微光谱数据采集系统研究

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光谱仪器是光谱学与光谱分析最重要的分析工具之一,它利用物质的光谱特征对物质成分、含量进行定性和定量分析,在地质、冶金、石油、生物、及食品等领域应用广泛。微型化光纤光谱仪的研究,使得光谱检测技术由实验室走向生产现场,广泛地被集成并应用到现场或原位检测仪器中。微光谱检测系统(?-spectroscopy)基于传统光谱仪的基本原理,采用MEMS加工工艺,以体积微小型化、光栅检测器固态化、光电信号输出数字化为创新点,适用于颜色分析、食品质量检测、水质分析等众多应用领域。本文首先论述了微型化光谱仪器的结构和最新技术进展,开展了芯片型光谱仪C12880MA的硬件电路驱动设计、软件控制设计以及系统结构设计三个方面的研究工作。采用芯片型光谱仪,在很大程度上减小了硬件电路的尺寸,满足了系统的微小型化设计的要求。基于Labview实现了系统的数据通信和光谱测量。其次,本文所设计的光谱采集系统,经实验测定其波长范围、光强稳定性、光度准确度、光度重复性、波长准确度、波长重复性以及分辨率等相关工作性能参数。实验结果表明,本文所设计的微光谱数据采集系统性能可靠、体积微小,反应灵敏度高,光度重复性好。最后,课题开展了微光谱数据采集系统在食品检测中的实验研究。分别对食品中调料酱油、食醋、纯牛奶等进行了光谱测定。实验结果表明该系统能够快速地采集到各种样本的光谱数据,比较发现了食品中脂肪含量差异在光谱特征上的表现。总之,本文基于光谱检测的原理和微型化技术的要求,设计研制的微光谱检测系统,具备光谱范围宽、响应速度快、稳定性好、体积小等优点,可方便地用于食品、医疗设备等领域的实时在线光谱测量领域。
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