基于微機(jī)電技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)基于微機(jī)電技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀，屬于近紅外無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。該儀器包括微機(jī)電系統(tǒng)的分光器件、積分球、樣品杯、微處理器、鍵盤輸入與結(jié)果顯示裝置，計算機(jī)數(shù)據(jù)處理單元。采用了先進(jìn)的微機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行分光，不但實現(xiàn)了近紅外光譜儀器的小型化和微型化，為研發(fā)后續(xù)的手提式農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外快速檢測儀器創(chuàng)造了基本條件外，還因為檢測的是物料連續(xù)近紅外漫反射光譜，從而可以非常方便地對衡量農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的多種成分含量指標(biāo)進(jìn)行檢測。本實用新型專利技術(shù)采用積分球漫反射方式對攜帶樣品信息的光信號進(jìn)行收集并傳到微處理器進(jìn)行處理。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于近紅外無損檢測
，涉及一種新型微機(jī)電技術(shù)(MEMS)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀。
技術(shù)介紹
近紅外光譜分析作為一種快速高效的分析方法，可以對包括從氣體到透明或混濁的液體、從勻漿到粉末、從固體材料到生物組織等各種樣品進(jìn)行快速、精確的定量或定性分析。近紅外光譜分析(NIR)是近十年來發(fā)展最為迅速的高新分析技術(shù)之一，它樣品用量少且不破壞樣品，無需對樣品進(jìn)行化學(xué)處理，并可在廣2分鐘的極短時間內(nèi)對樣品中的多種成分同時進(jìn)行定量分析，具有成本低，速度快，精度高，無污染，便于實時、在線分析和控制等優(yōu)點。近紅外檢測技術(shù)在農(nóng)業(yè)、石化、制藥、食品等領(lǐng)域都得到很好應(yīng)用，并取得極好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。如農(nóng)產(chǎn)品中的谷物產(chǎn)品檢驗、奶制品的成分檢測；制藥工業(yè)中成品的檢測以及制備過程中各個階段半成品的在線監(jiān)控。在藥物檢驗中，近紅外光譜分析技術(shù)已是一項大量推廣的藥物真?zhèn)蔚呐袆e手段。近紅外光譜分析技術(shù)在中藥原材料的品質(zhì)判別以及制劑中的有效成分分析方面也有應(yīng)用。我國盛產(chǎn)茶葉，用近紅外光譜分析技術(shù)快速研究茶葉等級以及茶制品過程的在線檢測都已有報道。近年來，近紅外光譜分析在石化領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用，并逐漸應(yīng)用到在線過程分析。傳統(tǒng)的近紅外光譜分析儀種類很多，可以分為固定波長型和掃描型，固定波長型又分為濾光片型與LED型，濾光片型近紅外光譜分析儀采用若干片干涉濾光片對光源發(fā)射出的光進(jìn)行分光，測量時根據(jù)需要的波長轉(zhuǎn)動片輪選擇合適的一個濾光片光路，儀器體積大不方便攜帶，這種分析儀的單色光的譜帶較寬，波長分辨率差，功耗大，有效光功率小，壽命短。發(fā)光二極管(LED)型近紅外光譜分析儀是采用LED作為光源，用不同的發(fā)光二極管產(chǎn)生不同的波長，該類近紅外分析儀的光譜半寬過大達(dá)到30nm以上，滿足不了對于精確的特定波長的選擇要求，此外有些儀器上還是會采用LED加濾光片的方式，同樣會出現(xiàn)有效光功率過小的情況，影響測量精度和準(zhǔn)確性。掃描型又分為光柵型、傅里葉型、聲光可調(diào)濾光器型(A0TF型)和多通道型。光柵型近紅外分析儀采用的是光柵分光，因此狹縫的限制使其分辨率和靈敏度較低，且對光路要求嚴(yán)格，外界光強(qiáng)會影響測試結(jié)果，掃描速度慢。傅里葉型近紅外分析儀因帶有移動部件，在掃描過程中會發(fā)生晃動和偏轉(zhuǎn)，造成干涉信號的不穩(wěn)定，靈敏度下降。聲光可調(diào)濾光器型(A0TF型)近紅外分析儀使用交變電場控制晶體的排列實現(xiàn)對復(fù)合光的分光，分光的譜帶較寬，分辨率較低，且自然界的雜光會有影響。多通道型近紅外分析儀的原理為光源發(fā)出的光經(jīng)過樣品后聚焦到固定光柵上，經(jīng)全息光柵色散后的光由多通道檢測器同時檢測。其缺點是動態(tài)范圍有限，且對溫度敏感。