光谱技术

2010年1月11日，北京理化分析测试技术学会光谱学会在北京天文馆二楼报告厅组织召开了“2009年北京光谱年会”。本届年会共有200余人到场，参会人员主要来自科研院所、大专院校，也有较多质检机构、食品卫生、钢铁等行业的工作人员赴会。 2009年北京光谱年会大会现场 　　两年一度的BCEIA刚刚于2009年11月在北京闭幕，来自国内外的各分析仪器公司在展会上展示了最新产品和技术，所以BCEIA也是分析仪器领域的一次大检阅。本次年会的特点之一是，光谱分析专家们结合BCEIA展出的新产品、新技术，详细盘点了光谱分析仪器及技术的最新进展。钢铁研究总院国家钢铁材料测试中心贾云海研究员、北京化工大学袁洪福教授分别主持上、下午的报告会。 贾云海研究员主持报告会 　　北京光谱学会理事长郑国经教授首先作光谱仪器整个领域的综合评述报告。 郑国经教授 　　郑国经教授在报告中讲到，本届BCEIA最大亮点在于国产仪器的强劲登场。BCEIA2009颁发的14项金奖项目中涉及光谱分析方面的仪器有5项：上海光谱仪器公司的原子吸收分光光度计SP-3880AA，沈阳华光精密仪器公司的原子吸收分光光度计LAB600，北京科创海光仪器公司的全自动双道注射泵原子荧光光度计AFS-9700，北京瑞利分析仪器公司的双光束紫外/可见分光光度计UV-2200，北京聚光世达科技公司的在线近红外分析仪SupNIR-4510，从技术工艺创新程度、技术指标先进程度、市场前景和市场化水平四个方面都有不错的的进步，充分反映了国内厂家在光谱分析仪器上的实力，并且光谱仪器正逐渐向高性能、实用化、小型化方向发展。 　　分子光谱技术进展 　　李昌厚研究员作“紫外可见分光光度计最新进展”报告 李昌厚研究员 　　目前最新的紫外可见分光光度计是PerKinElmer公司的Lambda750(s)和Varian公司的Carry6000i。Lambda750(s)是以积分球作标准检测器，在光学、附件方面都有独到之处；Carry6000i采用InCaAs固体检测器，比PbS检测器的灵敏度高10倍。中国最好的紫外可见分光光度计优于国外同类、同档次的仪器，但与国外产品在工艺、附件、软件上还有差距。 　　紫外可见分光光度计应用最新进展：(1)多组分分析，不经分离直接分析；(2)“高阶张量数据解析方法”问世，主要用于复杂体系成分分析。 　　清华大学周群教授作“拉曼图像系统与中阶梯光栅拉曼光谱仪器进展”报告 周群教授 　　拉曼光谱相关技术近年来发展也很迅速。拉曼图像系统与显微镜的完美结合，使得拉曼光谱对物质的空间结构分布研究成为可能，已成为化学、材料、生物、地质、文物保护及物证分析等研究领域不可或缺的结构鉴定手段之一。HORIBA Jobin Yvon公司推出的两种新技术：一种是全新的成像技术DuoScan和被称为“难以置信的快速扫描”的SWIFT技术，该技术可以保证快速获得高质量的拉曼图像。 　　PerKinElmer公司新推出的RamanStation400型拉曼光谱仪可以同时、快速的提供全波段、高分辨光谱，没有任何可移动的部件。中阶梯光栅拉曼光谱仪还被成功应用在联用技术中，如与差示热扫描技术的联用，可以对化合物相变前后的结构进行分析。 　　北京化工大学袁洪福教授作“便携式分子光谱仪器进展”报告 袁洪福教授 　　由于分子光谱分析具有无损测量、信息丰富和快速等优点非常适合现场质量快速测量。便携式近红外光谱仪应用的最多，其MEMS技术支持的便携式近红外光谱仪具有光明的发展前景，但MEMS芯片本身体积虽然很小，受配备外光路等附属部件体积所限，便携式近红外光谱仪的尺寸还不够理想。 　　便携式拉曼光谱仪的发展得益于CCD检测器和光纤技术的发展，目前市场出现了很多以光纤光栅阵列检测的便携式拉曼光谱仪，其中便携式傅里叶变换拉曼光谱仪具有光明的发展前景。 　　北京大学李娜教授作“荧光光谱仪仪器进展”报告 李娜教授 　　在荧光分析方面，目前一些稳态荧光仪采用了单光子计数，提高了对微弱信号的检测能力；同时一些厂商推出了近红外荧光光谱仪，可将检测波长范围拓展到1700nm；一些仪器更具有稳态和寿命测量的双功能。 　　时间分辨荧光仪技术主要有时间相关单电子计数(TCSPS)技术、频内观测技术、超高速扫描摄像、频率上转换技术以及相调制技术等，高的动态范围和优良的时域线性使得TCSPS成为普遍应用的荧光测量技术。荧光成像中的共聚焦成像技术已经越来越普遍，与荧光寿命测量技术相结合，可以实现荧光寿命成像。 　　原子光谱进展 　　有色金属研究总院的郑永章研究员作“BCEIA2009原子吸收光谱仪展出概况”报告 郑永章研究员 　　2009BCEIA上，原子吸收光谱仪器的参展商有20多家，国内厂商为11家，参展商都有一种或多种型号的仪器展出，并且仪器型号有所更新。新产品和新技术主要有：北京瑞利分析仪器公司新推出的便携式WFX-910原子吸收光谱仪，该仪器以锂电池为动力，一只锂电池可持续工作6小时，总重量只有18Kg，是针对环境、食品等样品中As、Cd、Pd等有害元素分析而设计。获得BCEIA2009年度金奖的沈阳华光精密仪器公司的原子吸收分光光度计LAB600，具有紫外可见分光光度计的功能，并且火焰原子化器的燃烧器与电热氢化物原子化器形成一体，方便切换。上海光谱仪器公司开发出同时完成交、直流磁场校正背景技术，这项技术的应用对于提高背景校正的正确性、准确度和精密度，以及特定背景的形态研究都有重要意义。 　　