PDF《便携式近红外光谱分析仪的研制及应用》

10 ] .然而普通近红外光谱分析仪体积大并且笨重 ,已制 约了近红外现场应用技术的进一步发展.现场工作者急需一 种可以方便携带的近红外光谱分析仪器. 我国便携式近红外光谱仪主要依赖进口 , 进口产品高昂 的价格和脱节的售后技术服务阻碍了该技术在我国的普及 , 严重影响了我国应用技术水平的进步.此外 ,近红外光谱分 析技术能否有效工作 ,很大程度上依赖于校正模型 ,国外仪器 的校正模型不仅价格昂贵 ,而且不适合国内的样品.因此 ,研 制出具有完全自主知识产权 ,性能与国外知名仪器相媲美的 便携式近红外光谱分析仪 ,对提升国产科学仪器的国际竞争 力具有十分重要的意义.本文主要介绍了所研制的便携式近 红外光谱分析仪的总体设计及主要结构 ,并对其进行应用测 试.

1 便携式近红外光谱分析仪 便携式近红外光谱分析仪主要由硬件系统和软件系统构 成.硬件系统保证了仪器性能的稳定 ,软件系统保证了预测 样本的准确性. 1.

1 硬件系统 图1和图

2 分别为便携式近红外光谱分析仪的样机与结 构示意图.该分析仪硬件系统由分析仪主机和测样附件构 成. 分析仪主机主要包括光谱仪、 自动校验模块、 数据处理 模块、 接口电路、 HMI 模块、 内部光源和 Li2ion 电池组.从光 源发出的光与待测样品作用后 ,被出射光纤收集 ,传输到主机 内的自动校验模块 ,再进入光谱仪获得光谱信号 ,数据处理后 得到性质结果. 自动校验模块用于校验仪器性能 ,主要有以下功能 : (1)

6 6 Ξ 收稿日期 :

2008206204 E2mail : huajuny @yahoo. com. cn 基金项目 : 浙江省重大应用电子技术和新型电子元器件资助项目(2007C11091) ;

浙江省自然科学基金人才基金资助项目(R104315) 作者简介 : 叶华俊(19792 ) ,男 ,江苏人 , ,杭州电子科技大学硕士研究生 ,从事分析仪器方面的研究. 图1便携式近红外光谱分析仪 检验光谱仪工作是否 正常 ;

(2) 测量暗电流;

(3) 检验和校正吸 光度和波长偏差.该 模块通过对光谱信号 漂移和偏差的检验和 校正 ,确保仪器性能 不受环境温度变化 , 不受电子元件、 光源 和其它光学元件的劣 图2便携式近红外光谱分析仪系统 化情况的影响. 接口电路实现分析仪和外部设备之间的数据和状态信息 的通讯.HMI 为人机交互界面 ,其功能包括仪器参数设置输 入 ,系统维护 ,模型选择 ,预测结果显示 ,报警状态查看和密码 管理等.Li2ion 电池组为仪器和光源的长时间野外和现场工 作提供电力支持 ,持续能力大于 10h. 测样附件为仪器对样品进行光谱采集时所用的光谱收集 器件.针对不同的测量对象 ,附件的设计也不尽相同.便携 式光谱分析仪的测样附件主要有漫反射探头和透射光纤探 头.漫反射探头主要用来测量固体物 ,如水果、 饲料等.浸入 透射式光纤探头主要用于测量液体 ,如汽油、 柴油等. 1.

2 软件系统 软件是分析仪的重要组成部分 ,包括仪器控制软件和化 学计量学软件. 1. 2.

1 仪器控制软件 仪器控制软件负责控制仪器进行光谱采集、 查看和简单 的信号处理 ,其功能主要包括仪器的初始化、 自检与故障诊 断、 定时事件处理、 通讯处理、 光谱数据的采集和处理等 ,其流 程如图

3 所示. 定时事件主要处理对定时精度要求不高的定时任务 ,在 定时任务中包含两个定时处理区 :短定时任务和长定时任务. 短定时任务可执行温度采集及控制、 电池监测、 电机位置检 测、 仪器状态指示等.长定时任务可执行定时暗电流采集等. 通信处理模块实现对接收到的数据按照通信协议进行解 析 ,根据命令执行相应的处理、 返回数据或响应命令. 数据采集和处理模块主要实现以下功能 :暗电流光谱采 集、 参比(零点) 光谱采集和测量光谱采集 ,并计算吸光度. 1. 2.