基于LabVIEW的近紅外測量系統(tǒng)

本文結(jié)合虛擬儀器技術(shù)和近紅外光譜分析技術(shù)搭建一個(gè)快速無損檢測整粒小麥成分含量的系統(tǒng)。此系統(tǒng)以890nm 和940nm 兩個(gè)波長的LED 以及14 個(gè)窄帶干涉濾光片為光源電路部分；以檢測器和運(yùn)放為信號(hào)轉(zhuǎn)換和調(diào)理部分；以NI 公司的數(shù)據(jù)采集卡PCI-6040E 為數(shù)據(jù)采集部分；數(shù)據(jù)的采集、顯示、分析、保存均集成在同一個(gè)虛擬儀器面板上；此系統(tǒng)具有成本低廉、開發(fā)時(shí)間短、功能靈活、易擴(kuò)展和維護(hù)且可進(jìn)行現(xiàn)場無損檢測等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù)；近紅外光譜分析；小麥成分；無損檢測
近紅外譜區(qū)[1]是指位于可見譜區(qū)與中紅外譜區(qū)之間的一段電磁波譜，即介于780-2526nm 的光區(qū)。近紅外光譜（Near-infrared Spectroscopy, NIRS）可劃分為短波長近紅外波段和長波長近紅外波段，其波段范圍分別為780-1100nm 和1100-2526nm。由于頻率較高，NIR 譜區(qū)分子對其吸收主要是分子振動(dòng)的倍頻與合頻吸收。NIRS 分析技術(shù)是通過被分析物質(zhì)中的含氫基團(tuán)，如OH、CH、NH、SH、PH 等在近紅外區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)有特征吸收，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，對掃描測試樣品的光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的分析處理，最后完成該樣品有關(guān)成分的定量分析任務(wù)。由于它具有不破壞樣品且快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，是20 世紀(jì)90 年代以來發(fā)展最快、最引人注目的光譜分析技術(shù) [2，3]。目前它在谷物檢測領(lǐng)域已有著廣泛的應(yīng)用，如水分、蛋白、脂肪和纖維等指標(biāo)的測定，近紅外檢測技術(shù)已經(jīng)成為了一種公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法[4]。但是現(xiàn)有的近紅外光譜分析儀器大多體積龐大，價(jià)格昂貴，不利于現(xiàn)場分析；或者功能單一，不易擴(kuò)展和維護(hù)。
虛擬儀器[5]的概念，是美國國家儀器公司（National Instruments Corp.簡稱NI）于1986 年
提出的，它是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，其功能由用戶設(shè)計(jì)和定義，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。本文結(jié)合虛擬儀器技術(shù)和近紅外光譜分析技術(shù)，搭建了一個(gè)快速無損檢測整粒小麥成分含量的系統(tǒng)。
基于虛擬儀器的近紅外整粒小麥成分測量系統(tǒng)主要包括儀器軟、硬件和建模軟件。儀器軟、硬件均采用模塊化設(shè)計(jì)。硬件模塊化主要由光路、檢測器及信號(hào)調(diào)理電路和虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集板卡組成；軟件模塊化主要由信號(hào)獲取模塊、I/O 控制模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)保存和顯示模塊組成。軟件平臺(tái)采用的是圖形化的編程語言LabVIEW，建模采用逐步回歸分析[6]方法。