便攜式近紅外光譜儀器現(xiàn)狀及展望_于新洋_圖文

1、第33卷,第11期光譜學(xué)與光譜分析V o l .33,N o .11,p p2983-29882013年11月S p e c t r o s c o p y a n d S p e c t r a l A n a l y s i s N o v e m b e r ,2013便攜式近紅外光譜儀器現(xiàn)狀及展望于新洋1,2,盧啟鵬1*,高洪智1,彭忠琦11.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林長春1300332.中國科學(xué)院大學(xué),北京100049摘要近紅外光譜分析技術(shù)具有速度快、操作簡單等優(yōu)點(diǎn),在農(nóng)業(yè)、制藥等行業(yè)得到了大量應(yīng)用,其中一些應(yīng)用需要將儀器攜帶到分散的分析現(xiàn)場使

2、用,為滿足這一需求,很多體積小、便于移動的便攜式近紅外光譜儀被研制出來。這些儀器的種類較為繁多,采用了很多不同的基本原理,使用了不同的光路結(jié)構(gòu)。文章綜述了國內(nèi)外便攜式近紅外光譜儀的技術(shù)現(xiàn)狀,根據(jù)光路結(jié)構(gòu)的不同將儀器分成濾光片型、光柵型、傅里葉變換型、聲光可調(diào)濾波器型以及使用微機(jī)電系統(tǒng)(M E M S 的新型光譜儀等類型,重點(diǎn)介紹各類儀器的原理和主要部分的結(jié)構(gòu),同時(shí)簡要介紹不同類型儀器的特點(diǎn),并列舉典型產(chǎn)品。也對測量附件、操作、顯示等外圍部分的設(shè)計(jì)作簡要介紹,這些附件針對便攜應(yīng)用采取了特殊的設(shè)計(jì)。通過介紹,為新型便攜式近紅外光譜儀的研制提供借鑒。最后,對便攜式近紅外光譜儀器的現(xiàn)狀作總結(jié),并對未來

3、國內(nèi)外技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞近紅外光譜儀;便攜式.i s s n .1000-0593(201311-2983-06收稿日期:2013-03-11,修訂日期:2013-05-28基金項(xiàng)目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃項(xiàng)目(2012A A 022602,國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(60938002,中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程領(lǐng)域前沿項(xiàng)目(Y 00232Q 100,吉林省與中國科學(xué)院合作長吉圖開發(fā)開放先導(dǎo)區(qū)科技創(chuàng)新合作專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2012C J T 0021資助作者簡介:于新洋,1988年生,中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所碩士研究生e -m a i l :x i n y a n g

4、.yu x 51g m a i l .c o m *通訊聯(lián)系人e -m a i l :l u q i p e n g126.c o m 引言近紅外光譜分析技術(shù)具有速度快、效率高、樣品處理簡單等優(yōu)點(diǎn),近幾十年在農(nóng)業(yè)、制藥、石化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。這些行業(yè)很多時(shí)候需要體積較小、方便移動的儀器用于現(xiàn)場分析。為滿足這一需求,眾多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)基于不同的技術(shù)研制出了多種輕便、緊湊的近紅外光譜儀。這些儀器大的可以車載,小的可以手提甚至手持,被統(tǒng)稱為便攜式近紅外光譜儀。便攜式近紅外光譜儀器的種類很多,采用了多種不同的原理,并且不斷有新的技術(shù)出現(xiàn)。依據(jù)光路結(jié)構(gòu)的不同,將儀器大致分成以下類型:濾光片型、光柵型

