一种微型紫外?可见/红外无损检测光谱仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种微型紫外?可见/红外无损检测光谱仪，其包括光源、光电传感器、电路系统、外壳和电源。光源包括管脚、管座、铝基板、微型单片机电路、LED阵列、导光体和导光筒；光电传感器是紫外?可见/红外硅光电二极管；电路系统包括单片机控制电路、功放电路、信号放大和滤波电路以及数据传输电路；外壳是带有光源插槽、电源插口、通讯插口和隔离层的圆柱体；电源为直流电源。本发明的微型紫外?可见/红外无损检测光谱仪可以用于测定一种或多种特定目标物质的紫外?可见/红外透射或反射吸收光谱，其整机体积小、重量轻、成本低廉、适合现场检测，便于推广，光谱分辨率较为理想，系统的抗干扰性和稳定性较好。
【专利说明】
一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪
技术领域
[0001] 本发明属于光学仪器领域，具体涉及一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪和 用途，特别是涉及由光源、光电传感器、电路系统、外壳和电源构成，用于无损检测一种或多 种特定目标物质紫外-可见/红外光谱的装置。
【背景技术】
[0002] 光谱检测是一项通过测量目标物质在紫外-可见光区和红外光区的透射光或反射 光的强度来进行定性或定量分析的新兴检测技术。基于这项技术研发的光谱仪可以应用于 食品及环境检测、化学成分定量、电磁辐射分析等领域。传统的光谱仪由众多光学、电学与 机械系统组成，仪器的结构极其复杂，综合成本较高，整体可靠性较差，工作环境和日常维 护要求的条件比较苛刻，限制了其广泛的应用。为了满足检测机构和普通人群日常、实时、 在线(现场)光谱测量的实际需求，我们急需开发一种成本低廉、体积小、重量轻，便于携带 的微型光谱仪。
[0003] 目前，主流的微型光谱仪以美国海洋光学、美国安捷伦、荷兰爱万提斯、日本滨松 等公司的产品为代表，大多基于切尼-特纳光路、平场凹面光栅光路或迈克尔逊干涉仪，采 用电荷耦合图像传感器(CCD)或互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS)接收光谱，数据 通过嵌入式工控机或USB/蓝牙传输至电脑显示。由于微电子机械系统(MEMS)技术和微细加 工技术的迅猛发展，上述微型光谱仪可做到手掌大小，其结构紧凑便携、使用简便、测量快 速，价格可降到万元左右，因此特别适合现场原位快速检测。
[0004] 近年来，随着3G/4G移动互联网技术的发展，以智能手机自带CMOS摄像头电路拍摄 可见光光谱，以手机APP分析所测数据，以手机屏幕作为显示外设的手机光谱仪在微型光谱 仪领域展现出更大的优势。手机光谱仪只需设计光机模块，与手机装配结合即可实现光谱 检测，因此和专业微型光谱仪相比具有更好的便携性；由于其无需专门的电路和专门的显 示外设，因此其成本更为低廉(可降至3000元左右）；通过移动互联网，可以实现更快捷的数 据上传共享，从而更加容易普及应用。
[0005] 相对于传统的光谱仪，上述微型光谱仪在便携性、成本和数据传输等方面具有很 大的优势。然而，目前的微型光谱仪技术还存在很多的不足之处，主要有：
[0006] 第一，光谱分辨率不理想。在光路中，复色光光源发出的发散光，经平面透射光栅 衍射后的光线难以在短距离内聚焦成像，因此光谱重叠严重，光谱分辨率不理想。
[0007] 第二，光路复杂、抗干扰性差。为实现分光，整个微型光谱仪系统采用了复杂的光 路结构。分光光路中的部分光学元件如:反射微镜等对环境温度特别敏感，造成光谱仪系统 的准确性和稳定性随环境温度而变化，采用复杂的温控系统对这些元件进行温度控制，会 增加系统的复杂度，提高成本。同时，复杂光路系统对光学元件位置要求较高，一旦受震动 等物理因素影响造成光学元件错位，会出现较大的测量误差。特别是对于手机光谱仪而言， 如果将其光路结构和手机机体本身固定成一个整体，则其整机成本难以降低;如果将其光 学结构做成可拆卸的模块，则无法避免由于每次安装位置偏差所造成的测量误差。
[0008] 第三，成本相对较高。由于复杂光路和CCD系统的成本相对较高，目前的微型光谱 仪成本仍难以达到普通消费者接受的程度。以食品检测为例，目前社会对于食品安全的日 益关注及消费者对食品质量要求的日益提高，使得家用检测光谱仪具有了极大的市场前 景，但目前微型光谱仪多则上万，少则数千的成本限制了其在家用食品安全检测领域的应 用。
