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近紅外光譜技術(shù)的前世今生

時(shí)間:2015-09-08 11:50:47    作者:admin    查看次數(shù):1202
近紅外光譜技術(shù)過去的發(fā)展情況
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  早期光譜儀通常是體積龐大笨重且配備活動(dòng)部件的儀器。照明光源通過棱鏡或光柵被分散為其子部件適用的波長(zhǎng)。針對(duì)相應(yīng)光譜上的每個(gè)測(cè)量點(diǎn),光柵在手動(dòng)控制下以小的增量旋轉(zhuǎn)。每個(gè)所測(cè)樣本的數(shù)據(jù)都被整理成一份光譜圖。然后,需要手動(dòng)將光譜圖與參考物及其他樣本進(jìn)行對(duì)比。這些早期光譜儀固定擺放在實(shí)驗(yàn)室的某個(gè)位置,而且一經(jīng)安裝就很少再被移動(dòng)。
  20世紀(jì)70年代首次迎來了光譜技術(shù)領(lǐng)域微處理器的誕生,其既可用于控制光譜儀,也可用于處理所測(cè)得的數(shù)據(jù)。20世紀(jì)70年代到21世紀(jì)初期,半導(dǎo)體工業(yè)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。這給微處理器和電腦帶來了革命性的變化,從而能夠更好地控制光譜儀和處理光譜數(shù)據(jù)。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的誕生使光譜數(shù)據(jù)采樣可以通過處理器控制。
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發(fā)展現(xiàn)狀
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  當(dāng)今的近紅外光譜儀通常采用以下六種架構(gòu):
  固定濾波器:這類儀器基于固定數(shù)量的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量,每種波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)濾光輪上特定的濾光片。濾光輪在不同濾光片之間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行讀數(shù)。
  旋轉(zhuǎn)光柵/棱鏡:這類儀器利用電機(jī)在單點(diǎn)探測(cè)器上移動(dòng)光柵分散的輸出(波長(zhǎng))。
  FT-NIR:這類儀器利用邁克耳孫干涉儀技術(shù)的傅立葉交換性質(zhì),通過移動(dòng)的鏡面創(chuàng)造能夠與某個(gè)光譜形成數(shù)學(xué)相關(guān)的干涉圖樣。
  線陣探測(cè)器:這類儀器利用光柵在元素?cái)?shù)量為256或512以上的一維線性像素陣列上分散波長(zhǎng)。
  線性漸變?yōu)V光器:這類儀器利用線陣探測(cè)器前的漸變?yōu)V光元素,使特定波長(zhǎng)能夠影響每個(gè)像素元素。
  DLP?技術(shù):數(shù)字微鏡器件(DMD)將光柵分散的光反射到單個(gè)像素探測(cè)器上。DMD可編程,且靈活度高,因此可按照任何順序或不同分辨率對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行采樣。整個(gè)過程只需一次掃描即可完成。
  現(xiàn)在的近紅外光譜儀比前幾代產(chǎn)品要先進(jìn)得多,具有微處理器控制、高精A/D采樣、光譜電算化(帶統(tǒng)計(jì)分析)等特性。不同架構(gòu)的使用模型也有所不同:
  實(shí)驗(yàn)室專用型:通常為高精度的大型通用儀器。處理光譜數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可以是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部設(shè)備,也可以是通過以太網(wǎng)或USB互聯(lián)的遠(yuǎn)程設(shè)備。這些計(jì)算機(jī)可對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并在數(shù)秒之內(nèi)完成與分布式參考庫(kù)的對(duì)比。
  便攜型:便攜式NIR光譜儀外形同實(shí)驗(yàn)室小型版本類似,可以移動(dòng),通常配備110V交流電源或12V帶反相器電源,體積通常比午餐盒略大一些,可以放在卡車后擋板上,以供現(xiàn)場(chǎng)或工業(yè)環(huán)境(例如農(nóng)場(chǎng)或礦區(qū))中使用。
  聯(lián)機(jī)型:這類專門化設(shè)備用于監(jiān)測(cè)工廠環(huán)境,通常具有特定用途。工廠安裝可能會(huì)在一條裝配線上包含多臺(tái)光譜儀,通過以太網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)連接到主控制設(shè)施。
  手持型:手持式光譜儀的生產(chǎn)受到了廣泛關(guān)注,其最大的特征是真正實(shí)現(xiàn)了便攜化,非常便于用戶使用。目前已推出電池供電式產(chǎn)品,體積與大型手鉆相近。這類產(chǎn)品的好處是,非常便攜,而且依靠?jī)?nèi)置電源可以遠(yuǎn)途使用。
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發(fā)展前景
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  近紅外光譜儀未來的發(fā)展前景十分樂觀。一直以來,測(cè)量?jī)x器通常體積龐大且成本昂貴,而且被局限在有限的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,對(duì)于一般大眾而言遙不可及。使用模型主要是由這種典型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的體積和成本決定。得益于技術(shù)的改進(jìn),近幾代近紅外光譜儀的體積和成本都大大縮減,因而便攜性更高,也更適合在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用。
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