NIR-M-F11,1350-2150,是裸板式的SMA905光纖接口模塊,支持USB、UART 通信,配合外置光源、反射探頭或反射式積分球、余弦校正器、比色皿支架等,可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng),用于反射或透射光譜測(cè)量,適合搭建式測(cè)量場(chǎng)景。
NIR-M-F11-C,1350-2150,是裸板模塊的基礎(chǔ)上,增加了保護(hù)殼體,防止液體或手汗接觸到電路板,對(duì)于非集成用戶,如實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量非常實(shí)用。
一、產(chǎn)品特點(diǎn)
- SMA905光纖接口,靈活搭建光路。配合外置光源、反射探頭或積分球、比色皿支架等,可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng)。
- 超小體積,便于集成。僅掌心大小,便于微型透射測(cè)量集成開發(fā),既可開發(fā)帶屏幕顯示設(shè)備,也可以用藍(lán)牙適配開發(fā)手機(jī)APP。
- 接口豐富,靈活通信。支持MicroUSB、Uart、藍(lán)牙等通信方式,可適配電腦、嵌入式板、單片機(jī)、手機(jī)等使用場(chǎng)景。
- 全面SDK適配,自由選擇開發(fā)平臺(tái)。支持Windows(C++、C#、Labview、Matlab、Qt)、Linux、Android、Keil單片機(jī)等各種開發(fā)平臺(tái)和語(yǔ)言。
二、應(yīng)用場(chǎng)景
三、技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目 | 參數(shù) | 描述 |
---|---|---|
產(chǎn)品型號(hào) | NIR-M-F11 | SMA905接口光纖型光纖儀 |
波長(zhǎng)范圍 | 1350-2150nm | 近紅外常用波長(zhǎng)或波數(shù)表示范圍 |
光學(xué)分辨率 | Typ. 12 nm, Max. 14 nm | 常用峰值波長(zhǎng)半高寬表示 |
波長(zhǎng)精度 | Typ.±1 nm, Max.±2 nm | 測(cè)量峰值與校準(zhǔn)樣品峰值的波長(zhǎng)偏差 |
信噪比 | 6000:1 | 滿量程相對(duì)強(qiáng)度值與系統(tǒng)電子噪聲波動(dòng)值的比值 |
狹縫尺寸 | 25um | 光譜儀入光口狹縫,量產(chǎn)內(nèi)置,不可更改 |
通訊接口 | MicroUSB、UART、藍(lán)牙 | MicroUSB直連電腦,Uart用于串口,藍(lán)牙用于手機(jī)APP |
傳感器 | 溫濕度傳感器 | 用于顯示模塊內(nèi)部溫濕度值 |
供電 | 5V-300mA | USB供電、鋰電池供電或外置電源均可 |
四、原理介紹
4.1 化學(xué)原理
當(dāng)紅外光照射物體時(shí),若物體中的分子選擇性吸收某些波長(zhǎng)的光,則會(huì)產(chǎn)生吸收光譜,通過(guò)對(duì)特征光譜進(jìn)行標(biāo)定和建模,可實(shí)現(xiàn)被測(cè)樣品的定性或定量分析。 通常情況下,由分子基頻振動(dòng)產(chǎn)生的吸收光譜在中紅外波段,對(duì)應(yīng)光譜范圍是2.5-25um,對(duì)應(yīng)波數(shù)范圍是4000-400cm-1;而分子振動(dòng)的倍頻或組合頻產(chǎn)生的吸收光譜范圍會(huì)落在近紅外波長(zhǎng),對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍是0.7-2.5um(即700-2500nm),對(duì)應(yīng)波數(shù)范圍是4000-14825cm-1。 有機(jī)化合物中有很多含氫基團(tuán)(X-H),而含氫基團(tuán)的一倍頻位于近紅外區(qū),因此,近紅外測(cè)試效果最好的分子對(duì)象是含氫基團(tuán),主要基團(tuán)如下圖:
4.2 光學(xué)原理
本型號(hào)近紅外光譜模組采用是光柵分光設(shè)計(jì),光經(jīng)過(guò)狹縫(Slit)并準(zhǔn)直(Collimating)照射到光柵(Diffraction)上,由光柵分光后產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的光,并排射到數(shù)字鏡像陣列(DLP)反射鏡,通過(guò)編程控制每個(gè)微型反射鏡,依次把對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光反射到單點(diǎn)InGaAs探測(cè)器上,再由ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并解析成光譜曲線。具體原理圖如下:
