一种基于近红外图像传感器的光谱分析仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于近红外图像传感器的光谱分析仪，包括近红外光源、近红外图像传感器、ADC采样电路、MCU控制器、显示模块、电源电路；所述电源电路为所述近红外图像传感器、ADC采样电路、MCU控制器、显示模块供电；所述MCU控制器分别与所述近红外图像传感器、ADC采样电路、显示模块电连接；所述MCU控制器通过SPI高速协议控制16位DAC输出电压，电压通过射极跟随器对所述近红外光源的电路电流进行增强，以提供所述近红外光源所需的工作电流。本实用新型专利技术具有设备体积小、成本低、检测准确性高，可以高效检测的特点，能够适用于便携性场景，适合大面积推广。适合大面积推广。适合大面积推广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于近红外图像传感器的光谱分析仪


[0001]本技术涉及近红外光谱分析领域，尤其涉及一种基于近红外图像传感器的光谱分析仪。

技术介绍

[0002]光谱分析是一种根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成、结构或者相对含量的方法。传统的红外光谱分析仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析，其通常由光源、单色器、探测器和计算机处理信息系统组成，色散型红外光谱仪和傅里叶变换型红外光谱仪是其中两种类型。色散型红外光谱仪由于机械部件多，仪器抗震性较差，图谱容易受到干扰影响，且检测速度较慢、扩展性能差；傅立叶变换型红外光谱仪虽然分辨率高、检测速度快，但设备体积庞大、成本较高，很难适用便携性场景。此外，现有的光谱分析仪光源的照射强度固定，对于不同厚度的物质可能会因为红外光强度较弱，物质不能很好的被照射并进行吸收而出现检测不准的情况，也降低了检测的准确性。
[0003]鉴于此，本技术提供了一种基于近红外图像传感器的光谱分析仪，其具有设备体积小、成本低、检测准确性高，可以高效检测的特点，能够适用于便携性场景，适合大面积推广。