5、、傅里葉變換型、聲光可調(diào)濾波器型,以及眾多使用M E M S 技術(shù)的新型儀器。本文將分別介紹這些儀器的原理,并簡要分析不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。之后介紹廠家為使儀器更適合便攜應(yīng)用,在操控、顯示、測量等附件方面的設(shè)計(jì)。最后對便攜式近紅外光譜儀器的技術(shù)現(xiàn)狀作總結(jié)并展望未來的發(fā)展趨勢。1便攜式近紅外光譜儀所采用的不同光路結(jié)構(gòu)便攜式近紅外光譜分析儀器使用了很多不同的光路結(jié)構(gòu),可以分成濾光片型、光柵型、傅里葉變換型等不同類型,下面將分別對各個類型進(jìn)行說明。1.1濾光片型濾光片型儀器是最早出現(xiàn)的近紅外光譜儀,有少數(shù)便攜式儀器使用了濾光片分光。這些儀器使用固定的濾光片,堅(jiān)固耐用,適合手持。1.1.1使用L E D

6、陣列的濾光片型光譜儀Z e l t e x 公司的Z X -50系列手持式近紅外糧食分析儀是這類光譜儀的典型代表1,儀器采用12個L E D 作為光源,對應(yīng)12個波長的窄帶濾光片,波長范圍為8931045n m 。如圖1(a 所示,依次控制各個光源發(fā)光,由單點(diǎn)探測器接收透射光,數(shù)據(jù)處理后由液晶屏顯示出蛋白質(zhì)等成分的含量。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)也開發(fā)出類似的以近紅外L E D 為光源的整粒小麥成分分析儀。L E D 的功耗比鹵鎢燈光源要低得多,適合用在以電池供電的便攜式儀器上。儀器結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定性高,成本也比較低,適合在糧食檢測等專用領(lǐng)域大規(guī)模使用。1.1.2使用線性漸變?yōu)V光片的光譜儀線性漸變?yōu)V光片(l

7、i n e a r v a r i a b l e f i l t e r ,L V F 是一種光譜特性隨濾光片位置線性變化的光學(xué)薄膜器件,各膜層的厚度沿基片長度方向呈線性變化,不同的空間位置對應(yīng)于不同的通帶中心波長2,具有體積小,重量輕,穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。線性漸變?yōu)V光片與陣列探測器相結(jié)合,即可組成一個中分辨率的光譜儀。J D S U 的M i c r o N I R 系列使用了這種濾光片分光3,儀器使用兩個小功率鹵鎢燈做光源,漫反射光經(jīng)線性漸變?yōu)V光片分光后,由緊貼在濾光片后面的I n G a A s 線陣探測器接收圖1(b ,探測器共有128像元,分辨率為中心波長的1.25% 。F i g .

8、1T h e o p t i c a l l a y o u t s o f Z X -50(a a n d M i c r o N I R 1700(b 使用線性漸變?yōu)V光片和線陣列探測器,可以簡化儀器的光路結(jié)構(gòu),使儀器更加緊湊、輕便,M i c r o N I R 系列的重量僅有不到60g ,可置于掌心。其全靜態(tài)結(jié)構(gòu)也有很高的穩(wěn)定性,適合手持使用。1.2光柵型1.2.1光柵掃描型光柵掃描型光譜儀是最早的光柵分光型光譜儀,由步進(jìn)電機(jī)帶動光柵轉(zhuǎn)動進(jìn)行光譜掃描,使用單點(diǎn)探測器檢測。這種儀器最大的缺點(diǎn)是有移動部件,這導(dǎo)致儀器抗震性差,掃描速度相對較慢。光柵掃描型儀器大多是體積較大的實(shí)驗(yàn)室用儀器,部分

9、廠家將儀器小型化,做成方便移動的便攜式儀器,但是體積仍然偏大,也比較重?？偟膩碇v,由于需要使用移動部件,使用這種結(jié)構(gòu)的便攜式近紅外光譜儀比較少,典型的有南京中地儀器的Z D J I P B -14,分辨率優(yōu)于7n m ,信噪比(R M S 為80001,但掃描速度較慢,測量時(shí)間為60s 。1.2.2固定光路陣列檢測型固定光路陣列檢測型是便攜式光譜儀中最常見的類型。入射光經(jīng)凹面鏡準(zhǔn)直,之后由固定光柵分光,再由凹面鏡聚焦到線陣列探測器上。多數(shù)儀器使用折疊交叉式C z e r m y-T u r n e r 光路,以減小儀器的體積5。也有使用凹面全息光柵,省去用于準(zhǔn)直和成像的光學(xué)元件,進(jìn)一步簡化光路