[0009] 本发明提供一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪，其采用LED阵列作为光源 的发光部分，通过微型单片机控制LED阵列中的不同波长LED灯的发光顺序，基于透射光或 反射光，通过光电传感器收集信号，整个光谱仪的控制、供电、信号处理和数据传输功能由 电路系统实现。本发明的微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪体积小、重量轻、成本低、操 作简单、便于携带，适合用于现场检测，可同时满足专业技术人员和普通人群的检测需求， 具有广阔的市场前景和社会价值。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微型紫外-可见/红外无损检测 光谱仪。
[0011] 本发明的第二个目的是提供一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的用途。
[0012] 本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
[0013] 本发明的一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪(包括反射式和透射式两种类 型），其特征是包括光源、光电传感器、电路系统、外壳和电源。
[0014] 所述的光源，其特征是包括管脚、管座、铝基板、微型单片机电路、LED阵列、导光体 和导光筒。所述的管脚，其特征是包括两路电压供电管脚、公共地管脚、数据传输管脚和同 步时钟管脚，两路电压供电管脚分别给微型单片机电路和LED阵列供电，数据传输管脚执行 微型单片机电路和单片机控制电路之间的I2C通讯。所述的微型单片机电路，其特征是包括 微型单片机、0402封装贴片电阻和电容，用于LED阵列发光顺序的控制。所述的LED阵列，其 特征是包括一个或多个LED灯，所述的LED灯可以是单波长LED灯或多波长LED灯，波长在紫 外-可见光谱和红外光谱范围内。
[0015]所述的光电传感器，其特征是紫外-可见/红外硅光电二极管，其光谱接收范围较 宽，可以读取紫外-可见/红外光的强度。
[0016]所述的电路系统，其特征是包括单片机控制电路、功放电路、信号放大和滤波电路 以及数据传输电路。其中，单片机控制电路的核心元件是nRF51822单片机芯片，其特征是包 括通用I/O接口（GPI0)、12C通讯接口、模拟数字转换器(ADC)、蓝牙模块。单片机控制电路通 过GPI0控制功放电路为光源进行时长为20s的短暂供电，通过I2C通讯接口控制光源的微型 单片机电路和LED阵列的发光顺序，通过ADC读取电压信号，并将其转换为透射率或反射率 数据，通过蓝牙模块进行无线数据传输。功放电路的核心元件是贴片功率放大三极管，主要 为光源供电。信号放大和滤波电路包括采用集成运算放大器构建的信号放大电路、低通滤 波电路和50Hz陷波电路，主要用于处理光电传感器测得的电压信号。其中，信号放大电路对 光电传感器测得的微弱信号进行放大，低通滤波电路滤除信号中掺杂的高频干扰，50Hz陷 波电路用于滤除信号中的工频干扰。数据传输电路采用USB通讯或串口通讯，可通过数据线 上传所测数据。
[0017] 所述的外壳，其特征是带有光源插槽、电源插口、通讯插口和隔离层的圆柱体。光 源插槽用于给光源供电，电源插口有两路供电正极和公用负极，用于给紫外-可见/红外无 损检测光谱仪供电，数据传输插口用于传输所测得的透射率或反射率数据，隔离层主要用 来屏蔽外部环境对电路系统的电磁干扰。
[0018] 所述的电源为直流电源，具体可以是锂电池、氧化银电池或碱性锰电池。
[0019] 本发明的一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪可以用于测定一种或多种特 定目标物质的紫外-可见/红外透射或反射吸收光谱，进而应用于化工、水质、食品、地质、油 漆、涂料、金属、航天、汽车和文物等领域。
[0020] 本发明的一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪采用微细加工技术，光源以不 同波长的LED灯组成的LED阵列代替传统光谱仪的复色光光源和复杂分光光路，采用紫外-可见/红外硅光电二极管代替CCD光电传感器阵列。光谱仪整机体积小、重量轻、成本低廉、 适合现场检测，便于推广。本发明基于光谱检测技术，利用被测物质表面对不同波长的单色 光的透射率或反射率的差异来判定物质的种类，光源通过微型单片机控制LED阵列中的不 同波长的LED灯依次发光，每次测量时光电传感器读数均为特定波长单色光照射被测物表 面所产生的反射光或透射光，不存在光谱重叠现象，故光谱分辨率较为理想。同时，由于没 有设计复杂的分光光路，故系统的抗干扰性和稳定性较好。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例1的反射式多波长微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的结 构示意图。