矿冶研究总院符斌研究员作“便携式XRF光谱仪应用动态”报告 符斌研究员 　　能量色散XRF近年来非常活跃，在有害物质检测、矿物质快速检测、质量控制等方面都有广泛应用。目前生产手持式XRF分析仪的厂商主要有6家，江苏天瑞仪器公司、赛默飞世尔科技-尼通、美国伊诺斯、英国牛津、德国布鲁克、美国斯派克。 　　目前的手持式XRF分析仪基本上都是能量色散型X射线荧光光谱仪(EDXRF)。激发源主要为小型X射线管，耗能很低，通常仅为40kv/50～80µ A，因此可以用锂电池供电，一般用于便携式XRF的锂电池可连续工作4小时。目前主要的探测器有纯硅探测器Si-PIN、硅锂漂移探测器Si(Li)、硅漂移探测器(SDD),其中SDD的性能极为优异，能量分辨本领和高计数率性能是所有半导体探测器中最好的，是Si-PIN和Si(Li)的换代产品。 　　清华大学辛仁轩教授作“等离子体光谱仪发展动态”报告 辛仁轩教授 　　ICP光谱仪器的发展正处在相对稳定时期，但在样品分析的实用性方面也出现了许多改进，例如(1)仪器稳定性有明显提高 (2)覆盖的波长范围逐渐扩大 (3)近红外区和真空紫外区检出限有很大改进 (4)高频电源采用自激发器逐渐增加，全固态高频发生器逐渐普及，仪器结构更加紧凑 (5)双向观测，互相取长补短 (6)多谱线拟合扣除光谱干扰、数据自动判别、自动波长选择等软件性能扩大 (7)多种附件可选，扩大了应用范围。 　　本次BCEIA上，国产ICP光谱仪器批量涌现，并且技术有许多改进。如：北京科创海光仪器公司的SPS8000和WLY100-2，北京瑞利分析仪器公司的WLD-2C，北京纳克公司的Plazma-1000，江苏天瑞仪器公司的FWS-1000等。国产ICP光谱仪的分光系统普遍采用平面光栅、凹面光栅、中阶梯交叉色散光栅这三种类型。仪器在稳定性、局部恒温、高频电源性能方面都有所提高 部分仪器配用了全固体高频电源。 　　钢铁研究总院国家钢铁材料测试中心余兴研究员作“辉光放电光谱仪新进展”报告 余兴研究员 　　在本次BCEIA上，除了传统的三家辉光放电光谱仪(GD-OES)国外仪器厂商外，国内仪器厂商也首次推出了国产的GD-OES。如：北京纳克分析仪器有限公司推出了首台国产的GDL750型辉光放电光谱仪，该仪器采用先进的辉光放电直流恒流源技术，可进行长时间稳定的样品溅射。HORIBA Jobin Yvon公司开发了一种用于热处理工艺中对场频质量评估、快速分析的辉光放电光谱仪(GD-Profiler HTP)。 　　清华大学孙素琴教授作“分子光谱仪器进展及复杂体系的分子光谱分析”、国家钢铁材料测试中心陈吉文研究员作“激光原位统计分布分析技术”报告。 孙素琴教授 陈吉文研究员 　　本光谱年会吸引了众多仪器厂商的参与，不但设置了仪器展台，还分别做了技术报告。 　　厂商报告如下： 阿美特克公司的刘孟刚工程师：SPECTRO ARCOS ICP紫外区域分析及应用 美国利曼公司王飞工程师：Prodigy DC ARC直流电弧光谱仪---固体材料及高纯金属分析的最佳选择 HORIBA公司的吴明祥工程师：实行“全谱分析”的HORIBA Jobin Yvon ICP/OES最新进展 岛津公司的安国玉工程师：诱导光栅法测定纳米粒径 珀金埃尔默公司王国强工程师：红外显微化学图像的应用最新进展 岛津公司的李大为工程师：光谱仪器在太阳能产业中应用

2011年10月12-15日，由科技部批准、中国分析测试协会主办的“第十四届北京分析测试学术报告会及展览会(BCEIA 2011)”在北京展览馆隆重举行。BCEIA重要内容之一“仪器评议活动”是由科技部倡导、中国分析测试协会组织、常年召开的一项重要活动。BCEIA是国内外分析仪器厂商在中国展示其最新推出的仪器和技术的窗口，也是“仪器评议活动”的一个重要汇集点。 　　BCEIA 2011展览会期间，中国分析测试协会光谱仪器技术评议组本着公开、公正、公平的评议原则，客观、系统、有针对性地对用户关注的、市场较大的光谱仪器及部件的创新点、特点或发展前景等进行了评述。 　　2011年10月14日下午，光谱仪器技术评议组在完成了本次活动之后，众位专家来到了仪器信息网（以下简称：instrument)的网络直播间接受了采访。接受采访的专家有中实国金国际实验室能力验证研究中心郑国经教授、北京矿冶研究总院高介平研究员、北京矿冶研究总院符斌研究员、地科院地质力学所计子华研究员、国家钢铁材料测试中心余兴研究员。 　　Instrument：本次BCEIA展览会上，国内外分析仪器厂商展出的光谱仪器给各位专家印象最深的是哪些? 　　郑国经教授：本次BCEIA展览会的规模比上一届大，并且展出仪器的水平也有所提高，出现了很多具有新意、性能较好的仪器。国产仪器厂家参展的规模盛大，很多国产仪器厂家推出了新技术产品，进步明显。 　　例如，电感耦合等离子体发射光谱仪应用中氩气消耗一直是用户所关注的问题，而PerkinElmer在最新推出的Optima 8x00系列电感耦合等离子体发射光谱仪中采用平板等离子体技术取代了传统的螺旋负载线圈，减少了三分之一的氩气消耗量，并且由于无需冷却，也就不需要使用冷却水，运行成本大大降低。