非接触式在线近红外光谱分析仪及分析方法

1.一种非接触式在线近红外光谱分析仪，其特征在于，包括：光源模块，包括主光源（1）、若干个辅助光源（2）、波长校准光源（3）和光源切换镜（4）；所述主光源（1）用于提供照射样品的近红外光；所述辅助光源（2）用于向样品发射特定波长范围的光，以提升所述样品中成分的特征吸收峰处的信号强度；所述波长校准光源（3）用于发射已知特征波长的参考光，所述参考光用于波长校准；所述光源切换镜（4）用于将所述辅助光源（2）和/或所述波长校准光源（3）的引导至光路模块；光路模块，用于将所述主光源（1）和/或所述辅助光源（2）和/或所述波长校准发出的光引导样品上，和/或，对所述主光源（1）和/或所述辅助光源（2）和/或所述波长校准光源（3）发射的光进行整形；校准板（5），位于所述光路模块与样品之间，用于进行背景校准和波长校准；接收模块，包括多根光纤（6），所述光纤（6）具有采样端和探测端，所述采样端用于采集光信号，所述探测端耦合至光谱仪（7），所述探测端用于将所述光信号传导至光谱仪（7）；多根所述光纤（6）的采样端沿周向均匀分布，并且每根所述光纤（6）的采样端相对于其他所述光纤（6）的采样端在垂直于样品的方向上具有不同的高度位置，多根所述光纤（6）的探测端沿光谱仪（7）的狭缝长度方向均匀排布；光谱仪（7），所述光谱仪（7）用于接收所述光纤（6）传导的所述光信号，并生成对应的光谱数据；数据处理与分析模块，所述数据处理与分析模块用于对所述光谱数据进行处理与分析；所述非接触式在线近红外光谱分析仪用于实现以下各步骤：S100、仅打开主光源（1），所述主光源（1）发出的光经过光路模块形成发射锥形光路照射在样品上，光纤（6）的采样端接收样品在光源模块照射下产生携带其成分信息的光信号，形成接收锥形光路，多根光纤（6）的接收锥形光路在样品的垂直方向上形成一个立体交叉采样区域；发射锥形光路与接收锥形光路在样品的垂直方向上交汇，使得光源模块发出的光与样品相互作用后产生的光信号被光纤（6）捕获，并传导至光谱仪（7），由光谱仪（7）生成基础光强数据；S200、仅打开所选择的辅助光源（2）照射样品，获得对应的补充光强数据；S300、将校准板（5）置于所述发射锥形光路中，遮挡样品，仅打开所述主光源（1），所述光谱仪（7）接收由所述校准板（5）反射的光信号，并生成对应的第一校准光强数据；仅打开步骤S200中采用的所述辅助光源（2）照射所述校准板（5），获取对应的第二校准光强数据；S400、仅打开波长校准光源（3），所述光谱仪（7）接收由所述校准板（5）反射的光信号，并生成对应的第三校准光强数据；S500、由数据处理与分析模块对所述光谱仪（7）生成基础光强数据、所述补充光强数据、所述第一校准光强数据、所述第二校准光强数据和所述第三校准光强数据进行预处理，得到预处理后的样品光谱数据，再基于预设算法对所述预处理后的样品光谱数据进行计算并输出对应的成分含量值。 2.根据权利要求1所述的非接触式在线近红外光谱分析仪，其特征在于，所述光路模块包括：整形单元（8），用于对所述光源模块发出的光进行准直和/或会聚；反射镜（9），位于由所述多根所述光纤（6）的采样端所围成的几何中心，所述反射镜（9）用于将所述光源模块发出的光引导至样品上。 3.根据权利要求2所述的非接触式在线近红外光谱分析仪，其特征在于，所述整形单元（8）包括离轴抛物面反射镜（801）、平凸透镜（802）和消光镜筒（803），所述离轴抛物面反射镜（801）和平凸透镜（802）安装于所述消光镜筒（803）内，所述光源模块发出的光依次经所述离轴抛物面反射镜（801）、所述平凸透镜（802）和所述反射镜（9）照射在样品上。 4.根据权利要求1所述的非接触式在线近红外光谱分析仪，其特征在于，还包括保护窗口片（10），所述保护窗口片（10）设于所述光路模块与样品之间，所述保护窗口片（10）用于隔绝检测分析仪的内部环境与外部环境，所述光源模块发出的光依次经所述光路模块引导、所述保护窗口片（10）透射后照射在样品上，其中，所述保护窗口片（10）倾斜设置，用于降低所述光源模块的镜面反射光。 