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基本信息
- 項目名稱：
- CCD型近紅外光譜儀
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 光源所發(fā)出的光經(jīng)過光譜儀狹縫入射到光柵單色儀的光柵上，被光柵分成多條光譜譜線，成像在光譜探測器的焦面上。通過產(chǎn)生的CCD驅(qū)動電路、集成運放組成的信號處理電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最后將數(shù)據(jù)通過接口送入計算機，用上層測控軟件進(jìn)行進(jìn)一步的處理、存儲、計算等。
- 詳細(xì)介紹：
- 光源所發(fā)出的光經(jīng)過光譜儀狹縫入射到光柵單色儀的光柵上，被光柵分成多條光譜譜線，成像在光譜探測器的焦面上。通過產(chǎn)生的CCD驅(qū)動電路、集成運放組成的信號處理電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最后將數(shù)據(jù)通過接口送入計算機，用上層測控軟件進(jìn)行進(jìn)一步的處理、存儲、計算等。 光譜儀器是進(jìn)行光譜研究和物質(zhì)的光譜分析的裝置。它的基本作用是測定被研究的物質(zhì)發(fā)射的、吸收的、散射的或受激發(fā)射的熒光等的光譜組成，包括它的波長、強度與輪廓等。為此光譜儀應(yīng)該具有的功能是： 1.把被研究的光信號按波長或波數(shù)分解開來； 2.測定各波長的光所具有的能量，得到能量按波長的分布； 3.把分解開的光波及其強度按波長或波數(shù)分布顯示，記錄下來，得到光譜圖。 要具備上述功能，基于CCD的近紅外光譜儀的基本組成有：光源、測樣器件、分光系統(tǒng)、測控系統(tǒng)。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、設(shè)計與發(fā)明目的 本研究成果的應(yīng)用為我國東北地區(qū)大豆樣品品質(zhì)的檢測提供了一種簡單、快速、準(zhǔn)確的手段，有很好的經(jīng)濟效益。 二、基本思路 光譜儀器是進(jìn)行光譜研究和物質(zhì)的光譜分析的裝置。它的基本作用是測定被研究的物質(zhì)發(fā)射的、吸收的、散射的或受激發(fā)射的熒光等的光譜組成，包括它的波長、強度與輪廓等。 三、創(chuàng)新點 ■基于模塊化設(shè)計思想，實現(xiàn)近紅外光譜信號的采集控制以及光源信號的穩(wěn)定控制?；贑CD的便攜式近紅外光譜儀器根據(jù)其功能劃分為光源、單色儀、取樣器、探測器、采集、計算機控制、電源等七大模塊?！鎏岢龌趩纹瑱C的重復(fù)平均的采集方法。CCD采集信號的噪聲大，必須采取消噪措施減小噪聲。 ■采用閉環(huán)系統(tǒng)控制鹵鎢燈光線的穩(wěn)定，通過聚光光路，光纖輸出，實現(xiàn)了光源的穩(wěn)定和便攜。光源模塊自成一體，采用獨立的電路系統(tǒng)保證光源輸出光線的穩(wěn)定，采用聚光光路充分利用其能量并與出光的光纖接口匹配。 四、技術(shù)關(guān)鍵 ■光源系統(tǒng)中，開關(guān)電源的效率和穩(wěn)定性； ■ CCD電荷的轉(zhuǎn)移驅(qū)動，信號的處理; ■ USB2.0的大批量數(shù)據(jù)傳輸。 五、主要技術(shù)指標(biāo) 光源穩(wěn)定性：0.15%；波長范圍：700-1050nm；譜分辨率：≤7.5nm；譜采樣間距固定：0.13nm；測量時間：小于1min；電源：USB接口供電CCD；像素數(shù)：3648；接口：USB2.0。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 一、科學(xué)性：本作品的原理是基于新型的CCD型近紅外光譜儀，該原理的科學(xué)性已經(jīng)前人反復(fù)總結(jié)和驗證，適用于現(xiàn)場檢測大豆品質(zhì)。 