基于陣列式半導(dǎo)體激光器近紅外檢測儀的設(shè)計.pdf

1、農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測是農(nóng)產(chǎn)品收購過程中實現(xiàn)按級定價,優(yōu)質(zhì)優(yōu)價的重要保證,同時有助于調(diào)整種植結(jié)構(gòu),提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。近紅外光譜檢測技術(shù)是檢測領(lǐng)域一種重要的快速、無損檢測方法之一,該檢測方法一般勿需樣品的預(yù)處理過程,分析速度快、效率高、成本低,且測量重現(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)計了基于陣列式半導(dǎo)體激光器的近紅外檢測儀(課題來源于國家自然科學(xué)基金項目:陣列式

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

3、的功能。根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的幾個主要成分在近紅外光譜區(qū)的特定吸收峰,選取8個不同波長的準(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個波長分別為850nm、1270nm、1330nm、1390nm、1450nm、1510nm、1570nm和1610nm。該設(shè)計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。
　　 檢測儀采用積分球作為光載樣器件來進(jìn)行光信號的收集,樣品的檢測方

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)象對檢測精度的影響,大大簡化了近紅外光譜檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),提高了檢測儀的穩(wěn)定性和緊湊性。
　　 將原來半導(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量誤差,使得樣品杯中的待測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光譜的吸收的影響。儀器采用InGaAs半導(dǎo)體探測器對信號探測并轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行信號放大和調(diào)理,得到所需信息。
　　 為了提高處理速度,采用雙核處理器對檢測儀進(jìn)行控制,處理器選用C8051F340單片機(jī),其中一個用于對信號的處理,一個用于對人機(jī)界面的控制。設(shè)計采用大屏幕的液晶屏來對檢測的結(jié)果進(jìn)行顯示,采用觸摸方式對其過程進(jìn)行控制,中文菜單化的操作界面,實現(xiàn)了良好的人機(jī)界面。該儀器具有檢測

6、精度高、體積小、重量輕、操作簡單、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。此外保留了USB接口,用于與上位機(jī)通信,根據(jù)需要可對兩種模式進(jìn)行切換。
　　 對儀器的性能測試表明儀器在開機(jī)10min左右達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。通過對糯米的水分含量檢測對檢測儀的性能進(jìn)行了評價,試驗中對66個水分含量在4%～22%范圍內(nèi)的糯米樣本進(jìn)行檢測,對其中44個樣品采用多元線性回歸分析建立模型,用剩余22個樣品對模型進(jìn)行了預(yù)測,其預(yù)測相關(guān)系數(shù)達(dá)0.989,模型的精度基本滿足實際精度