基于微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀由于米用MEMS動態(tài)掃描微鏡技術(shù)和單元InGaAs探測器技術(shù)，克服現(xiàn)有近紅外光譜儀采用濾光片型、光柵掃描型、傅立葉變換型、陣列檢測型和聲光調(diào)諧型等分光技術(shù)時的體積龐大、光學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點，實現(xiàn)了光譜儀的微型化；國外小型近紅外光譜儀售價在40萬元左右，中檔產(chǎn)品在150萬元左右，本研發(fā)的基于微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀實現(xiàn)了國產(chǎn)化，具有很高的性能價格比和良好的競爭力，其價格只有進(jìn)口儀器的六分之一。小型產(chǎn)品定價在5萬元左右，中檔產(chǎn)品在15萬元左右。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服傳統(tǒng)的近紅外光譜分析儀所存在的局限性，提供了一種基于微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀。基于微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀,該儀器包括微機(jī)電系統(tǒng)的分光器件、積分球、樣品杯、微處理器、鍵盤輸入與結(jié)果顯示裝置，計算機(jī)數(shù)據(jù)處理單元；所述的微機(jī)電系統(tǒng)分光器件通過光纖與積分球連接，光源發(fā)出的近紅外光與待測物料相互作用后在積分球內(nèi)壁經(jīng)過多次反射后通過光纖進(jìn)入微機(jī)電系統(tǒng)近紅外光譜分析儀；所述的積分球包括集成于積分球壁上的光入射孔、探測器口和樣品杯入口，樣品杯由樣品杯入口與積分球連接；鍵盤輸入與結(jié)果顯示裝置置于儀器的外殼上，與微處理器相連；計算機(jī)數(shù)據(jù)處理單元通過USB接口與微處理器相連；進(jìn)入微機(jī)電系統(tǒng)分光器件的光經(jīng)過微機(jī)系統(tǒng)電控制的微鏡分光后由近紅外光電探測器測出的光信號變化通過前置放大電路與微處理器相連。其中所述的微機(jī)電系統(tǒng)分光器件，其包括光纖連接器、光纖準(zhǔn)直器、掃描反射微鏡、閃耀光柵、聚焦反射鏡、狹縫和探測器；待測光信號由光纖連接器接入光路，光纖準(zhǔn)直器位于光纖連接器的后部，光信號經(jīng)由光纖連接器和光纖準(zhǔn)直器后，形成準(zhǔn)直光入射到掃描反射微鏡上，掃描反射微鏡反射光信號至閃耀光柵，閃耀光柵將入射復(fù)色光分解成不同波長的單色光，單色光入射到聚焦鏡反射鏡上，由聚焦鏡反射鏡會聚并反射通過狹縫至探測器上，探測器放置于聚焦反射鏡的會聚方向，探測器測量接收的單色光的強(qiáng)度；掃描反射微鏡的鏡面作周期性擺動，使得入射復(fù)色光在閃耀光柵上的入射角度和出射單色光的空間位置呈周期性變化，經(jīng)過聚焦鏡反射鏡會聚后，通過狹縫依次進(jìn)入探測器中，實現(xiàn)全光譜的掃描。其中所述的積分球的樣品杯入口有用來使樣品杯固定的凹槽與定位銷；光通過光入射孔進(jìn)入積分球，樣品杯由樣品杯入口置入積分球，并旋轉(zhuǎn)樣品杯直至定位銷進(jìn)入法蘭圈凹槽，將其位置固定。光照射在樣品杯的底部，經(jīng)物料吸收后的漫反射光在積分球內(nèi)壁不斷發(fā)生反射，經(jīng)積分球內(nèi)表面多次反射后的光進(jìn)入到微機(jī)電系統(tǒng)的光譜儀內(nèi)進(jìn)行分光，同時經(jīng)微機(jī)電系統(tǒng)中的近紅外探測器將光信號轉(zhuǎn)變成電信號傳到微處理器。其中所述的樣品杯采用低羥基石英玻璃制作，形狀采用圓柱形，下端加底，并采用法蘭圈來固定樣品杯與積分球接觸，法蘭圈上有凹槽用于檢測時使積分球上的定位銷置入以便更精確的定位；樣品杯由積分球樣品室入口垂直放置到積分球上，實現(xiàn)樣品對近紅外光的表面吸收，根據(jù)樣品的結(jié)構(gòu)特點對應(yīng)不同直徑的樣品室規(guī)格和測量模型參數(shù)。采用本技術(shù)所提供的基于微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀，由于采用了先進(jìn)的微機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行分光，不但實現(xiàn)了近紅外光譜儀器的小型化和微型化，為研發(fā)后續(xù)的手提式農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外快速檢測儀器創(chuàng)造了基本條件外，還因為檢測的是物料連續(xù)近紅外漫反射光譜，從而可以非常方便地對衡量農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的多種成分含量指標(biāo)進(jìn)行檢測。本技術(shù)采用積分球漫反射方式對攜帶樣品信息的光信號進(jìn)行收集并傳到微處理器進(jìn)行處理。