機(jī)械社區(qū)

食物和飲料成份分析是工業(yè)處理領(lǐng)域的一個重要部分。為了安全和分級，安裝在生產(chǎn)線上的光譜儀器用來執(zhí)行這個總是如此昂貴而麻煩的步驟。但是現(xiàn)在，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）經(jīng)改進(jìn)并簡化了光譜法，使之在工業(yè)生產(chǎn)中的成本效益比更高。

去年，Polychromix推出了其可編程式數(shù)字變換光譜儀(DTS)。借助于MEMS衍射光柵光束原理，這種低成本的近紅外(NIR)光譜儀正推動著食物處理領(lǐng)域的革命。(如圖1)

最初Polychromix是在國防高級研究計劃局的資助下，出于化工用途而開發(fā)這一儀器的。由Honeywell研究實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院開展的研究最終促成了DTS的開發(fā)問世。這支工程團(tuán)隊(duì)由MEMS的先驅(qū)麻省理工學(xué)院高級教授Stephen Senturia領(lǐng)導(dǎo)(Senturia同時還是Polychromix的創(chuàng)始人、總工程師和董事長)。

生乳的成分分析，如脂肪、固態(tài)非脂肪、蛋白質(zhì)等等，是一項(xiàng)典型的飲料分析。一些近紅外生乳分析光譜儀采用的是交換式近紅外光譜學(xué)技術(shù)，例如檢測陣列。一般來說，這些要花費(fèi)多達(dá)40000美元，而Polychromix的DTS系統(tǒng)的花費(fèi)只在7199到10999美元之間。

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其它光譜儀經(jīng)常采用的是一個昂貴的二極管陣列，而DTS所用的是一個低成本的單極管陣列和一個可編程式光學(xué)調(diào)制器(如圖2)。它能夠分析不同的奶類，不管其來源如何。測量探針和安裝在生產(chǎn)線上的DTS相連。有設(shè)備監(jiān)控奶的流動，而奶成分的分析則由電腦來完成。(如圖3)

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DTS的工作原理

DTS 的數(shù)千個獨(dú)立移動的衍射光束提供了一個全編程式光學(xué)轉(zhuǎn)換功能(如圖4)。這些光束的移動距離不到1mm。由于沒有移動部分，DTS不受雜散光的影響。其 USB接口支持功率和通信，同時還帶有一個“我的儀器”界面，從而可以通過標(biāo)準(zhǔn)的軟件包來進(jìn)行工作。其界面軟件有幾種運(yùn)行模式，可以通過軟件來選擇和控制。

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其單色模式允許選擇一個濾波通帶或在整個光譜范圍區(qū)掃描單個通帶。由于帶有非色散紅外線(NDIR)模式，因此無法選擇一個通帶過濾器的順序，這就相當(dāng)于一個NDIR過濾器輪。

在化學(xué)計量模式中，用戶可以采用獨(dú)立像素模擬控制來執(zhí)行最適合的多波偏最小二乘加權(quán)，此時輸出和特定種類的集中是成比例的。而數(shù)字轉(zhuǎn)換模式則利用衍射光柵方法的可編程性來執(zhí)行50%吞吐量的編碼方案。

DTS芯片尺寸只有105×85×145mm，功耗低于750 mW。它的其它可運(yùn)用領(lǐng)域包括農(nóng)業(yè)、在線程序控制、取證、醫(yī)藥、航空以及材料厚度層數(shù)測量等。

作者：Roger Allan