G - Physics – 01 – N
Patent
G - Physics
01
N
G01N 21/35 (2006.01)
Patent
CA 2479334
The invention relates to an instrument (10) for measuring constituents in optically dense materials using near infrared radiation transmitted through samples of the material while the material is either stationary or flowing. The invention uses light source (1) and collimating optics to transmit a parallel beam of light through the material, which is then collected by a focusing lens and imaged onto a rectangular entrance slit of a spectrometer (4). The spectrometer (4) has nonmoving parts and a fixed diffraction grating to spread the image into a continuous range of wavelengths. A portion of the diffracted slit images covering the selected portion of the NIR is focused onto an array of photodiodes. The outputs of each photodiode, or the outputs of a selected number of the photodiodes, are fed into current to voltage converters: either resistive or preferred capacitive. The outputs of all photodiodes are measured in parallel, which reduces the time to acquire the spectra. The gain of these current to voltage converters is programmable so that both high intensity and low intensity NIR levels can be measured without reducing the intensity of the radiation incident on the material under test and thereby eliminating the need for moving parts in the spectrometer (4). After the spectra are acquired, they are operated on by models to predict the percentages of various constituents in the material.
La présente invention se rapporte à un instrument destiné à mesurer sur des périodes relativement brèves des concentrations de constituants dans des matériaux optiquement denses en utilisant le rayonnement dans le spectre d'infrarouge proche transmis à travers les échantillons épais d'un matériau, le matériau étant fixe ou fluide. L'invention utilise également une source lumineuse incandescente à bande large, combiné à une optique de collimation de manière à transmettre un faisceau lumineux parallèle à travers le matériau testé. La lumière transmise à travers le matériau est ensuite collectée au moyen d'une lentille de focalisation et affichée au moyen d'une fente d'entrée rectangulaire d'un spectromètre ad hoc. Ce spectromètre ne comporte aucune partie mobile et utilise une grille de diffraction fixe pour étaler physiquement une image de la fente d'entrée sur une gamme continue de longueurs d'onde. Une partie des images provenant de la fente et soumises la diffraction recouvrant la partie sélectionnée du spectre d'infrarouge proche est focalisée sur un réseau de photodiodes rectangulaires individuelles. L'utilisant de photodiodes à surface relativement large dont le nombre est relativement limité, on obtient rapidement une sensibilité élevée et on arrive à mesures des niveaux de rayonnement relativement faibles. L'utilisant d'une gamme spectrale relativement étroite, on obtient une résolution moyenne. Les sorties de chaque photodiode ou les sorties d'un nombre sélectionné de photodiodes sont alimentées dans les convertisseurs courant / tension, qui sont résistifs (instantanés) ou à capacité préférée (intégrateur). De cette manière, les sorties de toutes photodiodes sont mesurées en parallèle, ce qui réduit le temps nécessaire pour acquérir les spectres. Le gain de ces convertisseurs courant / tension est programmable, ce qui permet de mesurer les niveaux haute intensité ou faible intensité de rayonnement infrarouge sans réduire l'intensité du rayonnement incident vers le matériau teste et éliminer ainsi le besoin d'avoir des parties mobiles dans le spectromètre. Une fois les spectres acquis, ils sont utilisés pour des modèles développés pour prédire les pourcentages de diverses parties constitutives dans le matériau. Ces modèles sont précalibrés au moyen de spectres obtenus à partir de matériaux ayant des concentrations connues et développés au moyen d'algorithmes chimiométriques, de réseaux neuraux et/ou d'algorithmes génétiques.
Ag Leader Technology Inc.
Blake Cassels & Graydon Llp
LandOfFree
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