微型近紅外光譜傳感器的應(yīng)用開發(fā)研究.pdf

1、近紅外光譜分析技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來發(fā)展最快、最引人注目的高新綠色分析技術(shù)之一，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、化工、石化、制藥、煙草等領(lǐng)域。隨著該檢測方法的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，人們對近紅外光譜儀便攜性的要求提高，微型近紅外光譜儀以其體積小、重量輕等特點(diǎn)成為研究的熱點(diǎn)之一。
　　本文是在MicroNIR-1700微型近紅外光譜儀的基礎(chǔ)上展開研究工作的。首先對儀器的基本性能進(jìn)行了評估，驗(yàn)證了其作為近紅外光譜檢測系統(tǒng)核心硬件的可行性

2、;確定了微型近紅外光譜儀應(yīng)用系統(tǒng)軟件的整體構(gòu)架;采用Delphi7.0開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì);對研發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)用化的驗(yàn)證試驗(yàn)。主要的研究內(nèi)容如下:
　　1.從光譜儀輸出信號、儀器穩(wěn)定性、吸光度重復(fù)性和基線穩(wěn)定性等4個方面對MicroNIR-1700近紅外光譜儀的性能進(jìn)行了評估，分析了積分時(shí)間對前三者的影響和不同測量對象對儀器穩(wěn)定性的影響。根據(jù)性能評估結(jié)果提出了適用于本系統(tǒng)的光譜掃描參數(shù)優(yōu)化方法，即對于MicroNIR-1

3、700近紅外光譜儀16bit的ADC，在滿足信號水平在20000～40000Counts和樣品測量時(shí)限（1～2s以內(nèi)）的情況下，積分時(shí)間越大越好，掃描次數(shù)=(樣品測量時(shí)限×1000-100)/積分時(shí)間。
　　2.根據(jù)近紅外光譜分析檢測流程和近紅外建模流程，設(shè)計(jì)了微型近紅外光譜儀應(yīng)用系統(tǒng)的整體構(gòu)架，采用Delphi7.0平臺對應(yīng)用系統(tǒng)的軟件進(jìn)行開發(fā)。針對不同的用戶，設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于實(shí)驗(yàn)室版和用戶版的微型近紅外光譜儀應(yīng)用系統(tǒng)。其中實(shí)驗(yàn)

4、室版本主要用于開發(fā)人員進(jìn)行近紅外光譜應(yīng)用研究，用戶版本采用遞進(jìn)式結(jié)構(gòu)，方便用戶快速檢測和分析樣品，體現(xiàn)出近紅外光譜快速高效的特點(diǎn)。
　　3.采用Windows XP系統(tǒng)的筆記本電腦作為系統(tǒng)控制端，憑借Delphi7.0強(qiáng)大的組件功能和支持Acess2003數(shù)據(jù)庫功能，開發(fā)了良好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了光譜儀的硬件控制，樣品光譜和成分實(shí)時(shí)檢測、系統(tǒng)登錄、用戶管理、光譜數(shù)據(jù)庫管理和建立近紅外定標(biāo)模型等功能。
　　4.對系統(tǒng)的實(shí)用性進(jìn)行

5、了研究，以地產(chǎn)水蜜桃為檢測對象，可溶性固形物含量為具體的檢測指標(biāo)，對70個樣品進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)用化的驗(yàn)證試驗(yàn)。對其中的52個樣品分別采用主成分回歸(PCR)和偏最小二乘回歸(PLS)兩種方法建立了校正模型，用剩余18個樣品對模型進(jìn)行了預(yù)測，其中采用PLS回歸方法所建模型的效果更好，其預(yù)測相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9174，均方根誤差為0.9672;強(qiáng)制剔除4個粗大誤差的樣品后重新建模，模型的性能有所提高，其中采用PCA回歸所建模型的效果更好，其預(yù)測相關(guān)