[0022] 图2为本发明实施例3的透射式多波长微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的结 构示意图。
[0023] 图3为本发明实施例1-3的微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的功能结构示意 图。
[0024] 图4为本发明实施例1-3的微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的工作流程图。
[0025] 图5为本发明实施例1-3的微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的光源的结构示 意图。
[0026] 图6为本发明实施例1-3的微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的LED阵列的外形 示意图。
[0027] 图7为本发明实施例1-3的微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的光源插口示意 图。
[0028] 图8为本发明实施例1的反射式多波长微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪测定 氧化乐果的反射吸收曲线。
[0029] 图9为本发明实施例3的透射式多波长微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪测定 寿都矿泉饮用天然水和自来水的吸收曲线。
[0030] 附图标记：1外壳2检测口 3光源4光电传感器5信号放大和滤波电路6单片机 控制电路7数据传输电路8功放电路9电源
【具体实施方式】
[0031] 下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好的理解本发明的内容 而非限制本发明的保护范围：
[0032] 实施例1反射式多波长微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪
[0033] -种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的光源3、光电传感器4、电路系统和电 源9均安装在外壳1内（见图1、3_4)。光源3、照射中心点和光电传感器4位于同一平面上，光 源3的出光光路、光电传感器4的探测通路和照射中心点的法线之间的角度相等，确保反射 光线最大限度的进入光电传感器4。
[0034]光源3包括管脚、管座、铝基板、微型单片机电路、LED阵列、导光体和导光筒（见图 5)。管脚包括两路电压供电管脚、公共地管脚、数据传输管脚和同步时钟管脚，两路电压供 电管脚分别给微型单片机电路和LED阵列供电，数据传输管脚执行微型单片机电路和单片 机控制电路6之间的I2C通讯。管脚连接在管座的左端面上，插在紫外-可见/红外无损检测 光谱仪的特制基座内，管座和铝基板通过焊点将电压供电管脚和数据传输管脚连接在一 起。微型单片机电路包括微型单片机、0402封装贴片电阻和电容，它们均焊接在铝基板上， 用于LED阵列发光顺序的控制。LED阵列包括49个多波长LED灯(见图6)，波长均在紫外可见 光谱和红外光谱范围内，其供电电压通过微型单片机引出的0402封装贴片电阻和LED阵列 构成的分压电路来调节。微型单片机系型号为UFQFPN20封装的STM8S003单片机，其大小仅 为3X3mm 2,成本较低。导光体的末端为凸面，有聚光功能，光经导光体发出并照射在被检测 物表面。导光筒的内表面为镜面，用来固定导光体和铝基板，也能起到聚光作用。
[0035] 光电传感器4是紫外-可见/红外硅光电二极管，其光谱接收范围较宽，可以读取紫 外-可见/红外光的强度。
[0036] 电路系统包括单片机控制电路6、功放电路8、信号放大和滤波电路5以及数据传输 电路7。其中，单片机控制电路6的核心元件是nRF51822单片机芯片，包括通用I/O接口 (GPI0)、12C通讯接口、模拟数字转换器(ADC)、蓝牙通讯模块。单片机控制电路6通过GPI0控 制功放电路8为光源3进行时长为20s的短暂供电，通过I2C通讯接口控制光源3的微型单片 机电路和LED阵列的发光顺序，通过ADC读取电压信号，并将其转换为反射率数据，通过蓝牙 模块进行无线数据传输。功放电路8的核心元件是贴片功率放大三极管，主要为光源3供电。 信号放大和滤波电路5包括采用集成运算放大器构建的信号放大电路、低通滤波电路和 50Hz陷波电路，主要用于处理光电传感器4测得的电压信号。其中，信号放大电路对光电传 感器4测得的微弱信号进行放大，低通滤波电路滤除信号中掺杂的高频干扰，50Hz陷波电路 用于滤除信号中的工频干扰。数据传输电路7采用USB通讯，可通过数据线上传所测数据。
