《光电信息技术》
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光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术,是光与电子转换及其应用的技术。
从广义上讲,光电信息技术就是在光频段的微电子技术,它将光学技术与电子技术相结合实现信息获取、加工、传输、控制、处理、存储于显示。
检测是通过一定的物理方式,分辨出被测参数量并归属到某一范围带,以此来判别被测参数是否合格或参数量是否存在。
测量是将被测的未知量与同性质的标准量进行比较,确定被测量对标准量的倍数,并通过数字表示出这个倍数的过程。
光电检测系统具有光发射机、光学信道和光接收机这一基本环节。
通常分为主动式和被动式两类。
光接收机分为功率检测接收机和外差接收机,功率检测接收机也称作直接检测接收机或非相干接收机。
光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上,称为光学变换。
光学变换可用各种调制方法来实现。
光信息经光电器件来实现由光向电的信息转换,称为光电转换。
广电系统:光源--光学系统--被测对象--光学变换--光电转换--电信号处理--存储、显示、控制。
光电效应分为外光电效应与内光电效应。
光生伏特效应:由于光照而在PN结两端出现的电动势。
光热效应:某些物质在收到光照射后,由于温度变化而造成材料性质发生变化的现象。
热电检测器件有热释电检测器、热敏电阻、热电偶、热电堆。
特点:1.响应波长无选择性。
2.响应慢。
光电检测器件的特点:1.响应波长有选择性2.响应快。
光电检测器件的特性参数:1.响应度2.光谱响应度3.积分响应度 4.响应时间5.频率响应6.热噪声7.散粒噪声8.信噪比 9.线性度10.工作温度。
光敏电阻设计原则:由于光敏电阻在微弱辐射作用情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离L的平方成反比,在强辐射作用情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离L的二分之三次方成反比,因此Sg与两极间距离L有关。
为了提高光敏电阻的光电灵敏度Sg,要尽可能的缩短光敏电阻两极间的距离L。
光电电阻特点:1.光谱响应度范围相当宽。
2.工作电流大,可达数毫安。
光电信息技术简介光电信息技术是由光学、光电子、微电子等技术结合而成的多学科综合技术,涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。
光电信息技术广泛应用于国民经济和国防建设的各行各业。
信息技术是一种综合技术,它包括四个基本内容,即感测技术、通信技术、人工智能与计算机技术和控制技术。
感测技术包括传感技术和测量技术以及遥感、遥测技术;它使人类能更好的从外部世界获取各种有用的信息。
通信技术:它的作用是传递、交换和分配信息,可以消除或克服空间上的限制,使人们能更有效的利用信息资源。
人工智能与计算机技术:它使人们能更好的加工和再生信息。
控制技术:它的作用是根据输入的指令,对外部事务的运动状态实施干预。
因此一切与信息的收集、加工、存储、传输有关的各种技术可成为信息技术。
在当今时代,信息技术包括微电子信息技术、光电子信息技术和光信息技术等。
作为核心的微电子信息技术是在传统的电子技术的基础上发展起来的一种渗透性最强大、影响面最广的电子技术,它通过控制固体内电子的微观运动来实现对信息的加工处理,并在固体的微区(小到几个晶格的数量级)内进行,可以把一个电子功能部件,甚至一个系统集成在一个很小的芯片上。
光子信息技术和微电子技术一样,是一种渗透性极强的综合技术,使以光集成技术为核心的有关光学元、器件制造的应用技术。