附圖說明圖1是本技術(shù)所提供的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)近紅外分析儀的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本技術(shù)所提供的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)近紅外分析儀的分光結(jié)構(gòu)圖；圖3是本技術(shù)所提供的積分球剖面示意圖與樣品杯結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本技術(shù)所提供的樣品杯結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本技術(shù)作進(jìn)一步說明。圖1是本技術(shù)所提供的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)近紅外光譜分析儀的組成結(jié)構(gòu)示意圖，該儀器包括微機(jī)電系統(tǒng)分光器件14、積分球20、樣品杯30、微處理器50、鍵盤輸入與結(jié)果顯示裝置60，計算機(jī)數(shù)據(jù)處理單元70 ;所述的微機(jī)電系統(tǒng)分光器件14通過光纖13與積分球20連接,微機(jī)電系統(tǒng)分光器件14的光通過光纖13進(jìn)入積分球20 ;所述的積分球20包括集成于積分球壁上的光入射孔21、探測器口 25和樣品杯入口 22，樣品杯30由樣品杯入口 22與積分球20連接；鍵盤輸入與結(jié)果顯示裝置60置于儀器的外殼90上，與微處理本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
基于微機(jī)電技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀，其特征在于包括微機(jī)電系統(tǒng)的分光器件、積分球、樣品杯、微處理器、鍵盤輸入與結(jié)果顯示裝置，計算機(jī)數(shù)據(jù)處理單元；所述的微機(jī)電系統(tǒng)分光器件通過光纖與積分球連接，光源發(fā)出的近紅外光與待測物料相互作用后在積分球內(nèi)壁經(jīng)過多次反射后通過光纖進(jìn)入微機(jī)電系統(tǒng)近紅外光譜分析儀；所述的積分球包括集成于積分球壁上的光入射孔、探測器口和樣品杯入口，樣品杯由樣品杯入口與積分球連接；鍵盤輸入與結(jié)果顯示裝置置于儀器的外殼上，與微處理器相連；計算機(jī)數(shù)據(jù)處理單元通過USB接口與微處理器相連；進(jìn)入微機(jī)電系統(tǒng)分光器件的光經(jīng)過微機(jī)系統(tǒng)電控制的微鏡分光后由近紅外光電探測器測出的光信號變化通過前置放大電路與微處理器相連。

【技術(shù)特征摘要】
1.基于微機(jī)電技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀，其特征在于包括微機(jī)電系統(tǒng)的分光器件、積分球、樣品杯、微處理器、鍵盤輸入與結(jié)果顯示裝置，計算機(jī)數(shù)據(jù)處理單元；所述的微機(jī)電系統(tǒng)分光器件通過光纖與積分球連接，光源發(fā)出的近紅外光與待測物料相互作用后在積分球內(nèi)壁經(jīng)過多次反射后通過光纖進(jìn)入微機(jī)電系統(tǒng)近紅外光譜分析儀；所述的積分球包括集成于積分球壁上的光入射孔、探測器口和樣品杯入口，樣品杯由樣品杯入口與積分球連接；鍵盤輸入與結(jié)果顯示裝置置于儀器的外殼上，與微處理器相連；計算機(jī)數(shù)據(jù)處理單元通過USB接口與微處理器相連；進(jìn)入微機(jī)電系統(tǒng)分光器件的光經(jīng)過微機(jī)系統(tǒng)電控制的微鏡分光后由近紅外光電探測器測出的光信號變化通過前置放大電路與微處理器相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微機(jī)電技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)近紅外光譜分析儀，其特征在于其中所述的微機(jī)電系統(tǒng)分光器件，包括光纖連接器、光纖準(zhǔn)直器、掃描反射微鏡、閃耀光柵、聚焦反射鏡、狹縫和探測器；待測光信號由光纖連接器接入光路，光纖準(zhǔn)直器位于光纖連接器的后部，光信號經(jīng)由光纖連接器和光纖準(zhǔn)直器后，形成準(zhǔn)直光入射到掃描反射微鏡上，掃描反射微鏡反射光信號至閃耀光柵，閃耀光柵將入射復(fù)色光分解成不同波長的單色光，單色光入射到聚焦鏡反射鏡上，由聚焦鏡反射鏡會聚并反射通...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龍濤，劉正東，陳斌，
申請(專利權(quán))人：江蘇惠通集團(tuán)有限責(zé)任公司，
類型：實用新型
國別省市：