[0037] 外壳1是带有光源插槽、电源插口、通讯插口和隔离层的黑色圆柱体(见图7)。光源 插槽用于给光源3供电，电源插口有两路供电正极和公用负极，用于给紫外-可见/红外无损 检测光谱仪供电，数据传输插口用于传输所测得的光谱数据，隔离层主要用来屏蔽外部环 境对电路系统的电磁干扰。
[0038]电源9为锂电池。
[0039]被检测物质置于检测口 2的位置，光源3发出的检测光照射在位于检测口 2的被测 物质表面上，经被测物质表面反射吸收后的光强度被光电传感器4接收并转化为电压信号。 电压信号经信号放大和滤波电路5滤除干扰后，被单片机控制电路6的核心元件一一 nRF51822单片机芯片的ADC读取并转换为被测物质表面反射率信息。反射率信息可通过单 片机控制电路6核心元件一一nRF51822单片机芯片的蓝牙通讯模块向手机上传检测数据。 所述的光源3由单片机控制电路6通过功放电路8控制供电。信号放大和滤波电路5、单片机 控制电路6、数据传输电路7、功放电路8均通过电源9进行供电。
[0040] 实施例2反射式双波长微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪
[0041] -种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的光源3、光电传感器4、电路系统和电 源9均安装在外壳1内（见图3-4)。光源3、照射中心点和光电传感器4位于同一平面上，光源3 的出光光路、光电传感器4的探测通路和照射中心点的法线之间的角度相等，确保反射光线 最大限度的进入光电传感器4。
[0042]光源3包括管脚、管座、铝基板、微型单片机电路、LED阵列、导光体和导光筒（见图 5)。管脚包括两路电压供电管脚、公共地管脚、数据传输管脚和同步时钟管脚，两路电压供 电管脚分别给微型单片机电路和LED阵列供电，数据传输管脚执行微型单片机电路和单片 机控制电路6之间的I2C通讯。管脚连接在管座的左端面上，插在紫外-可见/红外无损检测 光谱仪的特制基座内，管座和铝基板通过焊点将电压供电管脚和数据传输管脚连接在一 起。微型单片机电路包括微型单片机、0402封装贴片电阻和电容，它们均焊接在铝基板上， 用于LED阵列发光顺序的控制。LED阵列包括2个单波长LED灯(见图6)，波长均在紫外-可见 光谱和红外光谱范围内，其供电电压通过微型单片机引出的0402封装贴片电阻和LED阵列 构成的分压电路来调节。微型单片机系型号为UFQFPN20封装的STM8S003单片机，其大小仅 为3X3mm 2,成本较低。导光体的末端为凸面，有聚光功能，光经导光体发出并照射在被检测 物表面。导光筒的内表面为镜面，用来固定导光体和铝基板，也能起到聚光作用。
[0043] 光电传感器4是紫外-可见/红外硅光电二极管，其光谱接收范围较宽，可以读取紫 外-可见/红外光的强度。
[0044] 电路系统包括单片机控制电路6、功放电路8、信号放大和滤波电路5以及数据传输 电路7。其中，单片机控制电路6的核心元件是nRF51822单片机芯片，包括通用I/O接口 (GPI0)、12C通讯接口、模拟数字转换器(ADC)、蓝牙通讯模块。单片机控制电路6通过GPI0控 制功放电路8为光源3进行时长为20s的短暂供电，通过I2C通讯接口控制光源3的微型单片 机电路和LED阵列的发光顺序，通过ADC读取电压信号，并将其转换为反射率数据，通过蓝牙 模块进行无线数据传输。功放电路8的核心元件是贴片功率放大三极管，主要为光源3供电。 信号放大和滤波电路5包括采用集成运算放大器构建的信号放大电路、低通滤波电路和 50Hz陷波电路，主要用于处理光电传感器4测得的电压信号。其中，信号放大电路对光电传 感器4测得的微弱信号进行放大，低通滤波电路滤除信号中掺杂的高频干扰，50Hz陷波电路 用于滤除信号中的工频干扰。数据传输电路7采用串口通讯，可通过数据线上传所测数据。
[0045] 外壳1是带有光源插槽、电源插口、通讯插口和隔离层的黑色圆柱体(见图7)。光源 插槽用于给光源3供电，电源插口有两路供电正极和公用负极，用于给紫外-可见/红外无损 检测光谱仪供电，数据传输插口用于传输所测得的光谱数据，隔离层主要用来屏蔽外部环 境对电路系统的电磁干扰。
