双探测器结构的近红外光谱仪的研究

目的：为了提高近红外光谱探测信号的稳定性,研制了双探测器结构的滤光片型漫反射近红外光谱仪。方法：首先单色光被分束镜分成两束,一束光直接被一个探测器接受,另一束光经过积分球后照射到样品上,样品的漫散射光被积分球上的另一个探测器接受,然后将两个探测器的测量值相比较,最后计算出样品的吸光度。结果：应用该仪器检测了漫反射标准板的漫反射率,测量值与标称值的相关系数平均为0.995,标准偏差平均为0.01。另外使用该仪器测定了奶粉、牛奶及酱油的相关成分含量,近红外光谱与奶粉的蛋白质脂肪含量的相关系数高于0.9,与酱油及原奶的相关成分含量的相关系数高于0.8。结论：检测结果说明,自制双探测器结构的滤光片型近红外光谱仪可以获得样品的正确漫反射率,同时可以用于食品的成分分析。     

用于食品成分分析的双探测器近红外光谱仪

研制了双探测器结构的滤光片型漫反射近红外光谱仪.用分束镜将单色光分成两束,一束光直接被一个探测器接收,另一束光经过积分球后照射到样品上,样品的漫散射光被积分球上的另一个探测器接收.将两个探测器的测量值相比较,计算出样品的吸光度.应用该仪器检测了漫反射标准板的漫反射率,测量值与标称值的相关系数平均为0.995,标准偏差平均为0.01.另外,使用该仪器测定了奶粉、牛奶及酱油相关成分含量,近红外光谱与奶粉的蛋白质和脂肪含量的相关系数＞0.9,与酱油及原奶的相关成分含量的相关系数＞0.8.检测结果表明,自制的双探测器结构滤光片型近红外光谱仪可以准确获得样品的漫反射率.     

微型近红外光谱仪的软件开发与实验

在LabVIEW平台上对MicroNIR-1700微型近红外光谱仪开发了便携式近红外光谱检测系统。利用LabVIEW结合数据库开发的光谱仪测量分析处理程序,实现了光谱仪控制、样品指标测量、样品信息管理和系统使用权维护等功能。光谱的重复性试验和幸水桃的可溶性固形物含量实测试验表明,光谱仪在波长1000~1600nm范围内具有较高的重复性,实测试验中定标模型的校正集和预测集的相关系数r分别为0.902和0.867,均方根误差RMSECV和RMSEP分别为1.091,1.158,系统能满足一般实际应用的需求。     

近红外光谱仪

由Stellar Net公司生产的NIRX-SR系列近红外光谱仪采用512元的InGaAs光电二极管阵列和高速USB2．0接口,其工作波长范围为0．9～2．2μm。这种坚固防震的光谱仪配置两级热电致冷器和具有高光谱分辨力的光学元件。当用于特殊的光谱研究时,该仪器可选用1024元的探测器列阵,从而可将其光谱分辨力从16nm提高到8nm。     

近红外光谱仪

Polychromix公司推出一种名为Phazir的手持式近红外数字变换光谱仪。该仪器把一个数字变换光谱仪引擎、一个MobiLight光源、一个反射率探测器、可更换的锂离子电池组、一台计算机、一个彩色液晶显示器和软件合并成一个整体，其中没有任何活动部件。该光谱仪可用来在野外进行远距离化学分析，     

近红外光谱仪

B＆W Tek公司的BTC261E和BTC262E是两种动态范围大、暗噪声低、速度快的近红外光谱仪，它们都采用InGaAs列阵探测器，但分别覆盖920-1700nm和1100-2200nm两个波段。由于它们都配有精密的低温制冷和温度调节装置，因此适合如过程中检查和在线监测那样的长期测量应用。     

一台可见-近红外瞬态光谱仪结构的设计

为了水产品研究工作的需要，设计了一台可见一近红外瞬态光谱仪。介绍了仪器的结构和参数。在数据采集处理软件中采用了先进的虚拟仪器技术。     

小波变换在微型光谱仪光谱信号处理中的应用

针对所研制的微型光谱仪的光谱信号与噪声的特点进行了分析,研究了小波变换处理方法对不同半宽高斯谱峰的影响,并对不同的小波基处理结果进行了分析和比较.结果表明:利用Mallat分解算法,采用小波基db6或coif3,对获取的微型光谱仪光谱信号进行8次分解,直接将分解系数中的低频成分a8以及高频成分d1和d2置为零,在重构信号中能较好地去除高频噪声和低频背景.     