与微电子技术类似,它利用外延、扩散、竹茹、蒸发工艺,把各种有缘何无源光学器件(激光器、光耦合器、光分路器、光调制器、光检测器等)集成在一起,构成能完成光学信息获取、处理和存储等功能的系统。
光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术,是光与电子转换及其应用的技术。
从广义上讲,光电信息技术就是在光频段的微电子技术,它将光学技术和电子技术相结合实现信息的获取、加工、传输、控制、处理、存储与显示。
它将光的快速(世界上运动最快的物质光)与电子信息处理的方便快速相结合,因而具有很多无可比拟的优点。
光电信息技术的发展与应用第一章:光电信息技术的概述光电信息技术是一门集光学、电子、计算机、通信等多学科知识于一身的高科技领域,其核心理论是基于半导体材料的光电子技术。
随着电子信息技术的进步和计算能力的提升,光电信息技术逐渐成为了信息技术的新焦点。
它广泛应用于通信、医疗、生物、材料等领域,受到了全球范围内的高度关注。
第二章:光电信息技术的发展历程20世纪初,人们开始研究光电效应,创建了光电子学这门学科,为光电信息技术奠定了基础。
20世纪60年代,光纤通信技术的出现使得光电信息技术得以实现长距离的信息传输,同时半导体发光器件的发明也为光纤通信技术提供了重要的基础。
80年代初,人们发明了有源光纤放大器,使得光纤通信技术得以取代传统的电缆传输技术。
此后,光电信息技术不断发展,出现了新型的光电器件,如光电探测器、光纤光栅等,进一步推动了光电信息技术的发展。
第三章:光电信息技术的应用1. 光通信光通信作为光电信息技术的重要应用,已经成为现代通信领域的主流技术。
光通信具有传输速度快、信号干扰小、抗噪声干扰性能强等优点,广泛应用于电话、电视、互联网等领域,极大提高了信息传输速度和可靠性。
2. 光储存光电存储是光电信息技术应用中的又一领域。
它以光敏材料为媒介,采用激光或光电银盐技术,实现了激光、照相、银盐等传统影像技术数字化、网络化的转型,有效提高了图像存储和传输的效率。
3. 生物医学光电信息技术在生物医学领域的应用日益广泛。
利用激光技术对细胞或组织进行检测、治疗和修复,可大大提高治疗效果,同时也减少了手术的创伤和疼痛。
此外,光电信息技术还可用于体积成像、结构成像、功能性成像等方面,帮助医生更加准确地进行疾病诊断和治疗。
4. 太阳能光伏产业光电信息技术在太阳能光伏产业中的应用也十分广泛。
半导体材料的光伏效应可转换太阳能为电能,促进了太阳能光伏产业的发展。
光伏电池技术的不断创新和发展也为太阳能光伏产业的应用提供了更加广泛的可能性。
光电信息技术应用在当今科技飞速发展的时代,光电信息技术作为一门融合了光学、电子学和信息技术的交叉学科,正以惊人的速度改变着我们的生活和社会。
从通信领域到医疗诊断,从工业生产到航空航天,光电信息技术的应用无处不在,为人类带来了前所未有的便利和创新。
光电信息技术的核心在于对光的产生、传输、调制、探测和处理。
其中,激光技术是光电信息技术的重要组成部分。
激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特点,使其在许多领域发挥着关键作用。
例如,在通信领域,光纤通信利用激光作为信息载体,通过光纤进行高速、大容量的数据传输。
相比传统的电缆通信,光纤通信具有传输损耗低、抗干扰能力强等优势,能够实现远距离、高质量的通信。
如今,我们能够享受流畅的高清视频通话、快速的互联网下载速度,都离不开光纤通信技术的支持。
在工业生产中,光电信息技术也有着广泛的应用。
激光加工就是其中的一个典型例子。
利用激光的高能量密度,可以对各种材料进行精确的切割、焊接、打孔和表面处理。
与传统的机械加工方法相比,激光加工具有加工精度高、速度快、热影响区小等优点,能够满足现代工业对高精度、高效率加工的需求。
此外,光电传感器在工业自动化生产中也扮演着重要角色。