二、先進(jìn)性：在分析比較國內(nèi)外現(xiàn)有同類光譜儀儀器基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)討論、論證和咨詢相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥_定總體設(shè)計方案。本作品采用了先進(jìn)的CCD傳感器與數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了測量指標(biāo)的優(yōu)化和測量過程的智能化控制。輕質(zhì)機身及低功耗設(shè)計為長期野外使用提供了便捷和可靠保證。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 在2009年“挑戰(zhàn)杯”吉林省課外科技學(xué)術(shù)作品競賽獲得省一等獎；
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢：近紅外大豆品質(zhì)分析儀用于現(xiàn)場檢測大豆品質(zhì)：蛋白質(zhì)、糖類、脂肪、水分的含量。該項技術(shù)不破壞樣品，不用試劑，不污染環(huán)境；可直接對目標(biāo)進(jìn)行測定；測量精度高，測量速度快；具有投資及操作費用低的優(yōu)點，被譽為“綠色分析技術(shù)的代表”。 適用范圍：為我國東北地區(qū)大豆樣品品質(zhì)的檢測提供了一種簡單、快速、準(zhǔn)確的手段，有很好的經(jīng)濟效益。 推廣前景：由于進(jìn)口儀器昂貴的費用和國內(nèi)儀器無法滿足高指標(biāo)測量的現(xiàn)狀，預(yù)計本作品能以低成本、高性能的優(yōu)勢在國內(nèi)市場推廣，緩解進(jìn)口儀器在國內(nèi)市場占大比重的不良現(xiàn)狀。
同類課題研究水平概述
- 進(jìn)入90年代，國際分析界逐步形成了近紅外光譜分析的熱潮。隨著光纖技術(shù)在近紅外光譜儀上的應(yīng)用，出現(xiàn)了現(xiàn)場光譜技術(shù)，同時基于軟件計算技術(shù)的現(xiàn)代化學(xué)計量學(xué)方法在近紅外光譜數(shù)據(jù)處理上的應(yīng)用,使近紅外光譜在工業(yè)、農(nóng)業(yè)在線分析領(lǐng)域得到很好應(yīng)用，使近紅外光譜從硬件和軟件兩方面步入了一個快速發(fā)展時期。 近紅外大豆品質(zhì)分析儀用于現(xiàn)場檢測大豆品質(zhì)：蛋白質(zhì)、糖類、脂肪、水分的含量。該項技術(shù)不破壞樣品，不用試劑，不污染環(huán)境；可直接對目標(biāo)進(jìn)行測定；測量精度高，測量速度快；具有投資及操作費用低的優(yōu)點，被譽為“綠色分析技術(shù)的代表”。本研究成果的應(yīng)用為我國東北地區(qū)大豆樣品品質(zhì)的檢測提供了一種簡單、快速、準(zhǔn)確的手段，有很好的經(jīng)濟效益。 基于近紅外光譜儀器向?qū)Ｓ没?、小型化、固態(tài)化、模塊化和快速實時方向發(fā)展，研制了CCD的近紅外光譜儀測控系統(tǒng)，并且與其組合的分光系統(tǒng)無機械移動，采集時間短，適合于野外快速測試。通過調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品，查閱相關(guān)研究所的最新成果，提出了使用閉環(huán)控制的光源技術(shù)，解決了光源的測試過程中不穩(wěn)定的問題；與單色儀結(jié)合，是適用于野外的便攜式光柵掃描型近紅外光譜測試儀。 針對目前光源產(chǎn)品的缺點和近紅外光譜儀光源的需要，提出了的專利申請——“便攜式近紅外光源裝置”。專利采用鹵鎢燈作為光源，電路部分采用閉環(huán)控制電路控制光功率，光路部分采用聚焦光路充分利用光能。整體框圖如圖2所示。閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計提高了光源的穩(wěn)定性；采用鋁作為外殼材料，利于散熱；簡單的光路設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊、牢固；整體設(shè)計使裝置攜帶方便，既適用于實驗室，也非常適用于野外實驗。