10、。最簡單的光譜儀僅由入射光纖、凹面光柵和探測器組成,光譜儀更加堅(jiān)固、緊湊,提高了可靠性。探測器方面,廉價(jià)的硅探測器可探測1100n m 以下的光譜;I n G a A s 探測器的響應(yīng)范圍在10001700n m ,擴(kuò)展型可至2600n m ;另外還有少數(shù)采用其他探測器。這類儀器的光譜采集速度要比光柵掃描型快得多,但線陣探測器單個像元面積小,不同像元間有串?dāng)_,儀器的信噪比要差一些。使用固定光柵的陣列檢測型便攜式近紅外光譜儀結(jié)構(gòu)簡單,容易制作,生產(chǎn)廠家非常多,如O c e a n O pt i c s 、B &W T e k 、A v a n t e s 、聚光、晶飛等。很多使用硅探測器的便攜式

11、專用儀器,被大量應(yīng)用于糧食生產(chǎn)等領(lǐng)域中,如F O S S 的I n -f r a t e c S o f i a 6系列被廣泛地應(yīng)用于美國的農(nóng)場中,儀器可以獨(dú)立工作,糧食的成分信息可以直接顯示在屏幕上。I n G a A s 探測器一般被用在通用型儀器上,儀器具有更豐富的功能。值得注意的是,很多廠商將陣列檢測型儀器做成光譜儀模塊,一般只有手掌大小,用戶可以選取不同的光源和測量附件,用于不同的分析場合。1.3傅里葉變換型傅里葉變換型光譜儀的光通量大、分辨率高,中紅外波段的大型儀器比較多,而近紅外波段的便攜式儀器則較少。一是因?yàn)榻t外分析的現(xiàn)場應(yīng)用一般不要求很高的分辨率;二是由于傅里葉光譜儀一般有

12、可移動的部件,抗震性差,很難做成便攜式儀器。近些年來傅里葉光譜儀的光路結(jié)構(gòu)一直在不斷的改進(jìn),出現(xiàn)了一些便攜式甚至手持式的儀器,這些儀器一般使用中紅外波段,應(yīng)用于近紅外的有B r u k e r 的MA T R I X 和T h e r m o 的A n t a r i s M X 等少數(shù)產(chǎn)品,可以置于手推車上或車載使用。不同于傳統(tǒng)的時(shí)間調(diào)制型傅里葉光譜儀,還出現(xiàn)了一些靜態(tài)的空間調(diào)制型儀器,它們使用S a g n a c 干涉儀、偏振型干涉儀等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉圖,由線陣探測器進(jìn)行檢測,不再需要移動部件7,8。這類便攜式傅里葉近紅外光譜儀還比較少,已經(jīng)商業(yè)化的有A R C s pe c t r o 的

13、H T -N I R 型光譜儀。如圖2所示,儀器基于偏振干涉原理,使用了雙折射晶體棱鏡作為分光器。儀器結(jié)構(gòu)緊湊,速度快、穩(wěn)定性好,精度小于0. 5F i g .2S p a t i a l s c a n n i n g w i t h b i r e f r i n g e n t e l e m e n t s a n d d e t e c t o r a r r a ys 4892光譜學(xué)與光譜分析第33卷n m,但分辨率(1020n m和信噪比(大于10001都低于傳統(tǒng)傅里葉光譜儀。1.4聲光可調(diào)濾波器型聲光可調(diào)濾波器(a c o u s t oo p t i c a lt u n a

