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近紅外光譜技術的前世今生

時間:2015-09-08 11:50:47    作者:admin    查看次數:1143
近紅外光譜技術過去的發展情況
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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。針對相應光譜上的每個測量點,光柵在手動控制下以小的增量旋轉。每個所測樣本的數據都被整理成一份光譜圖。然后,需要手動將光譜圖與參考物及其他樣本進行對比。這些早期光譜儀固定擺放在實驗室的某個位置,而且一經安裝就很少再被移動。
  20世紀70年代首次迎來了光譜技術領域微處理器的誕生,其既可用于控制光譜儀,也可用于處理所測得的數據。20世紀70年代到21世紀初期,半導體工業獲得了長足發展。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據。模擬/數字轉換器的誕生使光譜數據采樣可以通過處理器控制。
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發展現狀
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  當今的近紅外光譜儀通常采用以下六種架構:
  固定濾波器:這類儀器基于固定數量的波長進行測量,每種波長對應濾光輪上特定的濾光片。濾光輪在不同濾光片之間轉動時進行讀數。
  旋轉光柵/棱鏡:這類儀器利用電機在單點探測器上移動光柵分散的輸出(波長)。
  FT-NIR:這類儀器利用邁克耳孫干涉儀技術的傅立葉交換性質,通過移動的鏡面創造能夠與某個光譜形成數學相關的干涉圖樣。
  線陣探測器:這類儀器利用光柵在元素數量為256或512以上的一維線性像素陣列上分散波長。
  線性漸變濾光器:這類儀器利用線陣探測器前的漸變濾光元素,使特定波長能夠影響每個像素元素。
  DLP?技術:數字微鏡器件(DMD)將光柵分散的光反射到單個像素探測器上。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波長進行采樣。整個過程只需一次掃描即可完成。
  現在的近紅外光譜儀比前幾代產品要先進得多,具有微處理器控制、高精A/D采樣、光譜電算化(帶統計分析)等特性。不同架構的使用模型也有所不同:
  實驗室專用型:通常為高精度的大型通用儀器。處理光譜數據的計算機可以是實驗室內部設備,也可以是通過以太網或USB互聯的遠程設備。這些計算機可對海量數據進行處理,并在數秒之內完成與分布式參考庫的對比。
  便攜型:便攜式NIR光譜儀外形同實驗室小型版本類似,可以移動,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,以供現場或工業環境(例如農場或礦區)中使用。
  聯機型:這類專門化設備用于監測工廠環境,通常具有特定用途。工廠安裝可能會在一條裝配線上包含多臺光譜儀,通過以太網或無線網連接到主控制設施。
  手持型:手持式光譜儀的生產受到了廣泛關注,其最大的特征是真正實現了便攜化,非常便于用戶使用。目前已推出電池供電式產品,體積與大型手鉆相近。這類產品的好處是,非常便攜,而且依靠內置電源可以遠途使用。
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發展前景
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  近紅外光譜儀未來的發展前景十分樂觀。一直以來,測量儀器通常體積龐大且成本昂貴,而且被局限在有限的實驗室環境中,對于一般大眾而言遙不可及。使用模型主要是由這種典型實驗室設備的體積和成本決定。得益于技術的改進,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,也更適合在相關領域應用。
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