红外技术在线测量的实际应用

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1、葑．三次熏现代计量测试1996年第3期红外技术在线测量的实际应用州"lRPR．P．Hammond1．曹盲并通过实侧对在线分析的方法和要求进行了总近红外技术用于在线分析已有二十五年的结。历史了。最初，人们主要对水分的测量感兴2．近红外毳量原理趣，这也许是因为在许多的工业过程中，水分近红外区域指的是波长在7O0～2500Ⅱ】n之是最常见的待控组分。随后，近红外技术又用间的电磁波(即：波长比可见红光更长的电磁于测量一些产品的涂层，如纸上的胶台剂，以渡)。大多数在线红外仪器使用的波长在及聚合物薄膜的厚度，例如聚乙烯、聚丙烯、1O00～25O

2、0nm的范围内。聚酯等。近几年这项技术的应用更为广泛。红外技术的原理是，不同的分子基将吸收不同用户的使用要求也不尽相同。对于生不同波长的红外光，某一种分子基的浓度越产工程来说，要对生产过程中的产品进行连续大，相应波长的红外光的吸收就越强。分子中和直接的测量，于是采用红外仪器作为一种过的原子键好比是弹簧，当它接受了某一特定的程控制工具，其传感器一般是为所感兴趣的测光能时，就会以一共振频率振动起来，于是吸量专门设计的。而质量管理者则更多关心的是收部分的入射能量。在红外区域内有吸收的分长期监视，而不是自动化过程控制，因此连续子基绝大部分都

3、含有氢，如。一H，c—H，的测量在这里并非必不可缺。工艺研发的工作N—H等。图l所示的是在不同的湿度状态下纸一般来说都是短期的，而且对于不同的项目，的漫反射光谱图，在1450及1940nm附近的吸所感兴趣的测量也不一样，因此他们首先关心收峰是由游离水中的OH基的振动激发而形成的是仪器的灵活性和适应性，而不是耐用性和的。用的友好性、(。光线穿过传播媒介后，例如液体或薄膜，为满足毒不同用的需要，开发出了两种不吸收波长处光强的改变遵从一指数定律：j，同类型的仪器。生产型仪器通常是为工业在线控制而设计的，一般用于所感兴趣的测量，所需丁删的特

4、定波长可以通过2～12m范围内精心选择的干涉滤光器得出。研究型仪器大部分是由实验室仪器改装而成的，采用了衍射光栅、双光式中I。为入射能量，I为透射能量，t为光程，束干涉仪或最新研制的光声可调滤光器等技c为吸收体浓度。术，能够测量整个近红外区域的光谱。当然，由此可见，如果吸收体浓度为常量，则可这种超强的灵活性也必然使得仪器结构更为复测得光程(即厚度)，相反，如果光程是常杂，价格更为昂贵上述两种仪器都司以用于量，则浓度就可以被测出。质量控制，可根据环境的要求进行选用。在实践中，直接测量入射光能量I。是不切本文主要介绍比较简单的滤光器型仪

5、器，实际的，因此可以通过一个或多个与吸收区域它是工业领域中过程控制方面最常用的仪器，相近的参考”波长来估算。参考波长处的光一吨一等，通常要用漫反射传感器，有时也称为背散射传感器，测量产品背面的散射光。在所有这些产品中，最常见的是湿度测量，其它测量内容还包括食品中的脂肪和蛋白质，化合物中的溶剂(以常量百分比表示)，烟草中的尼古丁和糖分，纸张纸板或其它不透明衬底上⋯的涂层等等。在喷涂时，许多涂层都是水或有图1纸的漫反射光谱图机溶剂的乳化液或悬浮液，然后再通过烘箱加热除去水分或有机溶剂。如果涂层与溶剂之比强与吸收波长处的光强之比的对数和浓

6、度与光是不变的，那么通过干燥前溶剂的测量就可以程的乘积成正比，而与光照度的绝对值无关。非常精确地估算淙层最终的重量。上述表达式也可以应用于反射的测量，用对于那些对红外波长透明或半透明的产I(反射能量)代替I即可。反射法一般应用品，通常是采用透射传感器测量透射光来分析于测量反射介质(如不透明的介质)的密度，的，应用实例包括；聚合物薄膜的厚度(范围或测量散射衬底之上喷涂的透明物体的密度或从几个微米到几个毫米)，某些纤维状丝网产厚度，如覆盖在纸上的胶合剂等。品(如玻璃纤维网中的粘合剂)和液体(如溶穿透不透明材科表面的那部分入射光，在剂中的

7、水，饮料中的酒精)的组分。重新出射成为散射光之前，被材料体内的边界镜面反射传感器一般用于测量诸如铝、钢及界面不断地反射。穿透深度取决于材料的散或金属化薄膜等金属衬底之上的防护漆，其厚射特性和入射光的波长，它可以在几个微米至度不超过10tim。在测量非常薄的薄膜及涂层几毫米之间变化。不透明材料内的这种有限穿时，除近红外之外，经常还要利用波长大于遥表明，测量过程中的观测表面能够反映出材2S00nm的光线。例如在某些情况下，可以利料中的成块性，二者之间有一定的联系，这一用3400nm附近非常强的c—H键来增强灵敏度点对于水分的测量是十分重

8、要的。因为在于燥提高信噪比。但是这个波长段在大多数应用中之后，产品不能立即达到平衡，此时一种比较是不行的，因为高强度吸收的结果会导致饱合适的方法是，在烤箱式空调的出风口处选择和现象。适当的测量位置，并在进行测量之前对颗粒状4．烟草的湿