[0046] 电源9为氧化银电池。
[0047] 被检测物质置于检测口 2的位置，光源3发出的检测光照射在位于检测口 2的被测 物质表面上，经被测物质表面反射吸收后的光强度被光电传感器4接收并转化为电压信号。 电压信号经信号放大和滤波电路5滤除干扰后，被单片机控制电路6的核心元件一一 nRF51822单片机芯片的ADC读取并转换为被测物质表面反射率信息。反射率信息可通过数 据传输电路7向平板电脑上传检测数据。所述的光源3由单片机控制电路6通过功放电路8控 制供电。信号放大和滤波电路5、单片机控制电路6、数据传输电路7、功放电路8均通过电源9 进行供电。
[0048] 实施例3透射式多波长微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪
[0049] -种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪的光源3、光电传感器4、电路系统和电 源9均安装在外壳1内（见图2-4)。光源3、照射中心点和光电传感器4位于同一平面上，光源3 的出光光路、光电传感器4的探测通路和照射中心点处于同一直线上，确保透射光线最大限 度的进入光电传感器4。
[0050] 光源3包括管脚、管座、铝基板、微型单片机电路、LED阵列、导光体和导光筒（见图 5)。管脚包括两路电压供电管脚、公共地管脚、数据传输管脚和同步时钟管脚，两路电压供 电管脚分别给微型单片机电路和LED阵列供电，数据传输管脚执行微型单片机电路和单片 机控制电路6之间的I2C通讯。管脚连接在管座的左端面上，插在紫外-可见/红外无损检测 光谱仪的特制基座内，管座和铝基板通过焊点将电压供电管脚和数据传输管脚连接在一 起。微型单片机电路包括微型单片机、0402封装贴片电阻和电容，它们均焊接在铝基板上， 用于LED阵列发光顺序的控制。LED阵列包括24个单波长LED灯和25个多波长LED灯(见图6)， 波长均在紫外-可见光谱和红外光谱范围内，其供电电压通过微型单片机引出的0402封装 贴片电阻和LED阵列构成的分压电路来调节。微型单片机系型号为UFQFPN20封装的 STM8S003单片机，其大小仅为3 X 3mm2,成本较低。导光体的末端为凸面，有聚光功能，光经 导光体发出并照射在被检测物表面。导光筒的内表面为镜面，用来固定导光体和铝基板，也 能起到聚光作用。
[0051] 光电传感器4是为紫外-可见/红外硅光电二极管，其光谱接收范围较宽，可以读取 紫外-可见/红外光的强度。
[0052] 电路系统包括单片机控制电路6、功放电路8、信号放大和滤波电路5以及数据传输 电路7。其中，单片机控制电路6的核心元件是nRF51822单片机芯片，包括通用I/O接口 (GPI0)、12C通讯接口、模拟数字转换器(ADC)、蓝牙通讯模块。单片机控制电路6通过GPI0控 制功放电路8为光源3进行时长为20s的短暂供电，通过I2C通讯接口控制光源3的微型单片 机电路和LED阵列的发光顺序，通过ADC读取电压信号，并将其转换为透射率数据，通过蓝牙 模块进行无线数据传输。功放电路8的核心元件是贴片功率放大三极管，主要为光源3供电。 信号放大和滤波电路5包括采用集成运算放大器构建的信号放大电路、低通滤波电路和 50Hz陷波电路，主要用于处理光电传感器4测得的电压信号。其中，信号放大电路对光电传 感器4测得的微弱信号进行放大，低通滤波电路滤除信号中掺杂的高频干扰，50Hz陷波电路 用于滤除信号中的工频干扰。数据传输电路7采用USB通讯，可通过数据线上传所测数据。 [0053]外壳1是带有光源插槽、电源插口、通讯插口和隔离层的黑色圆柱体(见图7)。光源 插槽用于给光源3供电，电源插口有两路供电正极和公用负极，用于给紫外-可见/红外无损 检测光谱仪供电，数据传输插口用于传输所测得的光谱数据，隔离层主要用来屏蔽外部环 境对电路系统的电磁干扰。
[0054]电源9为碱性锰电池。
[0055]被检测物质置于检测口 2的位置，光源3发出的检测光照射在位于检测口 2的被测 物质表面上，经被测物质吸收后的光强度被光电传感器4接收并转化为电压信号。电压信号 经信号放大和滤波电路5滤除干扰后，被单片机控制电路6的核心元件--nRF51822单片机 芯片的ADC读取并转换为被测物质透射率信息。透射率信息可通过数据传输电路7向PC机上 传检测数据。所述的光源3由单片机控制电路6通过功放电路8控制供电。信号放大和滤波电 路5、单片机控制电路6、数据传输电路7、功放电路8均通过电源9进行供电。
[0056] 实施例4农药残留的测定
[0057] 针对农药氧化乐果，采用实施例1的反射式多波长微型紫外-可见/红外无损检测 光谱仪测定氧化乐果的反射吸收曲线(见图8)，由图可知，435nm和765nm为氧化乐果的反射 特征吸收峰，氧化乐果与纯水比较反射吸收率存在明显的变化。