另外，该仪器中还采用了电子雾化器技术，使雾化效率、进样效率获得充分提高，大大地改善了仪器的检出限，扩大了ICP光谱仪器的应用范围。 　　另一个亮点是安捷伦推出了微波等离子体原子发射光谱仪，使微波等离子体原子发射光谱仪真正商品化。该仪器可直接使用氮气或空气作为工作气体，无需使用易燃或昂贵气体，提高了安全性，大大降低运行成本，还适用于运输不便的边远地区。该款仪器必将在应用上取得比较好的效果。 　　符斌研究员：我们这次光谱仪器技术评议分别采取了参观新产品、举行座谈会的形式，足足进行了三天，主要是因为此次BCEIA展会参展的厂商多、展出的产品丰富、仪器的水平高。 　　我认为，这次展会上光谱仪器方面革命性的新技术主要有：微波等离子体原子发射光谱仪、平板等离子体技术的电感耦合等离子体发射光谱仪、火花直读光谱与辉光放电光谱相结合的光谱仪。另外，美国利曼公司推出的直流电弧光谱仪可以固体直接进样，北分瑞利公司也在研究此类技术。 　　原子吸收光谱已经很成熟了，但也有很多小的改进，例如，岛津公司的原子吸收光谱仪器上安装了震动传感器，当地震以及其它振动超过了设置值，仪器即可停止运行，保证了仪器、人员的安全。 　　 郑国经教授 符斌研究员 　　Instrument：在中国市场中，进口的ICP占据了巨大部分的份额。国内虽然已经有很多仪器厂家生产ICP光谱仪，但是主要还是集中在顺序扫描性的ICP光谱仪。而令人兴奋是，在本次BCEIA展览会上，四家国产仪器厂商都推出了全谱直读的ICP光谱仪，请计子华研究员为我们介绍一下这方面的情况? 　　计子华研究员：这次BCEIA展览会上，北京豪威量、聚光科技、纳克公司、天瑞仪器都推出了全谱直读的ICP光谱仪。当然这几款产品各有其优劣性，还有一些需要进一步改进的地方。但我相信，不到半年的时间，这四款仪器中就会有真正商品化的产品推出。 　　Instrument：请余兴研究员为我们介绍一下辉光放电光谱仪的情况吧? 　　余兴研究员：辉光放电光谱是一个比较新的技术，在镀层分析方面有比较好的应用。但是从前几次BCEIA展览会的情况来看，因为辉光放电光谱的应用具有一定的局限性，各厂家对辉光放电光谱的重视与宣传力度不够。 　　而在这次BCEIA展览会上，HORIBA推出了一款3D 金属光谱仪，是基于火花直读光谱仪与传统意义上的辉光放电光谱仪基础上的一台光谱仪。与传统辉光放电光谱仪相比，该款仪器是一台快速分析的仪器，也能够进行镀层分析。该款仪器采用了直流放电的光源，降低了仪器成本，有利于该仪器的市场推广。其检测器采用了CCD，成本降低的同时也牺牲了部分分辨率，分辨率只达到了微米级水平。但对于一般客户来说，该仪器能够满足一定的需求，所以说该仪器还是一款非常好的仪器。 　　Instrument：请高介平研究员介绍一下原子吸收光谱仪、原子荧光光谱仪的新进展? 　　高介平研究员：原子吸收光谱基本上已经很成熟了。在火焰原子吸收光谱方面，国产仪器与进口仪器之间相差不多，石墨炉原子吸收光谱方面，国产仪器还稍有差距，需要进一步改进。总体来说，本次BCEIA展览会上，展出的原子吸收光谱的新技术不多，但是“小打小闹”的改进很多。例如，原来灯座更多是水平放置，现在很多家已经将灯座竖立起来。我认为，灯座竖起来更合理，好处更多，现在很多国产原子吸收光谱厂家也采用了这一技术。 　　至于原子荧光光谱仪技术方面，金索坤公司推出了高温原子荧光技术，将原子荧光原来只能检测11中元素扩展到了现在能够检测20多种元素。北分瑞利公司推出的新产品中改进了进样器，使得测试只需要1毫升的样品即可。还有的仪器用煤气、天然气取代乙炔气，解决了一些偏远地区没有乙炔气的问题。 计子华研究员、高介平研究员、余兴研究员 　　Instrument：各位专家对于国产光谱仪器未来发展有何建议? 　　郑国经教授：从本次展会展出的光谱仪器来看，发展趋势主要有：虽说光谱仪器已经很成熟了，但从此次展会来看，仪器技术还在不断发展，光谱仪器新产品不再一味追求极限指标，而是向着实用性、绿色、低碳等方向发展。例如，安捷伦推出的微波等离子体原子发射光谱仪可直接使用氮气或空气，无需使用氩气，节约了能源，也符合绿色环保的要求。另外，光谱仪器新产品的定位也转向了解决实际应用的方面，这一点在本次展会上表现的尤其突出。 　　本次展会上国产仪器厂商展出的规模中增大了，展出的仪器数量也增加了，推出的新仪器技术水平更是提高了很多，这些都说明了国产光谱仪器正向着国际先进水平发展。如，中阶梯光栅和CCD检测器技术一直为国外厂商所独有，国内仪器厂商一直以来没能掌握。而这次展会上，国内几家公司都推出了相关的产品，对于国产仪器发展来说是一个很好的开端。 　　采访编辑:刘丰秋

