[發明專利]基于微機電技術的農產品品質近紅外光譜分析儀

無效

• 申請號: 201210338462.5
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102890070A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 龍濤;劉正東;陳斌
• 申請（專利權）人: 江蘇惠通集團有限責任公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35;G01N21/01
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

?本發明屬于近紅外無損檢測技術領域，涉及一種新型微機電技術（MEMS）的農產品品質近紅外光譜分析儀。

背景技術

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)是近十年來發展最為迅速的高新分析技術之一，它樣品用量少且不破壞樣品，無需對樣品進行化學處理，并可在1~2分鐘的極短時間內對樣品中的多種成分同時進行定量分析，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點。

近紅外檢測技術在農業、石化、制藥、食品等領域都得到很好應用,并取得極好的社會和經濟效益。如農產品中的谷物產品檢驗、奶制品的成分檢測；制藥工業中成品的檢測以及制備過程中各個階段半成品的在線監控。在藥物檢驗中，近紅外光譜分析技術已是一項大量推廣的藥物真偽的判別手段。近紅外光譜分析技術在中藥原材料的品質判別以及制劑中的有效成分分析方面也有應用。我國盛產茶葉，用近紅外光譜分析技術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域中已得到廣泛應用，并逐漸應用到在線過程分析。

傳統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射出的光進行分光，測量時根據需要的波長轉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，用不同的發光二極管產生不同的波長，該類近紅外分析儀的光譜半寬過大達到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，同樣會出現有效光功率過小的情況，影響測量精度和準確性。掃描型又分為光柵型、傅里葉型、聲光可調濾光器型（AOTF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，且對光路要求嚴格，外界光強會影響測試結果，掃描速度慢。傅里葉型近紅外分析儀因帶有移動部件，在掃描過程中會發生晃動和偏轉，造成干涉信號的不穩定，靈敏度下降。聲光可調濾光器型（AOTF型）近紅外分析儀使用交變電場控制晶體的排列實現對復合光的分光，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:光源發出的光經過樣品后聚焦到固定光柵上,經全息光柵色散后的光由多通道檢測器同時檢測。其缺點是動態范圍有限，且對溫度敏感。

基于微機電系統MEMS技術的農產品品質近紅外光譜分析儀由于采用MEMS動態掃描微鏡技術和單元InGaAs探測器技術，克服現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諧型等分光技術時的體積龐大、光學結構復雜、成本高的缺點，實現了光譜儀的微型化；國外小型近紅外光譜儀售價在40萬元左右，中檔產品在150萬元左右，本研發的基于微機電系統MEMS技術的農產品品質近紅外光譜分析儀實現了國產化，具有很高的性能價格比和良好的競爭力，其價格只有進口儀器的六分之一。小型產品定價在5萬元左右，中檔產品在15萬元左右。

發明內容

為了克服傳統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電系統MEMS技術的農產品品質近紅外光譜分析儀。

基于微機電系統MEMS技術的農產品品質近紅外光譜分析儀，該儀器包括微機電系統的分光器件、積分球、樣品杯、微處理器、鍵盤輸入與結果顯示裝置，計算機數據處理單元；所述的微機電系統分光器件通過光纖與積分球連接，光源發出的近紅外光與待測物料相互作用后在積分球內壁經過多次反射后通過光纖進入微機電系統近紅外光譜分析儀；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；鍵盤輸入與結果顯示裝置置于儀器的外殼上，與微處理器相連；計算機數據處理單元通過USB接口與微處理器相連；進入微機電系統分光器件的光經過微機系統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。