14、 b l ef i l t e r,A O T F應(yīng)用了聲光效應(yīng)。在超聲波作用下晶體的折射率發(fā)生周期性變化,產(chǎn)生與透射光柵相似的效果。由于施加在晶體上的超聲波頻率與所檢測的一級衍射光的波長一一對應(yīng),所以通過改變超聲波頻率可以精確地控制所選擇的波長,而且波長轉(zhuǎn)換的速度非?？?可達(dá)每秒16000個波長。A O T F還具有光通量大的特點(diǎn),有利于提高信噪比。A O T F是適合用于近紅外光譜儀便攜化的單色器,光路全靜態(tài),體積小,穩(wěn)定性高,可以采用一體化全密封設(shè)計(jì)。B r i m r o s e公司對這類近紅外光譜儀的研究比較早,已經(jīng)把成果用在了火星探測車上,并且有多款產(chǎn)品。其中L u m i n a

15、 r 5030為手持式,所有光路被集中在手持的槍式探頭上,并帶有電池和顯示屏,適合移動應(yīng)用。這種儀器精度為0.5 n m,穩(wěn)定性較好,長時(shí)間不超過0.01n m。但A O T F晶體價(jià)格非常昂貴,導(dǎo)致這類便攜式儀器的應(yīng)用受到一定的限制。國內(nèi)多個團(tuán)隊(duì)開發(fā)過使用A O T F的近紅外光譜儀,完成了便攜式儀器的樣機(jī)9-11。1.5使用M E M S技術(shù)的新型光譜儀微機(jī)電(m i c r o e l e c t r o-m e c h a n i c a l-s y s t e m,M E M S技術(shù)的發(fā)展大大促進(jìn)了微型光譜儀的發(fā)展。一方面,在微觀尺度實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的運(yùn)動,可以將光路微型化、芯片化,使有

16、運(yùn)動部件的光路結(jié)構(gòu)也適合應(yīng)用在便攜式儀器中,大大提高了儀器的抗干擾能力,同時(shí)減小儀器的體積。另一方面,微觀尺度的物理原理與宏觀世界有很大不同,會出現(xiàn)一些新的效應(yīng),于是出現(xiàn)了一些基于新原理的光譜儀。下面將介紹使用了M E M S技術(shù)的便攜式近外光譜儀。1.5.1微型掃描光柵德國F r a u n h o f e r實(shí)驗(yàn)室將光柵、掃描旋轉(zhuǎn)裝置集成在一個芯片上,代替?zhèn)鹘y(tǒng)光柵掃描式光譜儀中的掃描光柵12。光柵通過兩個扭轉(zhuǎn)彈簧懸掛在底架上,由靜電力驅(qū)動使光柵鏡面產(chǎn)生周期性擺動,10m s之內(nèi)就可以完成一次全光譜掃描。國內(nèi)重慶大學(xué)也利用自身的微加工技術(shù)成功研制出類似的掃描光柵微鏡,驅(qū)動方式改為電磁力驅(qū)動,

17、并集成了角傳感器。微型掃描光柵將所有移動部件集成在一個芯片上,掃描速度快、體積小、抗干擾,保持了傳統(tǒng)光柵掃描型光譜儀的優(yōu)點(diǎn),去除了不利于便攜化的因素。H i p e r s c a n公司采用F r a u n h o f e r實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)生產(chǎn)了S G S系列產(chǎn)品13,S G S1900僅重800g,適合隨身攜帶。儀器的分辨率約為10n m,波長穩(wěn)定度小于0.5n m。1.5.2扭轉(zhuǎn)微鏡與微型掃描光柵類似,扭轉(zhuǎn)微鏡也通過扭力梁固定,在驅(qū)動力作用下快速擺動14。微鏡將入射光反射至固定光柵,光柵分光后,由探測器接收。微鏡不斷擺動,光譜也會發(fā)生移動,從而實(shí)現(xiàn)光譜掃描,掃描的速度也比較快。旋轉(zhuǎn)微鏡價(jià)