多波长激发高分辨率微型拉曼光谱仪设计

针对不同激光波长激发测试样品所需拉曼光谱范围的差异性问题,同时为了保证拉曼光谱仪的小型化及高分辨率需求,提出一种以Czerny-Turner光路结构为基础的微型拉曼光谱仪,通过Zemax光学设计软件对光谱仪的准直镜、聚焦镜、柱面镜、光栅以及CCD的倾角及距离进行了优化。该仪器激光波长为633 nm,光谱范围为640～800 nm。进一步优化光栅旋转角度并配合聚焦镜,可使此光学系统同时适用于激光波长532 nm、光谱范围540～650 nm和激光波长785 nm、光谱范围790～1 000 nm两个波段。拉曼光谱仪分辨率为0.1 nm,该光谱仪在保证高分辨率的情况下解决了不同波段范围光学结构差异性大而导致光机设计很难整合在一起的问题。     

近红外光纤光谱仪

StellarNet公司提供一种用于0．9μm～1．7μm和1．5μm～2．2μm光谱范围的高分辨力光纤光谱仪。这是一种无活动光学部件的微型便携式光谱仪，该仪器采用512元或者1024元的热电致冷型InGaAs光电二极管列阵作探测器，并通过USB2接口或者并行端口与PC机连接。探测器敏感元的面积为25μm×500μm，具有很高的灵敏度。一个2．5MHz的数字转换器能够在1ms内获得一张近红外光谱图。一个任选的锂离子电池便能让光谱仪连续工作6h并能让制冷机把探测器致冷到-10℃。这种光谱仪的主要用途是化学分析。     

微型近红外光谱检测系统温度补偿的设计

针对温度影响近红外光谱的问题提出了解决方案:在MicroNIR-1700近红外光谱仪上添加了环境温度和样品温度的检测附件及应用软件,使用单总线数字温度传感器DS18B20和红外温度传感器TN901及处理电路等构成了温度补偿系统,结合MicroNIR-1700的内部命令集获得仪器的温度。这3个温度参数奠定了微型近红外光谱检测系统的温度补偿条件,可以为后续模型建立提供温度补偿信息。     

高精度数据采集系统在近红外光谱测量仪中的应用

为了满足近红外测量对近红外光谱仪高精度的要求,采用AD公司的低噪声放大器ADA4841—1以及24位A／D芯片AD7767,设计了包括运算放大电路,A／D转换电路在内的数据采集系统。实现了对微弱信号的放大和A／D转换。用软件对采集的数字信号进行中值滤波后,将数据送到PC机进行算法分析。多次测试的结果表明,在采样速率为1kHz／s时,数据精度可达到13bit,满足了滤光片透射式近红外光谱仪的要求。     

基于S11639的紫外-可见光谱仪的设计

目前微型紫外光谱仪多采用背向减薄式或镀膜CCD作为感光元件,针对其价格昂贵的问题,提出了将高性价比的CMOS传感器芯片S11639应用于紫外-可见光谱仪中的设计方案,系统采用非对称性的切尔尼-特纳光学系统进行分光处理,利用STM32微处理器芯片配合复杂可编程逻辑器件CPLD来设计电路将数据上传到上位机,进行光谱图像显示。通过实验对比,验证了用该方案设计的微型紫外-可见光纤光谱仪,具有良好的紫外敏感性,频谱范围为200~900nm,分辨率可达1.5nm。     

基于改进双树复小波的光谱去噪算法研究

为了消除可见光近红外光谱噪声,提高利用光谱曲线进行信息提取的精度,提出一种改进双树复小波变换(DTCWT)的后验估计及广义形态滤波的光谱去噪方法。首先对带噪信号进行双树复小波分解,将信号的高频部分和低频部分进行分离。然后分别采用最大后验(MAP)估计算法和广义形态学滤波(GMF)对高频系数和低频系数进行去噪处理。最后对去噪后的高频系数和低频系数进行DTCWT反变换,得到去噪光谱。对USGS光谱库中的植被光谱以及铁铝榴石光谱进行实验,结果表明该方法易于实现,去噪效果理想,是一种很好的可见光近红外光谱去噪方法。     

基于小麦蛋白测定的国产近红外光谱分析仪模型性能评价

针对新研制的光栅型国产近红外光谱分析仪进行性能测试评价。测试样品选用已知粗蛋白化学值的72份小麦样品,测试仪器选用2台S450型国产近红外光谱分析仪和1台进口傅里叶变换近红外光谱分析仪,测试项目包括:仪器模型性能对比、仪器模型稳定性测试、台间仪器模型传递测试。测试数据表明,新型国产近红外光谱分析仪模型指标达到进口仪器水平,模型传递性能良好,可满足近红外光谱分析技术的实际应用需求。     

