[發明專利]基于多元光學計算的近紅外光譜測試方法

有效

• 申請號: 202011200158.5
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112345489B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 邵學廣;段潮舒;蔡文生
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 史霞

本發明公開了基于多元光學計算的近紅外光譜測試方法，包括：步驟一、獲取樣品的近紅外光譜進行建模，得到系數向量，將系數向量映射到近紅外光譜儀的芯片單元以此設置其微鏡的開關狀態構成測量模式，形成光學濾波器；步驟二、一個光學濾波器對應建立一個測量模式，利用模式對待測樣本進行測量，待測樣品信息通過光學濾波器得到光調制，直接得到分析結果，實現對樣品的定性定量分析。本發明是一種光學濾波器實現、測量的新方法，能靈活地、選擇性地控制MEMS芯片來實現濾波器；以濾波器作為模式對樣品進行測量以實現多元光學計算，能快速實現不同樣品的定性定量分析，具有速度快、可行性強、易于實用化、無需數據后處理等優點。

技術領域

本發明屬于近紅外光譜分析技術領域，涉及基于多元光學計算的近紅外光譜測試方法。

背景技術

對于傳統的光譜儀，檢測器得到的是光譜信息數據，必須通過繁瑣的數據處理(整個處理過程也叫后處理，即建模樣本先進行光譜測量，建模后得到校正模型；而預測樣品也先進行光譜測量，得到光譜數據后通過校正模型進行光譜數據處理，最后才能得到預測樣品的結果)才能獲得預測結果。而多元光學計算(multivariate optical computing，MOC)是一種在光學測量過程中利用光學濾波器實現光學計算的方法。基于MOC原理的光譜儀通過單點檢測器即可獲得定性定量分析結果，不再需要復雜的儀器設計和繁瑣的數據處理，具有快捷、實用、無需建立復雜分析模型等優點，可廣泛應用于食品農產品、化學化工、生物醫學等領域。MOC方法的關鍵是濾波器，只需根據分析目標設計合適的濾波器，檢測信號就能直接反映分析結果。

微機電系統(MEMS)是一種精密機械加工技術，集微執行器、微機械結構和控制電路等于一體，MEMS芯片逐漸成為光譜儀的重要元件。液晶(liquid crystal,LC)芯片、DMD(digital micromirror device)芯片等設備都是MEMS芯片，是可以對光的空間分布進行調制的器件。液晶芯片、DMD芯片可在MOC光譜儀中充當濾波器，通過控制晶片/微鏡單元來實現對光的調制。基于液晶芯片或DMD芯片的多元近紅外光譜儀，憑借自身體積小、穩定性強、快捷實用、編碼靈活、生產成本低等諸多優勢，成為近年來的研究熱點。

在目前的研究中，基于MEMS芯片(液晶芯片、DMD芯片等)的近紅外光譜儀仍參照傳統光譜儀的方式，將獲取的光譜信息按波長順序進行標定，再利用芯片對波長進行選通和調制，并沒有實現多元光學計算的原理。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供基于多元光學計算的近紅外光譜測試方法。本發明不再考慮波長順序，直接利用模式序列調控MEMS芯片，實現對光學濾波器的設計。本發明闡述了光學濾波器的設計、實現和濾波器的測量，實現了基于MOC原理的近紅外光譜測試方法的建立。

為此，本發明提供的技術方案為：

基于多元光學計算的近紅外光譜測試方法，包括如下步驟：

步驟一、獲取樣品的近紅外光譜，以近紅外光譜儀的鏡子列信息為橫坐標、吸光度值為縱坐標對已有的近紅外光譜進行建模，得到系數向量，將所述系數向量映射到近紅外光譜儀的芯片單元以此設置其微鏡的開關狀態構成測量模式，形成光學濾波器；

步驟二、一個所述光學濾波器對應建立一個測量模式，利用所述模式對待測樣本進行測量，待測樣品信息通過所述光學濾波器得到光調制，直接得到分析結果，實現對樣品的定性定量分析。

優選的是，所述的基于多元光學計算的近紅外光譜測試方法中，步驟一中，所述已有的近紅外光譜為標準樣品的近紅外光譜。

優選的是，所述的基于多元光學計算的近紅外光譜測試方法中，步驟一中，所述標準樣品的近紅外光譜為模式序列近紅外光譜或其他任何形式的近紅外光譜。