18、格便宜、技術(shù)比較成熟,有團(tuán)隊(duì)研制了利用旋轉(zhuǎn)微鏡進(jìn)行光譜選擇的微型光譜儀15,16,分辨率15n m,波長精度小于1.5n m,信噪比50001,達(dá)到了實(shí)用要求。1.5.3微鏡陣列微鏡陣列(d i g i t a lm i c r o m i r r o rd e v i c e,D M D芯片上可以集成多達(dá)上百萬個微小反射鏡片,被廣泛應(yīng)用于投影儀中。鏡片可以小角度轉(zhuǎn)動,由靜電力控制保持在正12度或負(fù)12度處。很多研究機(jī)構(gòu)嘗試使用微鏡陣列實(shí)現(xiàn)光譜選通,這類儀器使用固定光柵分光,光柵出射的光照射到D M D芯片上,當(dāng)微鏡轉(zhuǎn)向正12時(shí),會將光反射到探測器上,依次控制每一列微鏡轉(zhuǎn)動,使各單色光依次照射

19、探測器。使用D M D進(jìn)行光譜選擇的儀器,以低成本的D M D芯片和單點(diǎn)探測器代替光柵陣列型光譜儀中的線陣列探測器,成本大大降低。儀器的光路結(jié)構(gòu)比較簡單,容易制作。典型的有華夏科創(chuàng)的H T100型便攜式阿達(dá)瑪變換光譜儀17,儀器使用了100組微鏡進(jìn)行光譜選通,以不同的組合(阿達(dá)瑪模板選通多列微鏡實(shí)現(xiàn)阿達(dá)瑪變換,信噪比要比不使用變換提升很多。波長精度:0.6n m。儀器經(jīng)過各種工業(yè)現(xiàn)場的試驗(yàn),穩(wěn)定性較好。1.5.4F a b r y-P e r o t濾波器F a b r y-P e r o t濾波器利用多光束干涉原理,特定波長的光能夠以極大值透過率通過,其他波長則被阻隔。通過改變共振腔的腔長,

20、從而改變所選定光的波長18。F-P8濾波器已經(jīng)在通訊等領(lǐng)域得到了應(yīng)用,改進(jìn)后可以作為分光元件用于光譜儀。A x s u n的I n t e g r a S p e c系列便攜式近紅外光譜儀使用了高精度的F-P濾波器19。濾波器腔的一面反射鏡固定,另一面反射鏡由靜電力驅(qū)動前后移動。調(diào)整電壓可以改變腔長,波長滿足條件的光通過中間的小孔經(jīng)光纖引出照射樣品,不滿足條件的光大部分被阻隔20。動鏡的直徑只有1m m,而整個光學(xué)平臺包括S L E D光源等部件被封裝在僅14m m長的芯片中,這使得儀器非常緊湊。儀器的波長精確度小于0.025n m,信噪比(250m s,R M S為55001。1.5.5可編

21、程光柵M E M S技術(shù)可以使光柵結(jié)構(gòu)單元根據(jù)程序控制產(chǎn)生預(yù)期的形變,實(shí)現(xiàn)對光柵常數(shù)、閃耀角、槽深等參數(shù)的調(diào)節(jié),改變衍射光的能量分布。多種可編程光柵已經(jīng)被應(yīng)用在便攜式近紅外光譜儀中。P o l y c h r o m i x的m i c r o P HA Z I R系列儀器使用了一種可編程光柵進(jìn)行光譜選擇21。光柵芯片集成了數(shù)千個并列排布的長條形微反射鏡,這些反射鏡組成了100個單元,每個單元有12個反射鏡。如圖3(a所示,各個單元中單數(shù)位的反射鏡可以上下移動,通過改變控制電壓調(diào)整位移量,產(chǎn)生改變反射光和衍射光比例的效果,而最終只有反射光會被探測器接收。儀器使用固定光柵分光,通過控制光柵芯片中