它们可以实时监测生产线上的温度、压力、位移等参数,实现生产过程的自动化控制和质量检测,提高生产效率和产品质量。
在医疗领域,光电信息技术的应用为疾病的诊断和治疗带来了新的突破。
光学相干断层扫描(OCT)技术就是一种先进的医疗成像技术,它利用近红外光对生物组织进行高分辨率的断层扫描,能够清晰地显示眼部、心血管等组织的微观结构,为疾病的早期诊断和治疗提供了重要依据。
激光治疗也是常见的医疗手段之一,如激光近视手术、激光美容等。
此外,生物发光和荧光技术在医学研究和临床诊断中也得到了广泛应用,通过检测生物体内的发光和荧光信号,可以实现对细胞、蛋白质等生物分子的检测和分析。
航空航天领域同样离不开光电信息技术。
卫星通信、遥感技术等都依赖于光电信息的传输和处理。
光电信息技术应用光电信息技术是指利用光电子器件和光电子技术来进行信息的传输、处理和存储的技术。
它是光电子学、信息科学、材料科学和光学等多学科交叉发展的产物,具有广泛的应用前景和巨大的社会经济效益。
一、光电信息技术在通信领域的应用光电信息技术在通信领域有着广泛的应用。
传统的通信方式主要依赖于电信号的传输,而光电信息技术则利用光信号的传输来实现更快速、更稳定的通信。
光纤通信作为光电信息技术的重要应用之一,具有大带宽、低损耗、抗干扰等优势。
光纤通信可以实现远距离高速传输,广泛应用于长途通信、互联网和有线电视等领域。
二、光电信息技术在能源领域的应用光电信息技术在能源领域的应用主要体现在太阳能领域。
太阳能是一种清洁、可再生的能源,而光电信息技术可以将太阳能转化为电能。
太阳能电池是光电信息技术在能源领域的重要应用之一,它利用光电效应将太阳能转化为电能。
太阳能电池具有环保、可靠、寿命长等特点,广泛应用于太阳能发电、太阳能照明和太阳能供电等领域。
三、光电信息技术在医疗领域的应用光电信息技术在医疗领域的应用主要体现在医学成像和光治疗领域。
医学成像技术是通过利用光电子器件和光电子技术来获取人体内部的影像信息。
光电子器件如光电二极管和光电倍增管等可以将光信号转化为电信号,通过电信号的处理和分析可以获得人体的影像信息。
医学成像技术包括X射线成像、CT扫描、MRI等,可以帮助医生做出准确的诊断。
光治疗是利用光的生物学效应来治疗疾病的方法。
光电信息技术可以通过光源的选择和控制来实现对病变组织的治疗。
光治疗广泛应用于皮肤病、癌症和眼科疾病等领域,具有无创、无毒副作用等优势。
四、光电信息技术在安全领域的应用光电信息技术在安全领域的应用主要体现在安防监控和指纹识别等方面。
安防监控系统利用光电子器件和光电子技术来实现对环境的监控和对事件的记录。
光电子器件如光电传感器和光电摄像机等可以实时采集环境的光信号,通过信号的处理和分析可以判断是否存在异常事件。
光电信息技术在航天工业中的应用前景光电信息技术作为一项新兴技术,正逐渐在各个领域中起到重要的作用。
在航天工业中,光电信息技术也呈现出广阔的应用前景。
本文将探讨光电信息技术在航天工业中的应用前景,并展望未来的发展趋势。
1. 光电信息技术在航天探测中的应用航天探测是航天工业中的重要组成部分,它需要利用各种传感器和仪器来获取和处理信息。
光电信息技术通过利用光电转换的原理,可以制造高灵敏度、高分辨率的传感器和探测器,用于探测太空中的各种信息。
比如,太阳能电池板可以将光能转化为电能,用于为航天器提供电力;光学望远镜可以拍摄远处星系的图像,用于研究宇宙的起源和演化。
这些技术的应用,不仅提高了航天探测的准确性和效率,还为人类对宇宙的认识做出了重要贡献。
2. 光电信息技术在航天通信中的应用航天通信是指航天器与地面控制中心之间的信息传递和交流。
在传统的通信系统中,无线电信号占据主导地位。
然而,光电信息技术的出现,为航天通信带来了新的可能性。
光纤通信技术的应用可以提供更高的传输速率和带宽,可以实现更快速、稳定的数据传输,从而提高航天任务的执行效率。