p strong 　　1. 工业在线光谱分析技术 /strong /p p 　　目前在线光谱分析已经以惊人的速度应用于多个领域的企业生产的多个环节，并已使得过程分析仪器领域发生了深刻变革。这种变革与在线光谱分析的独特优点是分不开的，比如: /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析可以对多路多组分连续同时测量，且速度快，准确性高 /strong /span /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析仪器易损坏和消耗品少，维护量小 /strong /span /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析多采用光纤传输技术，适合环境恶劣的场合 /strong /span /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析仪器结构相对简单，并适合多种样品(如液体，涂层，粉末和固体等) /strong /span /p p 　　这些优点对于企业原料和生产的中间环节进行快速质量控制、优化操作、稳定生产和节能降耗非常有价值。 /p p 　　与实验室环境不同，工业环境在要求光谱分析系统具有足够的灵敏度和探测限，同时对于性能稳定性，体积尺寸和抗干扰能力也都有严格要求。光谱仪是在线光谱分析的核心模块，它的性能好坏从根本上决定了系统性能。选择合适的光谱仪对于工业在线应用十分重要。 /p p 　　1992年美国海洋光学公司的Mike Morris博士发明了世界上第一台微型光纤光谱仪，他将光谱仪的大小缩小了几十倍，价格降低了十几倍。光纤光谱仪利用光纤把远离光谱仪器的样品光谱引到光谱仪器，以适应被测样品的复杂形状和位置。由光纤引入光信号还可使仪器内部与外界环境隔绝，可增强对恶劣环境(潮湿气候、强电场干扰、腐蚀性气体)的抵抗能力，保证了光谱仪的长期可靠运行，延长使用寿命。光纤光谱仪结构紧凑，组成包括入射狭缝、准直物镜、光栅、成像反射镜和阵列探测器，还包括数据采集系统和数据处理系统。光信号经入射狭缝投射到准直物镜上，将发散光变成准平行光反射到光栅上，色散后经成像反射镜将光谱呈在阵列接收器的接收面上，光信号被转换成电子信号后，经模拟数字转换，A/D放大后输出，最后由软件系统控制和采集信号，进而完成各种光谱信号测量分析。这些特点对于工业在线光谱应用是极其有利的。可以说，微型光谱仪是光谱测量技术从实验室走向工业应用的里程碑。 /p p 　　工业在线光谱分析系统核心为光谱仪，其配套部件一般还有采样附件，光源，控制软件和专用分析模型，它们对于系统整体性能也有重要影响。一般在线光谱分析系统构成如下图所示。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227100735.jpg" style=" HEIGHT: 294px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/37c32cc6-4188-46d5-bfe9-fef2d6bda031.jpg" width=" 300" height=" 294" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 图1 在线光谱分析系统组成 /p p 　 strong 　2. 应用案例-工业在线反射率与颜色测量 /strong /p p 　　下面以一个典型案例说明在线光谱系统设计需要考虑的因素。某特种印刷用户需要快速测量薄膜材料颜色，用于产品质量控制。用户主要需求为： /p p 　　 strong span style=" COLOR: #548dd4" 系统需满足最快180米/分钟的检测速度，且具有足够精确性。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统能够进行非接触非破坏性采样测量。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统能直接输出最终结果给上位机。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统能直接输出颜色值，并能与用户自己的上位机系统集成。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统要能反映被测样品的峰值波长、光谱等特性。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统具备自检和异常报警功能。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统要能适应工厂持续噪声，细颗粒粉尘，电磁干扰以及不稳定供电环境。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统要能7*24连续工作，且维护方便。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统尺寸要能兼容于空间狭小的产线。 /span /strong /p p 　　这些需求涵盖了性能，尺寸和环境安全性多个方面，在工业在线光谱分析应用中具有典型性。 /p p 　　为满足检测速度要求，系统单次测量周期不得大于4毫秒。为此整个系统将采用流水线并行作业方式，确保测量速度和分辨率能够满足要求。如样品移动速度小于180米/分钟，则将得到更高的检测分辨率，即小于12毫米。所采用的工业定制型光谱仪的最小积分时间可达到1毫秒，可以充分满足速度要求。 /p p 　　为满足用户上位机数据接口要求，在线光谱分析系统应集成数据处理算法功能，且保证运算快速，结果准确。为此，在线光谱分析系统里搭载了高性能处理器，并且为了进一步提高速度，运算处理器直接与光谱仪模块集成。从而能够在CCD探测器进行下一周期积分时并行计算反射率数据。