該光路最大的優(yōu)勢(shì)是把價(jià)格昂貴的傳統(tǒng)線陣InGaAs探測(cè)器,用價(jià)格便宜的單點(diǎn)探測(cè)器替代,同時(shí)依托臺(tái)灣中強(qiáng)光電在江蘇昆山的投影儀模組精密生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)化,把單價(jià)10萬(wàn)+的近紅外光譜儀,做到單價(jià)1萬(wàn)+,進(jìn)而讓許多用不起的應(yīng)用場(chǎng)景變成了可能。 該光路實(shí)現(xiàn)把光源做了內(nèi)置處理,從而避免了光纖接入和外置光源配備,使得體積變得非常小,很適合于手持設(shè)備集成開發(fā)。
4.3 測(cè)量原理
反射型近紅外光譜儀主要用于接觸式測(cè)量物體的光譜反射率或吸光度。該反射率是基于標(biāo)準(zhǔn)白板作為參考計(jì)算得出,吸光度是由反射率(或透射率)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換后的表達(dá)。
反射率或吸光度的測(cè)量流程如下:
反射率的計(jì)算公式如下:
其中R表示反射率(Reflectance),Sample是指樣品光譜,Reference是指參考光譜。
對(duì)反射率公式作數(shù)學(xué)變換可得到吸光度公式:
對(duì)于精度要求較高的用戶,可以再存儲(chǔ)一次暗背景,用于扣除光譜儀的電子噪聲基線(主要來(lái)自于InGaAs探測(cè)器和電路板),稱為暗背景。在流程圖上增加一個(gè)步驟即可:把光譜儀測(cè)量口避開物體,懸空朝下對(duì)著空氣,點(diǎn)擊測(cè)量,獲取暗背景光譜。
此時(shí)反射率的計(jì)算公式有所變化,具體如下:
其中R表示反射率(Reflectance),Sample是指樣品光譜,Reference是指參考光譜,Dark是暗背景光譜。
對(duì)反射率公式作數(shù)學(xué)變換可得到吸光度公式:
五、產(chǎn)品選型
5.1 按波長(zhǎng)范圍選型
因近紅外光譜儀種類和型號(hào)較多,會(huì)導(dǎo)致缺乏使用經(jīng)驗(yàn)的用戶不知如何選型。波長(zhǎng)范圍是近紅外光譜儀選型時(shí)最重要的指標(biāo),不同范圍差價(jià)非常大。常用紅外光譜儀按照波長(zhǎng)范圍可以分為以下幾類:
波長(zhǎng)范圍 | 探測(cè)器類型 | 特點(diǎn) | 分子振動(dòng)頻 |
---|---|---|---|
700-1100nm | 硅元素(Si) | 價(jià)格便宜,范圍短窄,有機(jī)分子識(shí)別能力能力差 | 多倍頻/混合頻 |
900-1700nm | 銦鎵砷(InGaAs) | 價(jià)格適中,范圍適中,有機(jī)分子識(shí)別能力適中 | 一倍頻/混合頻 |
900-2500nm | 銦鎵砷(InGaAs) | 價(jià)格較貴,范圍較廣,有機(jī)分子識(shí)別能力強(qiáng) | 一倍頻/混合頻 |
2.5um-25um | 銻砷銦(InAsSb) | 價(jià)格非常貴,體積大,有機(jī)分子識(shí)別能力非常強(qiáng) | 基頻 |
5.2 按預(yù)算價(jià)格范圍選型
紅外光譜儀不同原理和波長(zhǎng)范圍的價(jià)格差異很大,根據(jù)采購(gòu)預(yù)算,可以按照價(jià)格差異作如下分類:
波長(zhǎng)范圍 | 探測(cè)器類型 | 預(yù)算范圍 |
---|---|---|
700-1100nm | 線陣或面陣CCD型 | 1-5萬(wàn) |
900-1700nm | DMD+單點(diǎn)InGaAs型 | 1-2萬(wàn) |
900-1700nm | 線陣InGaAs型 | 8-18萬(wàn) |
1350-2150nm | DMD+單點(diǎn)InGaAs型 | 4-6萬(wàn) |
900-2500nm | 線陣InGaAs型 | 20-30萬(wàn) |
2.5-25um | 傅里葉紅外 | 20-50萬(wàn) |
5.3 按測(cè)量光路場(chǎng)景選型
根據(jù)實(shí)際測(cè)量時(shí)使用的光路場(chǎng)景,如反射光路、透射光路或自行搭建光路,可選擇不同類型的光譜儀或模塊。下面僅對(duì)譜研互聯(lián)提供的各種型號(hào)進(jìn)行對(duì)比介紹:
