[发明专利]基于MEMS的便携式近红外光谱检测方法、装置和系统

说明书

本发明具体涉及基于MEMS的便携式近红外光谱检测方法、装置和系统；解决的技术问题为：提供一种检测精度高、成本低，且基于MEMS的便携式近红外光谱检测方法、装置和系统；采用的技术方案为：基于MEMS的便携式近红外光谱检测方法，包括：与客户端建立通信链路；接收客户端发送的开始检测指令；识别待检测样品，得到光谱数据，并将光谱数据通过客户端发送至云端服务器；云端服务器处理光谱数据后得到待检测样品的定量数据；本发明操作简单，检测快速，测定结果准确可靠；适用于检测领域。

技术领域

本发明属于近红外光谱检测的技术领域，具体涉及基于MEMS的便携式近红外光谱检测方法、装置和系统。

背景技术

近红外光谱分析技术(Near Infrared，NIR)是介于可见光(Vis)和中红外(MIR)之间的电磁辐射波，美国材料与试验协会(ASTM)将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人类在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团(OH、NH、CH)振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。

近红外技术是依据某一化学成分对近红外区光谱的吸收特性而进行的定量测定，所以应用NIR光谱进行检测的技术关键就是在两者之间建立一种定量的函数关系。其基本流程包括：首先收集具有代表性的样品(其组成及其变化范围接近于要分析的样品)，然后采集样品的光学数据；利用标准的化学方法对样品进行化学成分测定；通过数学方法将这些光谱数据和检测的数据进行关联，一般将光谱数据进行转换(一阶或二阶导数)，与化学测定值进行回归计算，然后得出定标方程，建立数学模型；在分析未知样品时，先对待测样品进行扫描，根据光谱值利用建立的模型可以计算出待测样品的成分含量。确定回归模型的过程其实就是定标过程，定标的好坏直接关系到分析结果的准确性，因此，定标软件是近红外分析技术的核心。计算得到的定标方程必须通过实际测量调整它的准确性和精确性。精确性是指重复测定时测值间的相近程度。准确性的度量通常用定标方程的预测标准误(SEP)来表示。SEP表示测定值与“真值”间的相近程度。近红外光照射到被测样品后，从样品表面反射出来的光被检测器吸收，此为近红外反射光谱分析法(NIR)。它要求样品的粉碎程度一致，从而保证样品表面光滑一致。另一类为近红外穿过样品后，再被接受检测到，即为近红外投射光谱分析法(NIT)。该法优点是很少或不用制备样品，因此重复性较高，但灵敏度低。现在的近红外光谱仪商品种类较多，主要为傅立叶变换、光栅扫描、声光扫描和光电阵列固定光路型。德国布朗卢比公司(Technicon)生产近红外领域所有类型的仪器，包括滤光片型、光栅扫描型、傅立叶变换、AOTF声光调制近红外等。

由于技术水平的限制、技术瓶颈造就的高成本及检测标准的严格。为保证检测质量，国内外最常见及最普及的近红外检测设备采用傅里叶变换技术，但傅里叶变换技术受时间及位移影响较大，并且近红外检测设备的分光系统需要较大空间，故设备及产品的体积及重量无法变小，大多呈现体积大、重量大、成本高、应用场景局限等缺点。

近几年随着科学技术的不断发展，国内外陆续出现了便携式近红外检测设备。设备由：采集窗口、光源、分光系统、检测器、操作程序及供电系统组成。其中：采集窗口采用光纤或蓝宝石界面、光源采用卤钨灯或LED、分光系统采用光栅或积分球、检测器采用CCD、InGaAs、操作系统采用嵌入式Linux、WinCE、IOS、Android等，供电系统采用USB、锂电池或移动电源等。从应用(客户)的角度来说，近红外检测设备解决的问题在于在不破坏样品的情况下进行样品定性及定量的无损检测。例如烟草或奶粉，定性无损检测的目的在于知道此样品的产地及品牌，起到溯源追踪及样品真假的作用。定量无损检测的目的在于知道此样品的各种成分含量(如总植物碱、总糖等)，经过多次试验及研究，根据上述构造及组成，问题及缺点如下：

1、使近红外光谱令人关注，同时也是使其难以应用的原因是近红外光谱对样品的基体非常敏感。