在前后两个计算周期之间，没有等待的延迟时间。在完成计算后，光谱仪将颜色数据提交给服务器，交由服务器判断是否需要触发停机信号。由于本系统的规模仅需要至多两层交换机就能连接，因此网络的延迟时间将小于1毫秒。而经过测算，进行50万次(相当于6000米长的薄膜)100个通道的组合逻辑判断在普通的计算机上每次平均耗时仅0.02毫秒，单次最大耗时为2毫秒。按此测算，完成单次测量和判断所需时间为12毫秒，即瑕疵点在经过探头3.6厘米后系统会给出报警或停机信号。瑕疵点在经过数米的减速区之后，足以被减速，并停留在质量观察板上。报警采用光谱仪与声光报警器协同工作实现。 /p p 　　对于颜色测量，必须有参考光谱和背景光谱，即对反射测量的校准操作。经常校准能有助于使计算的颜色结果更接近于实际结果，消除光源、环境以及其他因素对测量的影响。当进行校准操作时，需将已知颜色的标准板置于探头下方，与探头所呈角度与样品一致。此时打开光源，确保光源强度不会使光谱仪饱和，并保存参考光谱(即各波长上的强度)。然后关闭光源，此时光谱将反映暗噪声和环境光，将该光谱作为背景光谱也保存下来。在完成校准操作后，即可对样品进行颜色的测量和计算了。颜色实际上是样品在特定波长上的光谱强度与标准板在特定波长上的光谱强度的比值。为消除环境光和暗噪声的影响，需要背景光谱也参与计算。 /p p 　　根据上述分析结果，系统使用了对颜色测量进行特殊优化的工业定制型光谱仪。其搭载的高性能处理器和以太网接口能在测量光谱的同时直接将颜色信息提交给服务器，并由服务器根据用户预先设置的判定规则进行报警或触发停机，确保了整个系统的实时性和可靠性。 /p p 　　系统的探头支架可安装在用户指定滚轮位置的样品切线垂直方向上，并在滚轴上安装速度编码器，以获取当前检测样品的所在位置。反射式探头为Y型分岔光纤，其两头将连接到机柜内的光谱仪和光源上。在探头支架上还将安装可自动旋转的机电装置和标准板，供定期获取参考光谱。 /p p 　　系统板载处理器为定制高性能FPGA模块，实现光谱数据到LCH颜色值的计算，并将结果上传至上位机(主控机)。 /p p 　　系统的重要部件均安装在工业级机柜内，包括光谱仪、光源、供电电源、以太网交换机、系统服务器等。光纤和各种线缆则通过上进线或侧进线方式接入机柜。 /p p 　　最终的人机接口将安装在操作员使用的盘台上，该工作站主机将安装在盘台内部，并通过屏蔽双绞线与机柜内的系统服务器连接。系统服务器和操作员工作站上会分别安装系统软件的服务器端和客户端，以呈现整卷或整批薄膜产品的质量情况。 /p p 　　系统组成示意图如下所示。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227101131.jpg" style=" HEIGHT: 250px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/27ed627d-b20b-4735-b0d4-39858b1574a5.jpg" width=" 400" height=" 250" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 图2 系统组成示意图 /strong /p p 　　在软件模块上，系统提供的定制软件功能模块均运行于主控机的Windows系统上，主要功能模块如下图所示： /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227101230.jpg" style=" HEIGHT: 300px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/0754d649-1732-41c5-87ed-8a50be0c9ef5.jpg" width=" 300" height=" 300" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 图3 软件功能模块 /strong /p p 　　 strong 调度模块： /strong 为主程序核心，主要负责承担各模块之间的管理及任务调度 /p p 　　 strong 通讯模块： /strong 主要负责与工业现场总线的通讯，解析通讯命令，并通过调度模块完成相关任务，如启动测量过程，读取测量数据等 /p p 　　 strong 计算模块： /strong 计算光谱数据，得到LCH颜色值 /p p 　　 strong 底层驱动： /strong 主要控制光谱仪、光源、电子快门、传动模块等硬件设备 /p p 　　 strong 测量模块： /strong 根据测量时序、流程完成一个完整的测量流程 /p p 　　 strong 数据库： /strong 主要用于保留系统参数、测量历史数据等信息 /p p 　　 strong 用户界面 /strong ：完成用户交互功能，主要包括系统参数配置，测量数据显示，历史数据浏览，系统功能测试等。 /p p 　　在故障维修与运行维护方面，光源和光谱仪都采用模块化方式安装布置，且均对通道号进行标识，方便找到故障的光源。并且配套的通过交换机及光谱仪上的状态指示灯可了解是否存在网络线缆故障。软件也能够识别光源故障。 /p p 　　该案例充分体现了在线光谱分析与实验室应用的巨大差异。工业环境下，在线光谱分析系统必须充分考虑应用环境的特殊性，各种影响因素都必须仔细评估。除了光谱仪，测量附件的选择在相当大程度上取决于光谱仪厂家的行业应用经验和水平，这一点在专用的在线分析系统开发方面体现的更为明显。 /p p strong 　　三、更多工业在线应用案例 /strong /p p strong 　　（1）LED芯片测试机 /strong /p p 　　由于制作工艺存在尚未解决的技术困难，所以对于生产过程中同一块外延片不同位置的光电特性是有细微差别的，呈现出不均匀性。在完成电极和引脚的过程中也会存在一定的瑕疵。这些缺陷会导致在LED产品的发光强度和颜色，在生产过程中如果残次芯片继续进行加工，会导致生产过程中不必要的浪费。所以LED芯片测试机是LED生产过程中不可或缺的一个环节。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED芯片检测过程.jpg" style=" HEIGHT: 252px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/19f4c15e-6033-4f19-8821-6c1b7452a872.jpg" width=" 400" height=" 252" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED芯片检测过程 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED芯片测试结果.jpg" style=" HEIGHT: 323px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/46d98eb1-7886-4300-91fe-7c950a8fb913.jpg" width=" 400" height=" 323" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED芯片测试结果 /p p 　　微型光纤光谱仪主要将辐射光谱、发光强度、色坐标x，y和峰值波长作为测量指标。 /p p 　　一般检测设备只能对电气特性不合格进行筛选，微型光纤光谱仪被引入到LED芯片检测后，发光检测方面问题得到了很好地解决。由于微型光纤光谱仪测量每颗晶粒的时间是5-6ms，快于一般测试机探针机械移动时间，因此测量速度提到提高。由于微型光纤光谱仪体积小，因此不会占用机台的使用空间，不需要对原有机台的机械结构做出较大调整。同步触发功能保证了在检测过程中，能够保证每个晶粒在点亮后的相同时间进行测量。 /p p strong 　　（2）LED分光机 /strong /p p 　　LED制造流程是复杂、漫长的一个过程，想要生产出性能一致，功能完整的LED产品，LED分光机作为LED制造流程中靠后的工序，需要对封装后的器件根据光、色、电三方面参数进行筛选，然后才能将其包装为产品，最终流入市场。 /p p 　　LED分光机的测量指标是发射光谱、发光强度、色坐标x，y、峰值波长。 /p p 　　LED分光机工作流程一般包括：待分选的LED器件会在震动盘上排列进料，依次进入电测和光测的工位 进入电测工位后，LED会被通电进行电学指标测试 当被移动到光测工位时，LED芯片会被点亮，继而使用积分球和光谱仪测量其辐射光谱 通过计算光度学和色度学参数，并联合电学指标，一起进行数据分析 随后将数据转换为指令，传输到指令模块，将不同LED进行分选。基于微型光纤光谱仪的第一台LED分光机，可以完成分选5000颗/小时，使得LED检测从抽检进入到全检的时代。随着微型光纤光谱仪性能的提升以及与配套LED分光机兼容度提高，现在的LED分光机检测已经可以完成55000颗/小时，甚至更高。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED分光机.jpg" style=" HEIGHT: 338px WIDTH: 450px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/3a28ae58-6315-466f-86d5-06cd09c39ad7.jpg" width=" 450" height=" 338" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED分光机 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED器件进料.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/6b21148a-276f-4227-a12a-1b2bc65ae312.jpg" width=" 250" height=" 188" / & nbsp img title=" 排列进入检测位置.