22、不同的單元處于反射狀態(tài),可以改變所選擇的波長。儀器為手持式,自帶電池和L C D屏幕,具有很高的集成度。A R C s p e c t r o的A N I R系列便攜式近紅外傅里葉光譜儀,主要部件采用了縱深可調(diào)的層狀光柵。如圖3(b所示,光柵由并列的長條形反射鏡組成,其中一半的反射鏡是可以移動的。這些動鏡和其他的固定鏡片相間分布的,兩種鏡片的高5892第11期光譜學(xué)與光譜分析度不同,光被反射后產(chǎn)生干涉圖,由單點(diǎn)探測器檢測。層狀光柵可以看成是存在高度差d 的兩個光柵,強(qiáng)度公式為I =I 0s i n K (K 2s i n 2n K s i n 2(K 2c o s 2(2(1其中,K =(a

23、/2s i n ,=(2/,=d (1+c o s +a s i n /2d ,a 為光柵周期,為衍射角。比光柵的強(qiáng)度分布公式多了由高度差d 引起的相移項(xiàng),探測器檢測的是零級衍射,中心位置的光程差為2d ,檢測到的強(qiáng)度為I =I 0c o s 22d(2與使用邁克爾遜干涉儀的傅里葉光譜儀類似,由強(qiáng)度值經(jīng)傅里葉變換得到譜密度。通過靜電力驅(qū)動動鏡統(tǒng)一前后移動,從而完成掃描22,23。光柵芯片僅有5m m 寬,整個儀器也非常緊湊。儀器的波長范圍5002600n m ,分辨率20c m -1,波長精度小于0.5n m ,信噪比(S N R ,5s 為15000 。F i g .3(a M u l t

24、i -l a y e r M E M S c h i p;(b :L a m e l l a r g r a t i n g i n t e r f e r o m e t e r 基于M E MS 技術(shù)的光譜儀體積小、重量輕、性能穩(wěn)定而且速度快、功耗低,非常適合做成便攜式儀器。應(yīng)用于微型光譜儀的M E M S 技術(shù)非常多,還有非常多的團(tuán)隊(duì)在嘗試使用新的光路結(jié)構(gòu),而基于新原理的分光技術(shù)也不斷出現(xiàn)24,25。近紅外光譜分析領(lǐng)域會出現(xiàn)更多這類便攜式產(chǎn)品。2便攜式近紅外光譜儀的外圍部分為了方便移動,便于現(xiàn)場分析使用,滿足各種不同的環(huán)境。便攜式近紅外光譜儀不僅采用更緊湊、更穩(wěn)定的光路結(jié)構(gòu),同時(shí)在操控、

25、顯示、測量等附件方面采取了很多人性化的設(shè)計(jì)。供電方面,便攜式儀器都盡量降低功耗,并使用不同的移動供電方式。很多儀器自帶電池,并有較長的續(xù)航時(shí)間;有些儀器采用U S B 供電或使用車載電源供電,可以脫離市電插座使用。便攜式儀器一般被用于各種分析現(xiàn)場,需要實(shí)時(shí)得出數(shù)據(jù)。有的儀器只負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù),將采集到的數(shù)據(jù)傳送至手提電腦或掌上電腦,利用電腦強(qiáng)大的處理能力配合專門的軟件進(jìn)行光譜分析;專用型儀器一般可以獨(dú)立完成數(shù)據(jù)處理工作,給出特定成分的含量信息,功能比較固定,一般配有小型顯示屏用于顯示結(jié)果;一些功能強(qiáng)大、用途較多的光譜儀將電腦設(shè)計(jì)成儀器的一部分,可定制性強(qiáng),安裝了專業(yè)的光譜分析軟件,可以獨(dú)立完成更復(fù)