此外,激光通信技术的应用可以实现更远距离的通信,使得航天器能够更迅速地传递信息,同时实现更高的安全性和抗干扰能力。
航天通信领域的光电信息技术的应用前景非常广阔,有望在未来的航天任务中得到更广泛的应用。
3. 光电信息技术在航天导航中的应用航天导航是指航天器在太空中自主导航和定位的过程。
光电信息技术可以通过利用卫星导航系统和激光测距技术,实现航天器的精确定位和导航。
例如,全球定位系统(GPS)可以通过接收卫星发射的信号,计算出航天器当前的位置和速度,为航天器提供准确的导航信息。
此外,激光测距技术可以通过测量光的传播时间,实现对航天器和地面之间的距离进行高精度测量,从而提供更加精确的导航数据。
这些光电信息技术的应用,不仅提高了航天器的导航精度,也为航天任务的顺利进行提供了重要的支持。
光电信息技术的应用与发展随着科技的不断发展,人们对信息的需求不断增加,而光电信息技术正是满足这一需求的重要手段之一。
它具有速度快、容量大、传输距离远、抗干扰能力强等优点,在广泛的领域得到越来越广泛的应用。
本文将从几个方面介绍光电信息技术的应用与发展。
一、光纤通信光纤通信是光电信息技术最早、也是最成功的一个应用领域。
光纤通信是一种基于光纤进行信号传输的通信方式。
相比传统的以铜线或电磁波为媒介的传输方式,它具有更高的带宽、更远的传输距离和更大的抗干扰能力。
现如今,光纤通信已成为人们通信方式的主流,并在互联网、电信行业有着广泛的应用。
二、激光加工激光加工是一种通过激光对材料进行切割、焊接、雕刻、打孔等功能的技术。
相比传统的机械加工方式,激光加工具有更高的精度、更快的速度和更少的热影响区域。
激光加工可以用于制造微小的零件、精细的图案等,因此在手机、电脑、汽车等领域有着广泛的应用。
三、光学仪器光学仪器是利用光电子技术研制的测量、检测、观察等设备。
它包括光谱仪、显微镜、望远镜、太阳能电池等等。
使用光学仪器进行测量,可以获得更加精准的数据,并且往往非常适合微小结构的材料表征。
光学仪器的应用领域非常广泛,在飞行器、医疗、地质勘探等领域都有着重要的应用。
四、显示技术显示技术是指利用光电信息技术将图像或文字等信息通过显示屏等载体展示出来的技术。
随着科技的不断发展,显示技术也不断更新,从单色、黑白到彩色、高清,不断逼近真实世界的展示效果,人们对其的需求也越来越高。
现如今,我们周围的各种设备,如电视、手机、电脑等都是显示技术的重要应用领域。
五、光电传感技术光电传感技术是指将激光、光电探测器、信号处理器等结合在一起,对环境中的一些物理量或化学量进行测量、探测的技术。
光电传感技术具有的优点包括精度高、干扰少、反应快等,因此在环境监测、化工、医疗等领域得到了广泛的应用。
光电信息技术的应用领域非常广泛,而随着科技的不断发展和经济的不断增长,光电信息技术未来的应用前景也非常广阔。
光电信息技术在环境保护中的应用研究在当今社会,环境保护已成为全球共同关注的重要议题。
随着科技的不断进步,光电信息技术作为一种新兴的技术手段,正逐渐在环境保护领域发挥着重要作用。
光电信息技术涵盖了光学、电学、信息技术等多个学科领域,其应用范围广泛,包括环境监测、污染治理、资源保护等方面。
光电信息技术在环境监测中的应用具有极高的精度和效率。
例如,利用激光雷达技术可以对大气中的颗粒物、气态污染物进行实时监测。
激光雷达通过发射激光束,并接收其反射信号,能够精确测量污染物的浓度、分布以及传输路径。
这种技术不仅可以在城市环境中监测空气质量,还能在工业园区、交通要道等重点区域进行定点监测,为环境管理部门提供及时、准确的数据支持。
光谱分析技术也是光电信息技术在环境监测中的重要应用之一。
通过对物质吸收或发射光谱的分析,可以快速检测水体中的污染物成分和浓度。
比如,利用紫外可见光谱仪可以检测水中的有机物含量,而原子吸收光谱仪则能精确测定重金属离子的浓度。