[0058]实施例5农药残留的测定
[0059] 针对农药氧化乐果，采用实施例2的反射式双波长微型紫外-可见/红外无损检测 光谱仪测定不同浓度氧化乐果的反射吸收率(见表1)，由表可知，氧化乐果与纯水比较反射 吸收率存在明显的变化。使用435nm和765nm双波长LED灯的光源进行检测，最低检测限可达 到千万分之一浓度级别。
[0060] 表1不同浓度氧化乐果的反射吸收率
[0062] 实施例6液态物质的分析
[0063] 针对寿都矿泉饮用天然水(巴马活泉食品饮料公司）和自来水的液态物质分析，采 用实施例3的透射式多波长微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪测定水的吸收曲线（见图 9)，由图可知，寿都矿泉饮用天然水与自来水比较吸收率存在明显变化。
【主权项】
1. 一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪(包括反射式和透射式两种类型），其特征 是包括光源、光电传感器、电路系统、外壳和电源;所述的光源，其特征是包括管脚、管座、铝 基板、微型单片机电路、LED阵列、导光体和导光筒;所述的光电传感器，其特征是紫外-可 见/红外硅光电二极管，其光谱接收范围较宽，可以读取紫外-可见/红外光的强度;所述的 电路系统，其特征是包括单片机控制电路、功放电路、信号放大和滤波电路以及数据传输电 路;所述的外壳，其特征是带有光源插槽、电源插口、通讯插口和隔离层的圆柱体;所述的电 源为直流电源，具体可以是锂电池、氧化银电池或碱性锰电池。2. 根据权利要求1所述的一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪，其特征是所述的 管脚，其特征是包括两路电压供电管脚、公共地管脚、数据传输管脚和同步时钟管脚，两路 电压供电管脚分别给微型单片机电路和LED阵列供电，数据传输管脚执行微型单片机电路 和单片机控制电路之间的I2C通讯；所述的微型单片机电路，其特征是包括微型单片机、 0402封装贴片电阻和电容，用于LED阵列发光顺序的控制;所述的LED阵列，其特征是包括一 个或多个LED灯，所述的LED灯可以是单波长LED灯或多波长LED灯，波长在紫外-可见光谱和 红外光谱范围内。3. 根据权利要求1所述的一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪，其特征是所述的 单片机控制电路的核心元件是nRF51822单片机芯片，包括通用I/O接口（GPIO)、I2C通讯接 口、模拟数字转换器(ADC)、蓝牙模块，单片机控制电路通过GPIO控制功放电路为光源进行 时长为20s的短暂供电，通过I2C通讯接口控制光源的微型单片机电路和LED阵列的发光顺 序，通过ADC读取电压信号，并将其转换为透射率或反射率数据，通过蓝牙模块进行无线数 据传输;所述的功放电路的核心元件是贴片功率放大三极管，主要为光源供电;所述的信号 放大和滤波电路包括采用集成运算放大器构建的信号放大电路、低通滤波电路和50Hz陷波 电路，主要用于处理光电传感器测得的电压信号，信号放大电路对光电传感器测得的微弱 信号进行放大，低通滤波电路滤除信号中掺杂的高频干扰，50Hz陷波电路用于滤除信号中 的工频干扰;数据传输电路采用USB通讯或串口通讯，可通过数据线上传所测数据。4. 根据权利要求1所述的一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪，其特征是所述的 光源插槽用于给光源供电，所述的电源插口有两路供电正极和公用负极，用于给紫外-可 见/红外无损检测光谱仪供电，所述的数据传输插口用于传输所测得的透射率或反射率数 据，所述的隔离层主要用来屏蔽外部环境对电路系统的电磁干扰。5. 根据权利要求1所述的一种微型紫外-可见/红外无损检测光谱仪在测定一种或多种 特定目标物质的紫外-可见/红外透射或反射吸收光谱的应用。
【文档编号】G01N21/27GK106092918SQ201610387106
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日 公开号201610387106.0, CN 106092918 A, CN 106092918A, CN 201610387106, CN-A-106092918, CN106092918 A, CN106092918A, CN201610387106, CN201610387106.0
【发明人】刘天军, 董晓曦, 洪阁
【申请人】刘天军