5.根据权利要求1所述的非接触式在线近红外光谱分析仪，其特征在于，所述光源切换镜（4）通过旋转置于所述主光源（1）的光路中或从所述主光源（1）的光路中移开。 6.根据权利要求1所述的非接触式在线近红外光谱分析仪，其特征在于，其中一个所述辅助光源（2）中用于提升水分特征吸收峰处的信号强度。 7.一种非接触式在线近红外光谱分析方法，基于权利要求1-6任一项所述的分析仪，其特征在于，包括：S100、仅打开主光源（1），所述主光源（1）发出的光经过光路模块形成发射锥形光路照射在样品上，光纤（6）的采样端接收样品在光源模块照射下产生携带其成分信息的光信号，形成接收锥形光路，多根光纤（6）的接收锥形光路在样品的垂直方向上形成一个立体交叉采样区域；发射锥形光路与接收锥形光路在样品的垂直方向上交汇，使得光源模块发出的光与样品相互作用后产生的光信号被光纤（6）捕获，并传导至光谱仪（7），由光谱仪（7）生成基础光强数据；S200、仅打开所选择的辅助光源（2）照射样品，获得对应的补充光强数据；S300、将校准板（5）置于所述发射锥形光路中，遮挡样品，仅打开所述主光源（1），所述光谱仪（7）接收由所述校准板（5）反射的光信号，并生成对应的第一校准光强数据；仅打开步骤S200中采用的所述辅助光源（2）照射所述校准板（5），获取对应的第二校准光强数据；S400、仅打开波长校准光源（3），所述光谱仪（7）接收由所述校准板（5）反射的光信号，并生成对应的第三校准光强数据；S500、由数据处理与分析模块对所述光谱仪（7）生成基础光强数据、所述补充光强数据、所述第一校准光强数据、所述第二校准光强数据和所述第三校准光强数据进行预处理，得到预处理后的样品光谱数据，再基于预设算法对所述预处理后的样品光谱数据进行计算并输出对应的成分含量值。 8.根据权利要求7所述的非接触式在线近红外光谱分析方法，其特征在于，步骤S500的所述预处理包括背景校准、波长校准和光谱组合，所述背景校准包括：基于所述第一校准光强数据对于所述基础光强数据进行背景校准，得到背景校准后的基础光谱数据；基于所述第二校准光强数据对所述补充光强数据进行背景校准，得到背景校准后的补充光谱数据；所述波长校准包括：基于所述第三校准光强数据生成第三校准光谱数据，将所述第三校准光谱数据与一预设映射关系进行比对，以确定当前波长标定偏差；基于所述波长标定偏差更新所述预设映射关系，得到更新后的波长标定参数；利用所述更新后的波长标定参数对所述背景校准后的基础光谱数据进行波长校正，以输出波长校准后的基础光谱数据；利用所述更新后的波长标定参数对所述背景校准后的补充光谱数据进行波长校正，以输出波长校准后的补充光谱数据；所述光谱组合包括：基于所述波长校准后的基础光谱数据和所述波长校准后的补充光谱数据生成所述样品光谱数据。 9.根据权利要求7所述的非接触式在线近红外光谱分析方法，其特征在于，所述预设算法包括校正模型，所述校正模型的建立如下：准备一组具有代表性的校正集样品，并通过权利要求1-6任一项所述的分析仪采集其光谱数据；采用标准方法测定所述校正集样品的浓度或性质参比值；将所述预处理后的样品光谱数据与所述参比值进行关联，并利用建模算法建立所述光谱数据与所述参比值之间的所述校正模型。 10.根据权利要求9所述的非接触式在线近红外光谱分析方法，其特征在于，所述校正模型包括线性回归模型和非线性回归模型，在步骤500中，所述基于预设算法对所述预处理后的样品光谱数据进行计算并输出对应的成分含量值，包括：将所述预处理后的样品光谱数据输入所述线性回归模型，得到第一成分含量值；将所述预处理后的光谱数据输入所述非线性回归模型，得到第二成分含量值，将所述第一成分含量值和所述第二成分含量值进行加权融合，得到最终的成分含量值。