反射型 NIR-M-R2
900-1700nm,內(nèi)置光源,裸板反射模塊,支持USB、UART 和藍(lán)牙通訊(需另配藍(lán)牙模塊),常用于手持設(shè)備開發(fā),適用于接觸式反射光譜測(cè)量
透射型 NIR-M-T1
900-1700nm,透射型,內(nèi)置光源和準(zhǔn)直鏡,裸板透射模塊,支持USB、UART 通信,用于溶液的光譜透射率測(cè)量,可實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶液快速定性和定量分析。
光纖型 NIR-M-F1
900-1700nm,光纖型,裸板光纖接口模塊,支持USB、UART 通信,SMA905 光纖接口,配合外置光源、反射探頭或反射式積分球、余弦校正器、比色皿支架等,可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng),用于反射或透射光譜測(cè)量,適合搭建式測(cè)量場(chǎng)景。
反射型 NIR-R210
900-1700nm,反射型,內(nèi)置鋰電池和藍(lán)牙模組,鋁合金殼體,支持LOGO 定制,支持USB、UART 和藍(lán)牙通訊,常用于手持設(shè)備開發(fā),適用于接觸式反射光譜測(cè)量。
透射型 NIR-M-T1-C
900-1700nm,透射型,帶殼體,內(nèi)置光源和準(zhǔn)直鏡,支持USB、UART 通信,用于溶液的光譜透射率測(cè)量,可實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶液快速定性和定量分析。
透射型 NIR-M-F1-C
900-1700nm,光纖型,帶殼體,支持USB、UART 通信,SMA905 光纖接口,配合外置光源、反射探頭或反射式積分球、余弦校正器、比色皿支架等,可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng),用于反射或透射光譜測(cè)量,適合搭建式測(cè)量場(chǎng)景。
反射型 NIR-M-R11
1350-2150nm,反射型,InGaAs 探測(cè)器,內(nèi)置四只鹵素?zé)簦С諹SB、UART 通信,常用于手持設(shè)備開發(fā),適用于接觸式反射光譜測(cè)量
透射型 NIR-M-F11
1350-2150nm,光纖型,裸板光纖接口模塊,支持USB、UART 通信,SMA905 光纖接口,配合外置光源、反射探頭或反射式積分球、余弦校正器、比色皿支架等,可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng),用于反射或透射光譜測(cè)量,適合搭建式測(cè)量場(chǎng)景。
透射型 NIR-M-T11
1350-2150nm,透射型,內(nèi)置光源和準(zhǔn)直鏡,裸板透射模塊,支持USB、UART 通信,用于溶液的光譜透射率測(cè)量,可實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶液快速定性和定量分析.
反射型 NIR-R310L
1350-2150nm,反射型,InGaAs 探測(cè)器,內(nèi)置四只鹵素?zé)?,?nèi)置鋰電池和藍(lán)牙模組,鋁合金殼體,支持LOGO 定制,支持USB、UART 和藍(lán)牙通訊,常用于手持設(shè)備開發(fā),適用于接觸式反射光譜測(cè)量。
光纖型 NIR-M-F11-C
1350-2150nm,光纖型,帶殼體,支持USB、UART 通信,SMA905 光纖接口,配合外置光源、反射探頭或反射式積分球、余弦校正器、比色皿支架等,可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng),用于反射或透射光譜測(cè)量,適合搭建式測(cè)量場(chǎng)景。
透射型 NIR-M-T11-C
1350-2150nm,透射型,帶殼體,內(nèi)置光源和準(zhǔn)直鏡,支持USB、UART 通信,用于溶液的光譜透射率測(cè)量,可實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶液快速定性和定量分析。
六、訂購(gòu)信息
6.1 僅需要光譜儀或模塊用于集成或測(cè)試
對(duì)于僅用于集成,或自己做殼體的用戶,可直接購(gòu)買光纖型近紅外模塊,型號(hào)為NIR-M-F11。對(duì)于日常做測(cè)試的用戶,推薦采購(gòu)帶殼體模塊,型號(hào)為NIR-M-F1-C,可以避免濺水或手汗引發(fā)電路損壞。其中帶殼體的NIR-M-F11-C支持用戶自定義LOGO和型號(hào)。
