基于陣列式半導(dǎo)體激光器近紅外檢測(cè)儀的設(shè)計(jì).pdf

1、農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測(cè)是農(nóng)產(chǎn)品收購(gòu)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)按級(jí)定價(jià),優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的重要保證,同時(shí)有助于調(diào)整種植結(jié)構(gòu),提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)是檢測(cè)領(lǐng)域一種重要的快速、無(wú)損檢測(cè)方法之一,該檢測(cè)方法一般勿需樣品的預(yù)處理過(guò)程,分析速度快、效率高、成本低,且測(cè)量重現(xiàn)性好,因此倍受關(guān)注,有著廣闊的發(fā)展前景,近紅外光譜分析儀器也成為分析儀器的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。
　　 研究設(shè)計(jì)了基于陣列式半導(dǎo)體激光器的近紅外檢測(cè)儀(課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目:陣列式

2、半導(dǎo)體激光器件的食品原料品質(zhì)近紅外快速檢測(cè)方法的研究,31171697),用于對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),儀器以陣列式半導(dǎo)體激光器為光源,積分球?yàn)楣廨d樣器件,在本項(xiàng)目組前人有研究的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。
　　 光源由多路光分別進(jìn)入積分球改為對(duì)其陣列式封裝后通過(guò)1根光纖送入,減少了積分球開孔個(gè)數(shù),同時(shí)也減小了光源進(jìn)入積分球位置和方向不同帶來(lái)的差異;儀器由原來(lái)只能檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品單一成分的檢測(cè),改為可以對(duì)多種成分含量同時(shí)或單獨(dú)檢測(cè),增強(qiáng)了儀器

3、的功能。根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的幾個(gè)主要成分在近紅外光譜區(qū)的特定吸收峰,選取8個(gè)不同波長(zhǎng)的準(zhǔn)單色半導(dǎo)體激光器陣列式封裝后作為儀器的光源,選取的8個(gè)波長(zhǎng)分別為850nm、1270nm、1330nm、1390nm、1450nm、1510nm、1570nm和1610nm。該設(shè)計(jì)的思想是將光源與分光系統(tǒng)合二為一,摒棄了一般光譜儀器中復(fù)雜的分光系統(tǒng),從而大大提高了儀器的穩(wěn)定性。
　　 檢測(cè)儀采用積分球作為光載樣器件來(lái)進(jìn)行光信號(hào)的收集,樣品的檢測(cè)方

4、式采用樣品室內(nèi)置方式,將傳統(tǒng)的面吸收方式改為體吸收方式,可以最大限度減少樣品粒度造成的散射現(xiàn)象對(duì)檢測(cè)精度的影響,大大簡(jiǎn)化了近紅外光譜檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),提高了檢測(cè)儀的穩(wěn)定性和緊湊性。
　　 將原來(lái)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的準(zhǔn)單色光直接照射到樣品杯改為對(duì)積分球內(nèi)壁直接照射后,再均勻反射到樣品杯所有表面,消除了光源進(jìn)入積分球位置、方向與樣品杯之間空間位置差異造成的測(cè)量誤差,使得樣品杯中的待測(cè)物料能充分與反射光相互作用,以得到準(zhǔn)確的樣品成分與近紅

5、外光的吸收關(guān)系,這種方法也可以減少了樣品顆粒度對(duì)光譜的吸收的影響。儀器采用InGaAs半導(dǎo)體探測(cè)器對(duì)信號(hào)探測(cè)并轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行信號(hào)放大和調(diào)理,得到所需信息。
　　 為了提高處理速度,采用雙核處理器對(duì)檢測(cè)儀進(jìn)行控制,處理器選用C8051F340單片機(jī),其中一個(gè)用于對(duì)信號(hào)的處理,一個(gè)用于對(duì)人機(jī)界面的控制。設(shè)計(jì)采用大屏幕的液晶屏來(lái)對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行顯示,采用觸摸方式對(duì)其過(guò)程進(jìn)行控制,中文菜單化的操作界面,實(shí)現(xiàn)了良好的人機(jī)界面。該儀器具有檢測(cè)

6、精度高、體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。此外保留了USB接口,用于與上位機(jī)通信,根據(jù)需要可對(duì)兩種模式進(jìn)行切換。
　　 對(duì)儀器的性能測(cè)試表明儀器在開機(jī)10min左右達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)對(duì)糯米的水分含量檢測(cè)對(duì)檢測(cè)儀的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),試驗(yàn)中對(duì)66個(gè)水分含量在4%～22%范圍內(nèi)的糯米樣本進(jìn)行檢測(cè),對(duì)其中44個(gè)樣品采用多元線性回歸分析建立模型,用剩余22個(gè)樣品對(duì)模型進(jìn)行了預(yù)測(cè),其預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)達(dá)0.989,模型的精度基本滿足實(shí)際精度