基本信息
- 项目名称：
- CCD型近红外光谱仪
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 光源所发出的光经过光谱仪狭缝入射到光栅单色仪的光栅上，被光栅分成多条光谱谱线，成像在光谱探测器的焦面上。通过产生的CCD驱动电路、集成运放组成的信号处理电路、数据采集系统，最后将数据通过接口送入计算机，用上层测控软件进行进一步的处理、存储、计算等。
- 详细介绍：
- 光源所发出的光经过光谱仪狭缝入射到光栅单色仪的光栅上，被光栅分成多条光谱谱线，成像在光谱探测器的焦面上。通过产生的CCD驱动电路、集成运放组成的信号处理电路、数据采集系统，最后将数据通过接口送入计算机，用上层测控软件进行进一步的处理、存储、计算等。 光谱仪器是进行光谱研究和物质的光谱分析的装置。它的基本作用是测定被研究的物质发射的、吸收的、散射的或受激发射的荧光等的光谱组成，包括它的波长、强度与轮廓等。为此光谱仪应该具有的功能是： 1.把被研究的光信号按波长或波数分解开来； 2.测定各波长的光所具有的能量，得到能量按波长的分布； 3.把分解开的光波及其强度按波长或波数分布显示，记录下来，得到光谱图。 要具备上述功能，基于CCD的近红外光谱仪的基本组成有：光源、测样器件、分光系统、测控系统。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、设计与发明目的 本研究成果的应用为我国东北地区大豆样品品质的检测提供了一种简单、快速、准确的手段，有很好的经济效益。 二、基本思路 光谱仪器是进行光谱研究和物质的光谱分析的装置。它的基本作用是测定被研究的物质发射的、吸收的、散射的或受激发射的荧光等的光谱组成，包括它的波长、强度与轮廓等。 三、创新点 ■基于模块化设计思想，实现近红外光谱信号的采集控制以及光源信号的稳定控制。基于CCD的便携式近红外光谱仪器根据其功能划分为光源、单色仪、取样器、探测器、采集、计算机控制、电源等七大模块。■提出基于单片机的重复平均的采集方法。CCD采集信号的噪声大，必须采取消噪措施减小噪声。 ■采用闭环系统控制卤钨灯光线的稳定，通过聚光光路，光纤输出，实现了光源的稳定和便携。光源模块自成一体，采用独立的电路系统保证光源输出光线的稳定，采用聚光光路充分利用其能量并与出光的光纤接口匹配。 四、技术关键 ■光源系统中，开关电源的效率和稳定性； ■ CCD电荷的转移驱动，信号的处理; ■ USB2.0的大批量数据传输。 五、主要技术指标 光源稳定性：0.15%；波长范围：700-1050nm；谱分辨率：≤7.5nm；谱采样间距固定：0.13nm；测量时间：小于1min；电源：USB接口供电CCD；像素数：3648；接口：USB2.0。
科学性、先进性
- 一、科学性：本作品的原理是基于新型的CCD型近红外光谱仪，该原理的科学性已经前人反复总结和验证，适用于现场检测大豆品质。 二、先进性：在分析比较国内外现有同类光谱仪仪器基础上，经过反复讨论、论证和咨询相关领域专家，确定总体设计方案。本作品采用了先进的CCD传感器与数字控制技术相结合，实现了测量指标的优化和测量过程的智能化控制。轻质机身及低功耗设计为长期野外使用提供了便捷和可靠保证。
获奖情况及鉴定结果
- 在2009年“挑战杯”吉林省课外科技学术作品竞赛获得省一等奖；
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 一次性转让
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：近红外大豆品质分析仪用于现场检测大豆品质：蛋白质、糖类、脂肪、水分的含量。该项技术不破坏样品，不用试剂，不污染环境；可直接对目标进行测定；测量精度高，测量速度快；具有投资及操作费用低的优点，被誉为“绿色分析技术的代表”。 适用范围：为我国东北地区大豆样品品质的检测提供了一种简单、快速、准确的手段，有很好的经济效益。 推广前景：由于进口仪器昂贵的费用和国内仪器无法满足高指标测量的现状，预计本作品能以低成本、高性能的优势在国内市场推广，缓解进口仪器在国内市场占大比重的不良现状。
同类课题研究水平概述
- 进入90年代，国际分析界逐步形成了近红外光谱分析的热潮。随着光纤技术在近红外光谱仪上的应用，出现了现场光谱技术，同时基于软件计算技术的现代化学计量学方法在近红外光谱数据处理上的应用,使近红外光谱在工业、农业在线分析领域得到很好应用，使近红外光谱从硬件和软件两方面步入了一个快速发展时期。 近红外大豆品质分析仪用于现场检测大豆品质：蛋白质、糖类、脂肪、水分的含量。该项技术不破坏样品，不用试剂，不污染环境；可直接对目标进行测定；测量精度高，测量速度快；具有投资及操作费用低的优点，被誉为“绿色分析技术的代表”。本研究成果的应用为我国东北地区大豆样品品质的检测提供了一种简单、快速、准确的手段，有很好的经济效益。 基于近红外光谱仪器向专用化、小型化、固态化、模块化和快速实时方向发展，研制了CCD的近红外光谱仪测控系统，并且与其组合的分光系统无机械移动，采集时间短，适合于野外快速测试。通过调研国内外相关产品，查阅相关研究所的最新成果，提出了使用闭环控制的光源技术，解决了光源的测试过程中不稳定的问题；与单色仪结合，是适用于野外的便携式光栅扫描型近红外光谱测试仪。 针对目前光源产品的缺点和近红外光谱仪光源的需要，提出了的专利申请——“便携式近红外光源装置”。专利采用卤钨灯作为光源，电路部分采用闭环控制电路控制光功率，光路部分采用聚焦光路充分利用光能。整体框图如图2所示。闭环系统的设计提高了光源的稳定性；采用铝作为外壳材料，利于散热；简单的光路设计结构紧凑、牢固；整体设计使装置携带方便，既适用于实验室，也非常适用于野外实验。