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/b89bc6db-320c-4f95-b46b-83ab7df07248.jpg" width=" 250" height=" 188" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED器件进料、排列进入检测位置 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 检测电学和发光特性.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/8b14cb67-e6f3-42b1-a4c2-b122c600272a.jpg" width=" 250" height=" 188" / & nbsp img title=" 进行分选归类.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/72c530e3-ff6e-46f1-9483-33f6ae9dec81.jpg" width=" 250" height=" 188" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 检测电学和发光特性、进行分选归类 /p p 　 strong 　（3）污染气体排放监测 /strong /p p 　　微型光纤光谱仪在污染气体排放监测指标是不同气体浓度，包括氮氧化物、二氧化硫、臭氧、丙酮和氨气等。不同气体所表现出的吸收光谱具有特异性，但也有一定相同性，大部分气体的吸收峰都位于紫外区域，所以采用在紫外区域的激发光或在紫外区域有响应的光谱仪对气体进行浓度的测试。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 污染气体排放.jpg" style=" HEIGHT: 261px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/6b0a2621-b070-4789-ab04-9bb0cf9afa88.jpg" width=" 400" height=" 261" / /p p 　　通常使用微型光纤光谱仪对气体进行检测，会将所有检测设备放置于一辆移动检测车中，到达目标检测位时，将设备架设在相应位置。检测设备包括摄像机、激光器触发装置、激发光、光谱仪和反射镜。检测过程是通过光源发出一束激发光，照射到马路另一边的反射镜，通过反射镜反射使光谱仪能够检测到气体光谱。当一辆汽车经过检测系统时，汽车排放的尾气会和光路进行相互的作用，尾气中的物体由于浓度的不同，光谱仪可以测量光穿过气体的强度，就可以检测出汽车排放的尾气是否超标。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 监测系统示意图1.jpg" style=" HEIGHT: 240px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/bddce1df-323a-45ad-a394-2c6bc379d0e3.jpg" width=" 400" height=" 240" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 监测系统示意图2.jpg" style=" HEIGHT: 235px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/1bac5528-d221-4646-b16d-1321a1b27542.jpg" width=" 400" height=" 235" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 监测系统示意图 /p p 　　这种尾气排放监测方法之所以能够得到广泛应用，首先得益于微型光纤光谱仪测量速度快，若被测汽车匀速通过检测系统，检测系统就能快速检测出吸收光谱，并且迅速处输入电脑进行分析和储存。微型光纤光谱仪的体积优势，使其能够与气体检测系统更好的集成到一起，方便检测车辆进行运输与架设。 /p p strong 　　（4）水果分选机 /strong /p p 　　吸收光谱在工业领域应用案例不仅仅局限于气体应用，微型光纤光谱仪也被应用于水果流通的分选环节，将水果的糖分和水分作为测量指标，结合其他物理探头对水果进行分选。相对于水果的大小，对于特殊人群，如糖尿病患者，其糖分对于消费者而言意义更为重要，使用近红外光谱仪可以对糖分和水分的含量进行判定。 /p p 　　基于微型光纤光谱仪的水果分选机一般由两部分组成，一个是发射的光源，一个是用来检测的光谱仪。一般在检测中会采用高功率的卤钨灯，提供近红外段宽光谱的能量，由于光源的高功率也就能提升了检测时穿透水果果皮的能力，在水果另一侧的光谱仪才能够获得更多更强的信号，提高信息的准确性。在水果分选过程中，水果数量巨大，微型光纤光谱仪检测的高效性正好满足了水果分选机的工作特点。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 水果分选机示意图.jpg" style=" HEIGHT: 225px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/bf2f6dfa-79a1-4ca1-9671-cdc594f97c04.jpg" width=" 400" height=" 225" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 水果分选机示意图2.