光栅型高速扫描近红外光谱仪的研发

针对现有光栅型光谱仪无法同时达到高速与高精度要求的问题,提出了一种采用齿轮传动结构代替传统丝杆传动结构的波长扫描方案,研制了光栅型高速扫描近红外光谱仪。下位机采用STM32微处理器作为主控芯片,实现了步进电机驱动控制、A/D转换控制、与上位机通讯等功能,设计了光电转换电路、信号调理电路及探测器制冷控制电路;在上位机软件中实现了光谱数据的采集、处理以及图形化显示等功能。对样机进行了性能实验并分析。试验结果表明:该仪器光谱扫描速度达到240nm/s,光谱分辨率6nm,光谱范围为1000nm～2500nm,波长准确性,基线稳定性0.0005A/h,主要性能参数达到国家标准。     

消谱线弯曲长波红外成像光谱仪设计

为了实现遥感目标的长波红外高光谱成像,有效消除平面光栅产生的谱线弯曲,设计了离轴透镜消谱线弯曲长波红外平面光栅成像光谱仪。分别计算了平面光栅和离轴透镜产生的谱线弯曲,分析了谱线弯曲随相关参量的变化关系,并基于此设计了消谱线弯曲的初始结构。通过优化设计得到的光学系统的通光孔径为100mm,F数为2,光谱分辨率为20nm,空间分辨率为150μrad,冷光阑效率为100%,成像质量接近衍射极限,系统谱线弯曲由原有的180μm以上变为14.3μm以内。该项设计获得了具有普适性的消谱线弯曲公式,证明了离轴透镜具备校正谱线弯曲的特殊功能。最后的设计结果表明,在满足系统成像质量要求且不增加系统复杂度的前提下,采用离轴透镜的平面光栅光谱仪的系统谱线弯曲小于探测器像元尺寸的1/2,满足使用要求。     

基于近红外光谱的茶叶成分检测仪的软件研制

本文介绍了滤光片型近红外光谱茶叶成分分析系统的应用软件研制.软件具有光谱采集、数字信号处理、光谱预处理、模型定标、样品预测和系统自检等功能,并集成了对连续光谱的遗传算法、变量标准化及去势处理算法,以确定检测对象主成分的特征波长,为仪器的光源和分光系统的设计提供依据,以增强仪器的可扩展性及检测精度.采用多元线性回归建立了茶多酚、氨基酸、水分、咖啡碱等四种成分的定量分析模型,实现了基于近红外光谱技术的茶叶主要成分的快速无损检测.     

分光测色仪中的光谱仪系统

根据分光测色仪的应用需要,对分光系统、光电接收系统及相关电路组成的光谱仪进行了模块化设计,以方便仪器的整体设计、装调和测试。考虑分光测色仪是非成像光学仪器,故提出用光纤来连接各光学模块。根据应用需求提出了光谱仪的主要技术指标,所设计光谱仪很好地完成了球差和彗差的校正。分析了用滤光片消除二级衍射光谱的方法,解决了光纤和光谱仪数值孔径不匹配的问题。研制了光谱仪系统,其外形尺寸为130mm×90mm×45mm。实验测试显示,在狭缝宽度为50μm时,光谱仪各波段的光谱分辨率都可以达到2nm。对光谱仪进行了波长定标,定标精度小于0.2nm,整个工作波段占401个像元,满足1nm的波长输出间隔的设计要求。该光谱仪的可弯曲光纤和电子线路便于整机灵活布局与模块拆卸,同时方便单独测试。所述方法为分光测色仪的整机研制与测试打下了良好的基础。     

基于紧凑结构的Czerny-Turner光谱仪的程序化设计方法

在满足光谱性能的同时,能最大化减小Czerny-Turner(CT)光谱仪光学系统尺寸,并防止入射光线与衍射光线发生干涉,创建了完整的结构参量选定体系。提出了光栅方程的变式,确定了防止入射光线与衍射光线发生干涉的约束条件,建立了光路结构的数学模型,确定了各个结构参量的计算公式。在此基础上将参量的确定过程编程简化,输入系统的分辨率、波长范围、数值孔径值和元件之间最小距离,即可直接得到光路结构的所有设计参量,实现了快速通用的CT光谱仪的设计方法。通过实例验证得到光谱范围780～1020 nm、分辨率0.4 nm、体积54 mm×56 mm×30 mm的光谱系统,可为其他设计提供参考。