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《便携式近红外光谱仪器现状及展望-于新洋解读.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第33卷,第11期 光谱学与光谱分析Vol.33,No.11,pp2983-29882 0 1 3年1 1月 Spectroscopy and Spectral Analysis November,2013 便携式近红外光谱仪器现状及展望于新洋1,2,卢启鹏1*,高洪智1,彭忠琦11.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春 2.中国科学院大学,北京 摘 要 近红外光谱分析技术具有速度快、操作简单等优点,在农业、制药等行业得到了大量应用,其中一些应用需要将仪器携带到分散的分析现场使用,为满足这一需求,很多体
2、积小、便于移动的便携式近红外光谱仪被研制出来。这些仪器的种类较为繁多,采用了很多不同的基本原理,使用了不同的光路结构。文章综述了国内外便携式近红外光谱仪的技术现状,根据光路结构的不同将仪器分成滤光片型、光栅型、傅里叶变换型、声光可调滤波器型以及使用微机电系统(MEMS的新型光谱仪等类型,重点介绍各类仪器的原理和主要部分的结构,同时简要介绍不同类型仪器的特点,并列举典型产品。也对测量附件、操作、显示等外围部分的设计作简要介绍,这些附件针对便携应用采取了特殊的设计。通过介绍,为新型便携式近红外光谱仪的研制提供借鉴。最后,对便携式近红外光谱仪器的现状作总结,并对未来国内外技术的发展进行
3、展望。关键词 近红外光谱仪;便携式中图分类号:O433.1;O657.33 文献标识码:A DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(-2983-06 收稿日期:2013-03-11,修订日期:2013-05-28 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划项目(2012AA,国家自然科学基金重点项目(,中国科学院知识创新工程领域前沿项目(Y00232Q100,吉林省与中国科学院合作长吉图开发开放先导区科技创新合作专项资金项目(2012CJT0021资助 作者简介:于新洋,1988年生,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所硕士研究生 e-mail:xi
4、nyang.yux51@gmail.com*通讯联系人 e-mail:luqipeng@126.com引 言 近红外光谱分析技术具有速度快、效率高、样品处理简单等优点,近几十年在农业、制药、石化等领域得到了广泛应用。这些行业很多时候需要体积较小、方便移动的仪器用于现场分析。为满足这一需求,众多科研机构和企业基于不同的技术研制出了多种轻便、紧凑的近红外光谱仪。这些仪器大的可以车载,小的可以手提甚至手持,被统称为便携式近红外光谱仪。便携式近红外光谱仪器的种类很多,采用了多种不同的原理,并且不断有新的技术出现。依据光路结构的不同,将仪器大致分成以下类型:滤光片型、光栅型、傅里叶变换
5、型、声光可调滤波器型,以及众多使用MEMS技术的新型仪器。本文将分别介绍这些仪器的原理,并简要分析不同结构的优缺点。之后介绍厂家为使仪器更适合便携应用,在操控、显示、测量等附件方面的设计。最后对便携式近红外光谱仪器的技术现状作总结并展望未来的发展趋势。1 便携式近红外光谱仪所采用的不同光路结构 便携式近红外光谱分析仪器使用了很多不同的光路结构,可以分成滤光片型、光栅型、傅里叶变换型等不同类型,下面将分别对各个类型进行说明。1.1 滤光片型滤光片型仪器是最早出现的近红外光谱仪,有少数便携式仪器使用了滤光片分光。这些仪器使用固定的滤光片,坚固耐用,适合手持。1.1.1 使用LED阵
6、列的滤光片型光谱仪Zeltex公司的ZX-50系列手持式近红外粮食分析仪是这类光谱仪的典型代表[1],仪器采用12个LED作为光源,对应12个波长的窄带滤光片,波长范围为893~1 045nm。如图1(a所示,依次控制各个光源发光,由单点探测器接收透射光,数据处理后由液晶屏显示出蛋白质等成分的含量。中国农业大学也开发出类似的以近红外LED为光源的整粒小麦成分分析仪。LED的功耗比卤钨灯光源要低得多,适合用在以电池供电的便携式仪器上。仪器结构简单,稳定性高,成本也比较低,适合在粮食检测等专用领域大规模使用。1.1.2 使用线性渐变滤光片的光谱仪线性渐变滤光片(linear vari
7、able filter,LVF是一种光谱特性随滤光片位置线性变化的光学薄膜器件,各膜层的厚度沿基片长度方向呈线性变化,不同的空间位置对应于不同的通带中心波长[2],具有体积小,重量轻,稳定性好等优点。线性渐变滤光片与阵列探测器相结合,即可组成一个中分辨率的光谱仪。JDSU的MicroNIR系列使用了这种滤光片分光[3],仪器使用两个小功率卤钨灯做光源,漫反射光经线性渐变滤光片分光后,由紧贴在滤光片后面的InGaAs线阵探测器接收[图1(b],探测器共有128像元,分辨率为中心波长