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/82a91140-60f2-402f-a77a-68eb2038a124.jpg" width=" 400" height=" 188" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 水果分选机示意图 /p p 　　 strong （5）节能玻璃镀膜工艺在线监控 /strong /p p 　　由于现在玻璃工艺技术的发展，很多高楼选择使用玻璃作为外墙的建筑材料，但与传统建筑材料相比，玻璃的隔热性能有所欠缺。如果想使室内温度维持在一个稳定值，就需要对玻璃进行处理，最常见的手段是将玻璃进行镀膜工艺，使得玻璃能够尽可能的透过可见光，而同时增强隔热性能。所以镀膜过程的质量保证，成为了玻璃隔热性能优良与否的重要因素。 /p p 　　将多个微型光纤光谱仪与玻璃生产线相集成，对镀膜的效果进行实时测量。微型光纤光谱仪所采集到测量指标，如镀膜玻璃的反射率，透过率，膜厚数据，反馈给镀膜机，使其在下一次镀膜过程中对镀膜工艺进行调整。在检测过程中，氘灯和卤钨灯混合光源照射到被测样品上，会反射一部分光，被光源同侧的光谱仪接收，而另一侧放置的光谱仪对透射光谱进行测量。所以整个检测系统能对反射光谱和透射光谱进行测量。由于检测的玻璃尺寸较大，所以为了对玻璃镀膜的均匀性进行全面的测量，探头采取平移方法扫描整块玻璃。由于微型光纤光谱仪的体积小巧，内部结构紧密，无移动部件，可以适应较高加速度和震动的环境，使得微型光纤光谱仪和探头可以进行在检测过程中进行往复运动。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 微型光纤光谱仪检测示意图.jpg" style=" HEIGHT: 303px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/db4108c9-dd18-411e-a72b-22c214e334a1.jpg" width=" 300" height=" 303" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 微型光纤光谱仪检测示意图 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227102542.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/4f9ed63a-2184-4b8c-b7a5-bf34940b80f5.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 玻璃镀膜工艺监控系统 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 微型光纤光谱仪与平移台集成.jpg" style=" HEIGHT: 301px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/233a6763-fd1d-4dc3-91e6-23e90370af1f.jpg" width=" 400" height=" 301" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 微型光纤光谱仪与平移台集成 /p p strong 　　（6）印刷机的在线颜色监控 /strong /p p 　　颜色准确性是印刷行业重点关注的技术指标，由于不同纸张材料的吸水性差异于油墨的批次差异会导致印刷品之间存在色差，将微型光纤光谱仪与印刷实时颜色监控系统相集成就显得尤为的重要。 /p p 　　在印刷机上集成一个反射光谱的测量系统，对印刷品的校准色块进行反射测量，并通过相应算法将光谱数据换算为行业内能够接受的颜色指标。由于印刷中的纸张具有快速移动的特性，所以在运用中往往会采用积分球或环形的反射镜对光源进行匀化，从而减小检测样品在印刷过程中的振动与倾斜。光谱仪所得光谱数据反馈到印刷设备对颜色的品控进行调整。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 印刷机颜色监控示意图.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/bf5b28d3-6d21-4722-b1a1-17761d368c5b.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 印刷机颜色监控示意图 /p p 　　光谱仪自带可编程逻辑电路，可将复杂的逻辑关系写入微型光纤光谱仪中，可以使光谱仪直接与印刷设备油料控制器对接，产生在线的闭环系统。 /p p style=" TEXT-ALIGN: right" （内容来源：海洋光学） /p