱仪对于工业在线应用格外重要。1992年美国海洋光学公司的MikeMorris倍，价格降低了十几倍。光纤光谱仪利用光纤把远离光谱仪器的样品光谱引到光谱仪器，以适应被测样品的简洁外形和位置。由光纤引入光信号还可使仪器内部与外界环境隔绝，可增加对恶劣环境〔潮湿气候、强电场干扰、腐蚀性气体〕的抵抗力气，保证了光谱仪的长期牢靠运行，延长使用寿命。光纤光谱仪构造紧凑，组成包括入射狭缝、准直物镜、光栅、成像反射镜和阵列探测器，还包括数据采集系统和数据处理系统。光信号经入射狭缝投射到准直物镜上，将发散光变成准平行光反射到光栅上，色散后经成像反射镜将光谱呈在阵列接收器的接收面上，光信号被转换成电子信号后，经模拟数字转换，A/D放大后输出，最终由软件系统把握和采集信号，进而完成各种光谱信号测量分析。这些特点对于工业在线光谱应用是极其有利的。可以说，微型光谱仪是光谱测量技术从试验室走向工业应用的里程碑。工业在线光谱分析系统核心为光谱仪，其配套部件一般还有采样附件，光源，把握软件和专用分析模型，它们对于系统整体性能也有重要影响。一般在线光谱分析系统构成如以以下图所示。1在线光谱分析系统组成应用案例-工业在线反射率与颜色测量下面以一个典型案例说明在线光谱系统设计需要考虑的因素。某特种印刷用户需要快速测量薄膜材料颜色，用于产品质量把握。用户主要需求为：·180/分钟的检测速度，且具有足够准确性。·系统能够进展非接触非破坏性采样测量。·系统能直接输出最终结果给上位机。·系统能直接输出颜色值，并能与用户自己的上位机系统集成。·系统要能反映被测样品的峰值波长、光谱等特性。·系统具备自检和特别报警功能。·系统要能适应工厂持续噪声，细颗粒粉尘，电磁干扰以及不稳定供电环境。·7*24·系统尺寸要能兼容于空间狭小的产线。这些需求涵盖了性能，尺寸和环境安全性多个方面，在工业在线光谱分析应用中具有典型性。为满足检测速度要求，系统单次测量周期不得大于4毫秒。为此整个系统将承受流水线并行作业方式，确保测量速度和区分率能够满足要求。如样品移动速度小于180米/分钟，则将得到更高的检测区分率，即小于12毫米。所承受的工业定制型光谱仪的最小积分时间可到达1为满足用户上位机数据接口要求，在线光谱分析系统应集成数据处理算法功能，且保证运算快速，结果准确。为此，在线光谱分析系统里搭载了高性能处理器，并且为了进一步提高速度，运算处理器直接与光谱仪模块集成。从而能够在CCD探测器进展下一周期积分时并行计算反射率数据。在前后两个计算周期之间，没有等待的延迟时间。在完成计算后，光谱仪将颜色数据提交给效劳器，交由效劳器推断是否需要触发停机信号。由于本系统的规模仅需要至多两层交换机就能连接，因此网络的延迟时间将小于150〔6000〕100通道的组合规律推断在一般的计算机上每次平均耗时仅0.022毫秒。按此测算，完成单次测12毫秒，即瑕疵点在经过探头3.6厘米后系统会给出报警或停机信号。瑕疵点在经过数米的减速区之后，足以被减速，并停留在质量观看板上。报警承受光谱仪与声光报警器协同工作实现。对于颜色测量，必需有参考光谱和背景光谱，即对反射测量的校准操作。常常校准能有助于使计算的颜色结果更接近于实际结果，消退光源、环境以及其他因素对测量的影响。当进展校准操作时，需将颜色的标准板置于探头下方，与探头所呈角度与样品全都。此时翻开光源，确保光源强度不会使光谱仪饱和，并保存参考光谱〔即各波长上的强度〕。然后关闭光源，此时间谱将反映暗噪声和环境光，将该光谱作为背景光谱也保存下来。在完成校准操作后，即可对样品进展颜色的测量和计算了。颜色实际上是样品在特定波长上的光谱强度与标准板在特定波长上的光谱强度的比值。为消退环境光和暗噪声的影响，需要背景光谱也参与计算。依据上述分析结果，系统使用了对颜色测量进展特别优化的工业定制型光谱仪。其搭载的高性能处理器和以太网接口能在测量光谱的同时直接将颜色信息提交给效劳器，并由效劳器依据用户预先设置的判定规章进展报警或触发停机，确保了整个系统的实时性和牢靠性。系统的探头支架可安装在用户指定滚轮位置的样品切线垂直方向上，并在滚轴上安装速度编码器，以猎取当前检测样系统的探头支架可安装在用户指定滚轮位置的样品切线垂直方向上，并在滚轴上安装速度编码器，以猎取当前检测样品的所在位置。反射式探头为Y型分岔光纤，其两头将连接到机柜内的光谱仪和光源上。在探头支架上还将安装可自动旋转的机电装置和标准板，供定期猎取参考光谱。系统板载处理器为定制高性能FPGA模块，实现光谱数据到LCH颜色值的计算，并将结果上传至上位机〔主控机〕。系统的重要部件均安装在工业级机柜内，包括光谱仪、光源、供电电源、以太网交换机、系统效劳器等。光纤和各种线缆则通过上进线或侧进线方式接入机柜。最终的人机接口将安装在操作员使用的盘台上，该工作站主机将安装在盘台内部，并通过屏蔽双绞线与机柜内的系统效劳器连接。系统效劳器和操作员工作站上会分别安装系统软件的效劳器端和客户端，以呈现整卷或整批薄膜产品的质量状况。系统组成示意图如下所示。2系统组成示意图在软件模块上，系统供给的定制软件功能模块均运行于主控机的Windows系统上，主要功能模块如以以下图所示：·调度模块：为主程序核心，主要负责担当各模块之间的治理及任务调度；·通讯模块：主要负责与工业现场总线的通讯，解析通讯命令，并通过调度模块完成相关任务，如启动测量过程，读取测量数据等；·计算模块：计算光谱数据，得到LCH·计算模块：计算光谱数据，得到LCH·底层驱动：主要把握光谱仪、光源、电子快门、传动模块等硬件设备；·测量模块：依据测量时序、流程完成一个完整的测量流程；·数据库：主要用于保存系统参数、测量历史数据等信息；·用户界面：完成用户交互功能，主要包括系统参数配置，测量数据显示，历史数据扫瞄，系统功能测试等。在故障修理与运行维护方面，光源和光谱仪都承受模块化方式安装布置，且均对通道号进展标识，便利找到故障的光源。并且配套的通过交换机及光谱仪上的状态指示灯可了解是