基于CCD的便携式近红外光谱仪器 总体设计.doc

D的便携式近红外光谱仪器总体设计
摘要现代近红外光谱技术是90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术,被誉为分析巨人。由于近红外光谱技术具有分析速度快、成本低、无损无污
染等优点,因而得到广泛应用。近红外光谱分析技术是利用反映原子和分子特征
的发射与吸收光谱进行物质的化学组成及含量分析的物理方法。主要用于有机物
质定性和定量分析的一种分析技术,特别是对于丰富的含氢基团(C-H、O-H、S-H、N-H等)有明显的光谱信息。近红外光谱分析技术综合了光谱学、化学计量学、计算机应用和基础测试技术等多学科知识,从而实现了近红外光谱仪的光、机、电、算一体化设计。
D,它的突出特点是以电荷作为信号,D是一种光电转换器件。它以电荷包的形式储存和传送信息,主要由光敏单元,D工作过程包括电荷的产生、存储、转移和读出四个环节。
本文主要从工作原理和系统设计(包括确定仪器的工作原理、标准量的选择、信号转换与传输原理/方式的选择)、仪器的主要结构方案、主要参数和技术指标、系统简图、D的近红外光谱仪器的总体设计。
关键词:D、总体设计
1. 工作原理的选择
近红外光谱仪器提供准确反映被测样品物质成分及含量的吸收光谱。其基本
组成结构包括:光源系统、分光系统、检测系统、控制及数据处理分析系统。NIRS仪器,按应用场合,分为实验室仪器、现场仪器和在线仪器等;按测样方式分有透射、漫反射、光纤测量等三种仪器。按分光方式分为:
(1)滤光片型:第一台近红外光谱仪的分光系统(20世纪50年代后期)是
滤光片分光系统。此类仪器只能在单一或少数几个波长下测定(非连续波长),灵活性差,而且波长稳定性、重现性差,如样品的基体发生变化,往往会引起较大的测量误差。“滤光片”被称为第一代分光技术。
(2)光栅型:20世纪70年代中期至80年代,光栅扫描分光系统开始应用,
但存在扫描速度慢、波长重现性差、内部移动部件多的不足。此类仪器最大的弱
点是光栅或反光镜的机械轴长时间连续使用易磨损,影响波长的精度和重现性,
不适合作为过程分析仪器使用。“光栅”被称为第二代分光技术。
(3)傅立叶变换型:20世纪80年代中后期至90年代中前期,应用“傅立叶变换”分光系统,但是由于干涉计中动镜的存在,仪器的在线可靠性受到限制,
特别是对仪器的使用和放置环境有严格要求,比如室温、湿度、杂散光、震动等。
“傅立叶变换”被称为第三代分光技术。
(4)二极管阵列型:20世纪90年代中期,出现应用二极管阵列技术的近红
外光谱仪。这种近红外光谱仪采用固定光栅,无机械移动部件、可靠性高、测量
速度快。但仪器的波长范围和分辨率有限,波长通常不超过1750nm。由于该波段检测到的主要是样品的三级和四级倍频,样品的摩尔吸收系数较低,因而需要的光程往往较长。“二极管阵列”被称为第四代分光技术。
(5)声光可调滤光器型:20世纪90年代末,来自航天技术的“声光可调滤
光器”(AOTF)技术的问世,被认为是“20世纪90年代近红外光谱仪最突出的进展”,AOTF是利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的光电器件,与通常的单色器相比,采用声光调制即通过超声射频的变化实现光谱扫描,光学系统无移动性部件,波长切换快、重现性好,程序化的波长控制使得这种仪器的应用具有更大的灵活性,尤其是外部防尘和内置的温、