技术实现思路

[0004]本技术公开了一种基于近红外图像传感器的光谱分析仪，包括近红外光源、近红外图像传感器、ADC采样电路、MCU控制器、显示模块、电源电路；所述电源电路为所述近红外图像传感器、ADC采样电路、MCU控制器、显示模块供电；所述MCU控制器分别与所述近红外图像传感器、ADC采样电路、显示模块电连接；所述MCU控制器通过SPI高速协议控制16位DAC输出电压，电压通过射极跟随器对所述近红外光源的电路电流进行增强，以提供所述近红外光源所需的工作电流。
[0005]现有的光谱分析仪一般采用电源电路对各个组件直接供电，光源也是其中之一，由于电源电路是以固定电压为光源进行供电，这也就使得光源的照射强度固定。然而在对物质进行检测分析时，物质的厚度会有所差别，对于较厚的物质可能会因为红外光强度较弱，物质不能很好的被照射并进行吸收而出现检测不准的情况。
[0006]本技术不采用电源电路为近红外光源供电的方式，而是单独设计了光源的供电电路，通过MCU控制器控制16位DAC输出电压给近红外光源供电，在进行检测分析时，就可以根据待检测物质的厚度，控制输出的电压大小，进而控制光源的照射强度，以保证待检测物质能够更好的吸收红外光，提高了检测的准确性。但由于DAC输出的电压不稳定且驱动能力弱，会导致发出的近红外光不稳定，所以增设了射极跟随器，对光源的电路电流进行增强，以便能稳定的提供近红外光源所需的工作电流，从而确保发光的稳定性，也即保证了光源的照射强度。也正是因为本技术具有的这个特点，也为进行多种类型物质的分析提
供了基础，可适用于塑料、食品、药品、农产品的检测分析。
[0007]更优的，所述近红外光源为光谱范围在700nm
‑
2500nm，输入电压为5V，功率为0.5w的低功耗近红外卤素灯。
[0008]更优的，所述MCU控制器的型号为STM32F4系列，该系列控制器集成了单周期DSP指令和FPU(floating point unit，浮点单元)，提升了计算能力，可以进行一些复杂的计算和控制，且其运行速度可达到168MHz，更快的速度更好的实现了更复杂的算法计算，对于提高本技术的检测速度起到了很大的帮助。
[0009]更优的，所述ADC采样电路的采集芯片型号为ADS8330IBPW，该型号为16位的高精度芯片，通过采用高精度芯片，再加上其高达1MHz的采样速率，以及采用SPI高速协议与MCU控制器进行采样数据交互，可明显提高采样的精度和效率，进而提高本技术的检测精度和检测速度。
[0010]更优的，所述近红外图像传感器为型号为G11508系列的InGaAs图像传感器，所述近红外图像传感器与所述MCU控制器之间通过脉冲信号和控制信号相连接。
[0011]近红外图像传感器是一种将光信号转换成电信号的半导体器件。G11508系列是一款InGaAs线性图像传感器，专为近红外多通道分光光度计而设计，其包括InGaAs光电二极管阵列、电荷放大器、偏移补偿电路、移位寄存器和在CMOS芯片上形成的定时发生器。电荷放大器配置有CMOS晶体管阵列，并被连接到InGaAs光电二极管阵列的每个像素，由于每个像素的信号都是以电荷积分模式读取的，因此该系列InGaAs图像传感器在近红外区域拥有高灵敏度和稳定的工作状态。CMOS芯片上的信号处理电路能够通过借助外部电压使得从两种可用类型中选择合适的转换效率。此外，该系列InGaAs图像传感器在高增益时具有更高的数据速率和更好的线性特性。
[0012]更优的，所述光谱分析仪还包括缓冲放大器组；所述缓冲放大器组包括两个并联的缓冲放大器；所述近红外图像传感器分两路同时输出电信号，每一路连接一个所述缓冲放大器，并通过所述缓冲放大器与所述ADC采样电路连接。
[0013]缓冲放大器电路作为ADC采样电路的前端放大电路，可以实现对近红外图像传感器输出的微小电信号进行缓冲放大，由于近红外图像传感器分两路同时输出电信号，分别为数据起始标志信号(AD_SP)和数据采集同步信号(AD_TRIG)，因此每一路均连接缓冲放大器对电信号进行缓冲放大后再输入至ADC采样电路，ADC采样电路对两路电信号同时进行信号采集。
[0014]更优的，所述缓冲放大器采用低功耗低偏置电压的运算放大器，包括有同相比例放大器和电压跟随器。
[0015]更优的，所述显示模块包括LCD显示屏、LCD屏幕驱动电路和LCD电源；所述LCD电源为所述LCD屏幕驱动电路和LCD显示屏背光提供工作电压，所述LCD屏幕驱动电路作为所述LCD显示屏和所述MCU控制器之间进行数据交互的重要电路。
[0016]本技术通过采用小尺寸的近红外图像传感器，并将近红外光源、ADC采样电路、MCU控制器、显示模块、电源电路等模块小型化，实现将现有的大体积的红外光谱分析仪小型化，使其能够适用于便携性场景。本技术可以控制改变近红外光源的照射强度，使待检测物质能很好的被照射并进行吸收，提高分析仪的检测准确性。进一步的，本技术通过筛选具体型号的MCU控制器和ADC采样电路采集芯片，可以提高分析仪的检测速度和检
测精度，具有高效检测的特点。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的优选实施例，并不对本技术的范围进行限制。附图不按比例(除规定外)，并且旨在结合下面详细描述中的说明来使用。
[0018]图1为本技术的结构示意图；
[0019]图2为本技术的检测分析流程图。
具体实施方式
[0020]为了更好理解本技术
技术实现思路
，下面将结合本技术中的附图提供具体实施例，并结合附图对本技术做进一步的说明。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于近红外图像传感器的光谱分析仪，其特征在于，包括近红外光源、近红外图像传感器、ADC采样电路、MCU控制器、显示模块、电源电路；所述电源电路为所述近红外图像传感器、ADC采样电路、MCU控制器、显示模块供电；所述MCU控制器分别与所述近红外图像传感器、ADC采样电路、显示模块电连接；所述MCU控制器通过SPI高速协议控制16位DAC输出电压，电压通过射极跟随器对所述近红外光源的电路电流进行增强，以提供所述近红外光源所需的工作电流。2.根据权利要求1所述的基于近红外图像传感器的光谱分析仪，其特征在于，所述近红外光源为光谱范围在700nm
‑
2500nm，输入电压为5V，功率为0.5w的低功耗近红外卤素灯。3.根据权利要求2所述的基于近红外图像传感器的光谱分析仪，其特征在于，所述MCU控制器的型号为STM32F4系列。4.根据权利要求3所述的基于近红外图像传感器的光谱分析仪，其特征在于，所述ADC采样电路的采集芯片型号为ADS8330IBPW。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汉德，邢青涛，宁志强，徐佳，黄修彩，符智豪，吴锦华，林正玺，
申请(专利权)人：海南禁塑溯源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：