產(chǎn)品名稱 | 型號(hào) | 數(shù)量 | 單價(jià) | 金額 |
---|---|---|---|---|
光纖型近紅外光譜模塊 | NIR-M-F11 | 1 | 42350 | 42350 |
光纖型近紅外光譜儀 | NIR-M-F11-C | 1 | 43450 | 43450 |
6.2 LED波長(zhǎng)測(cè)量光路
本光路用于近紅外LED的中心波長(zhǎng)和半高寬測(cè)試,具有極高的性價(jià)比,但由于分辨率僅有8-10nm,不適用于對(duì)分辨率要求很高的激光器半高寬測(cè)試。若需要對(duì)LED的光功率進(jìn)行測(cè)試,需要對(duì)該積分球光路做輻射定標(biāo),即把光譜儀測(cè)得的相對(duì)光譜值轉(zhuǎn)為絕對(duì)光功率值,再計(jì)算總功率。輻射定標(biāo)服務(wù)一般由中國(guó)計(jì)量院或各地計(jì)量院提供,屬于收費(fèi)項(xiàng)目。
產(chǎn)品名稱 | 型號(hào) | 數(shù)量 | 單價(jià) | 金額 |
---|---|---|---|---|
光纖型近紅外光譜模塊 | NIR-M-F11-C | 1 | 43450 | 43450 |
積分球 | SP-T36 | 1 | 1200 | 1200 |
近紅外光纖 | FB-N600-1M-PV | 1 | 680 | 680 |
合計(jì) | 45330 |
6.3 液體透射光路
在以油品為代表的有機(jī)溶液分析中,最常采用的是比色皿支架光路,取適量溶液放在比色皿中,再把比色皿放置到支架內(nèi),進(jìn)行透射率或吸光度測(cè)量??筛鶕?jù)樣品量,選擇標(biāo)準(zhǔn)10MM或微量比色皿。比色皿至少備2只,一個(gè)不裝樣品,用于存參考光譜;一個(gè)用于裝樣品,用于測(cè)樣品光譜。
產(chǎn)品名稱 | 型號(hào) | 數(shù)量 | 單價(jià) | 金額 |
---|---|---|---|---|
光纖型近紅外光譜模塊 | NIR-M-F11-C | 1 | 43450 | 43450 |
近紅外光源 | LS-HM-P1 | 1 | 2800 | 2800 |
液體比色皿支架 | PD-LT-L10 | 1 | 2600 | 2600 |
近紅外光纖 | FB-N600-1M-PV | 2 | 680 | 1360 |
合計(jì) | 50210 |
6.4 固體透射光路
對(duì)于濾光片、鍍膜、鏡片、透明塑料等固體薄片樣品的透射率或吸光度測(cè)量,需要用固體透射支架搭建透射光路。 該光路有兩種方式。一種是準(zhǔn)直鏡發(fā)射、準(zhǔn)直鏡接收光路,適用于光源較弱或透射率較低的場(chǎng)景;一種是準(zhǔn)直鏡發(fā)射、積分球接收光路,適用于光源較強(qiáng)或透射率較高的場(chǎng)景。
準(zhǔn)直鏡發(fā)射----準(zhǔn)直鏡接收透射光路
產(chǎn)品名稱 | 型號(hào) | 數(shù)量 | 單價(jià) | 金額 |
---|---|---|---|---|
光纖型近紅外光譜模塊 | NIR-M-F11-C | 1 | 43450 | 43450 |
近紅外光源 | LS-HM-P1 | 1 | 2800 | 2800 |
固體透射支架 | PD-ST-H330 | 1 | 3200 | 3200 |
近紅外光纖 | FB-N600-1M-PV | 2 | 680 | 1360 |
合計(jì) | 50810 |
準(zhǔn)直鏡發(fā)射----積分球接收透射光路
產(chǎn)品名稱 | 型號(hào) | 數(shù)量 | 單價(jià) | 金額 |
---|---|---|---|---|
光纖型近紅外光譜模塊 | NIR-M-F11-C | 1 | 43450 | 43450 |
近紅外光源 | LS-NIR100 | 1 | 5600 | 5600 |
固體透射支架 | PD-ST-H330 | 1 | 3200 | 3200 |
積分球 | SP-T36 | 1 | 1200 | 1200 |
近紅外光纖 | FB-N600-1M-PV | 2 | 680 | 1360 |
合計(jì) | 54810 |
七、典型光譜
近紅外光譜最常使用的是吸光度模式,如何由原始光譜圖計(jì)算得出吸光度,可參見第四章第3節(jié)測(cè)量原理。對(duì)于透明樣品,最好是墊上白板,把透過(guò)的光再反射回樣品并進(jìn)入光譜儀測(cè)量口,以增加光穿過(guò)樣品的光程。在大多數(shù)反射測(cè)量中,光譜數(shù)據(jù)的絕對(duì)吸光度不宜直接使用,應(yīng)先做歸一化等預(yù)處理。