26、雜的工作。各種便攜式近紅外光譜儀器為適應(yīng)不同場合、完成不同的檢測工作,檢測樣品的附件采取了多種不同的設(shè)計(jì)。專用型儀器一般采取固定的采樣方式,比如測糧食、油品等都有專門設(shè)計(jì)的樣品池。手持式儀器大部分可以直接通過透射窗進(jìn)行檢測,功能較多的儀器會增加一些探頭和樣品池。很多儀器配有標(biāo)準(zhǔn)的S MA 光纖接口,根據(jù)測量需要可以選擇探頭、樣品池、積分球等測量附件。光纖的使用也促進(jìn)了便攜式近紅外光譜儀向模塊化發(fā)展,很多光譜儀特別是光柵陣列型的儀器,本身被設(shè)計(jì)成波段不同的模塊,不同的光源和各種測量附件通過S MA 接口通用,實(shí)驗(yàn)人員將光譜儀和各種模塊同時(shí)攜帶,根據(jù)現(xiàn)場需要,隨時(shí)更換。3總結(jié)與展望便攜式近紅外光譜

27、儀器種類繁多,采用多種不同的光路結(jié)構(gòu),各種分光原理各有利弊,適合不同的應(yīng)用領(lǐng)域。濾光片型、光柵陣列型、傅里葉變換型等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的儀器目前占主導(dǎo)地位,并且得到不斷的改進(jìn)。隨著M E M S 技術(shù)的發(fā)展,近些年出現(xiàn)了一大批基于這種技術(shù)的新型便攜式近紅外光譜儀,這些儀器集成度非常高,體積小、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,具有很多傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所不具有的優(yōu)勢。M E M S 技術(shù)使很多新奇的想法得以實(shí)現(xiàn),大規(guī)模生產(chǎn)也有利于降低儀器的成本。很多科研機(jī)構(gòu)和高校在將最新的M E M S 技術(shù)應(yīng)用于近紅外光譜儀的開發(fā),很多擁有M E M S 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)也從通訊等行業(yè)進(jìn)入近紅外分析領(lǐng)域,他們共同促進(jìn)了近紅外光譜儀技術(shù)的發(fā)展。這個方向是

28、微型光譜儀的熱點(diǎn),未來隨著技術(shù)的成熟,加工精度的提高,使用M E M S 技術(shù)的便攜式近紅外光譜儀會越來越多。國內(nèi)近紅外光譜儀的研究起步較晚,相比于應(yīng)用研究,儀器的研制與世界先進(jìn)水平差距較大,成熟儀器比較少,中高端儀器基本依賴進(jìn)口。雖然已經(jīng)有幾種商品化的便攜式近紅外光譜儀,但是儀器的類型比較單一,固定光柵陣列檢測型占大多數(shù)。相比國外同類型的光譜儀,各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)比較接近,但是體積偏大,有待優(yōu)化。采用A O T F 等技術(shù)的便攜式光譜儀還處于研發(fā)階段,國內(nèi)有多個團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行研究,有的已經(jīng)試制出了樣機(jī)。對于M E M S 技術(shù),國內(nèi)的研究單位比較多,國家也非常重視,有團(tuán)隊(duì)在嘗試將M E M S 技術(shù)用

29、于近紅外光譜儀,研究水平也從簡單仿制漸漸提升到自主創(chuàng)新的高度,但是還處于研發(fā)階段。近紅外儀器的研制還受到材料、先進(jìn)制造技術(shù)等方面技術(shù)水平的限制,很多關(guān)鍵部件還無法制造,這一問題的解決有賴于國家層面針對科學(xué)儀器的發(fā)展規(guī)劃,科學(xué)儀器研制水平的整體提高。國家重大儀器專項(xiàng)已經(jīng)明確了近紅外分析儀器這個研究方向,未來近紅外光6892光譜學(xué)與光譜分析第33卷譜儀的研制會得到更大扶持。便攜式近紅外光譜儀被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、制藥、高分子等行業(yè)分散的分析現(xiàn)場中。很大程度上提高了檢測效率,節(jié)省了檢測成本,是非常重要的一類快速檢測儀器。是近紅外光譜儀發(fā)展的一個重要方向。這類儀器的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大,有很大需求,將擴(kuò)展

30、到醫(yī)療、海關(guān)、質(zhì)監(jiān)等領(lǐng)域。因此要推動科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)合作,研發(fā)適合國內(nèi)使用的各種便攜式近紅外光譜儀器,并盡快產(chǎn)業(yè)化。R e f e r e n c e s1w w w.z e l t e x .c o m.2Q I N J i e -y u ,L U O C h o n g -t a i ,MA M i a n -j u n ,e t a l (秦潔玉,羅崇泰,馬勉軍,等.O p t i c a l T e c h n i q u e (光學(xué)技術(shù),2006,32(8:236.3w w w.j d s u .c o m /P r o d u c t L i t e r a t u r e /m i

31、 c r o n i r 1700-s p e c t r o m e t e r -d s -c o -a e .pd f .4Z H E N G Z h i -z h o n g,C H E N C h u n -x i a ,X I U L i a n -c u n (鄭志忠,陳春霞,修連存.M o d e r n S c i e n t i f i c I n s t r u m e n t s (現(xiàn)代科學(xué)儀器,2008,(2:25.5w w w.b w t e k .c o m /pr o d u c t s /s o l -1-7.6w w w.f o s s .d k /i n

32、d u s t r y -s o l u t i o n /pr o d u c t s /i n f r a t e c -s o f i a .7L U W a n -z h e n (陸婉珍.M o d e r n N e a r I n f r a r e d S p e c t r o s c o p y A n a l y t i c a l T e c h n o l o g y (現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù).2n d e d (第2版.B e i j i n g:C h i n a P e t r o c h e m i c a l P r e s s (北京:中國石化出版社,20

33、06.117.8Z H E N G Y u -q u a n ,Y U B i n g -x i (鄭玉權(quán),禹秉熙.J o u r n a l o f R e m o t e S e n s i n g(遙感學(xué)報(bào),2002,6(1:75.9G A O M i n g -h u i ,L I N J i e -q i o n g ,L I A N F e n g -h u i ,e t a l (高明輝,林潔瓊,廉鳳慧,等.J o u r n a l o f C h a n g c h u n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y N a t u

34、 r a l S c i e n c e E d i t i o n (長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,2008,29(3:314.10B I W e i -h o n g ,T A N G Y u -j u n ,Y A N G X i a o -l i ,e t a l (畢衛(wèi)紅,唐予軍,楊小莉,等.S e m i c o n d u c t o r O pt o e l e c t r o n i c s (半導(dǎo)體光電,2005,26(3:264.11C HA N G M i n ,Z HA N G X u e -d i a n ,L I C h a o -y a n g ,e t a l

35、(常敏,張學(xué)典,李朝陽,等.M o d e r n I n s t r u m e n t s (現(xiàn)代儀器,2004,(3:40.12S c h e n k H ,D u r r P ,H a a s e T ,K u n z e D ,e t a l .J o u r n a l o f S e l e c t e d T o p i c s i n Q u a n t u m E l e c t r o n i c s ,2000,6(5:715.13w w w.h i pe r s c a n .c o m.14Y A N G M e i ,HA N X i a n g ,L I N C

36、 h u a n -l i ,e t a l (楊梅,韓翔,林川力,等.N a n o t e c h n o l o g y a n d P r e c i s i o n E n g i n e e r i n g (納米技術(shù)與精密工程,2006,4(4:326.15HU F a n g -q i a n g ,L I S h e n g (胡方強(qiáng),李晟.I n s t r u m e n t a t i o n T e c h n o l o g y(儀表技術(shù),2012,(12:21.16S U L e i -l o n g ,J I A N G S h u -b o ,C H E N G M i n g -x i a o ,e t a l (蘇雷龍,蔣書波,程明霄,等.T r a n s d u c e r a n d M i c r o s y s t e m T e c h n o l o gi e s (傳感器與微系統(tǒng),2011,30(10:120.17L E I M e n g,F E N G