这些技术具有灵敏度高、选择性好的特点,能够有效地发现潜在的环境污染问题。
在水污染治理方面,光电催化技术展现出了巨大的潜力。
光电催化是利用光能激发半导体材料产生电子空穴对,从而促进污染物的氧化还原反应,实现污水的净化处理。
这种技术对于处理含有难降解有机物的工业废水具有显著效果。
与传统的污水处理方法相比,光电催化技术具有反应条件温和、无二次污染等优点,为解决水污染问题提供了新的思路和方法。
此外,光电信息技术在可再生能源的开发和利用中也发挥着关键作用。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源,其开发和利用离不开光电转换技术。
太阳能电池通过光电效应将太阳能直接转化为电能,为解决能源短缺和减少温室气体排放提供了重要途径。
同时,光伏农业、光伏建筑一体化等新兴应用模式也在不断涌现,进一步拓展了太阳能的应用领域,实现了能源与环境的协同发展。
在固体废弃物处理方面,光电分选技术为垃圾分类和资源回收提供了有效的手段。
农药残留物光电测定仪主题号:(6)姓名:徐铭壕学号:08124093 序号:日期:2011.10.23摘要:进入21世纪以来,随着人们生活水平和环保意识的提高,对健康要求越来越高。
然而由于人口的快速增长,工业的迅猛发展,菜田受工业三废和生活废弃物的污染越来越严重,特别是个别菜农、肉农、果农为了眼前的经济利益,大量使用化肥农药、饲料添加剂等,这个就造成了蔬菜、肉类、果类等普遍存在硝酸盐、农药、重金属铅和其它有害物质残留物质超标的现象。
即使残留物是微量的,长期的接触也会给人们的健康带来极大的危害。
以及进入WTO以后农产品农药含量超标引起的贸易壁垒问题,如何切实有效地控制、监测农药残留己成为人们非常关心的问题,也引起了政府的高度重视。
传统的农药残留检测方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱-质谱联用技术、液相色谱-质谱联用技术等。
这些方法虽然测量准确但存在样品前处理过程繁琐、消耗试剂、耗时长等缺点,不能满足快速、绿色检测的需要。
光电检测技术具有检测灵敏度高、取样量少、快速、简便,可在恶劣环境下进行在线、连续监测等优点,它在农药残留检测中的应用成为当今热点之一。
关键词:农药残留;吸收光谱;光电转换一、研究背景据不完全统计,每年有20至40万人食物中毒,2001年国家技术监督局公布了几个城市蔬菜农药残留的抽检情况,60%多得样本农残超标。
所以2007年四月农业部启动了“无公害食品行动计划”,北京、天津、上海和深圳作为第一批试点城市,目标是在2~3年内实现从农田到餐桌的全程无公害生产管理。
但事实上,一个中等规模集贸市场要抽检10%的食品量,每天要抽50个样品,需要50多元的测试卡,加上两名检测人员的工资,一个月至少要30000元的开支。
可谓是效率低、开销大,而且还要国家专门建立监测站,因单个业主不具备随时检测自己蔬菜食品的条件。
纵观当前国内蔬菜食品有害农药物质的检测方式,无一不是需要专业人士来进行操作、繁琐而且要求规范的前期取样工作。
目前,我国对农药残留的检测方法还主要限于气相色谱法、液相色谱法等传统农药残留检测方法,这些方法虽然具有分析精度高、定量准确等优点,但是这些方法样品前处理复杂,检测时间一长,成本过高,需要在实验室由专业人员来进行检测,不能满足现场检测的需求。
因此必须研究出新的农药残留检测方法,能够满足现场检测、快速、成本低、显示直观、定性和半定量及判断其产品是否使用安全的要求。
光电检测技术作为一种应用范围性较广且快速可靠的技术,它在农药残留检测中有着很大的研究价值。
基于此考虑,本文提出了一种化学发光法和光电检测技术相结合的农药残留检测方法。
研究的意义在于:(1)对完善光电检测技术在农药残留检测领域应用中的理论探索具有重要的参考价值;(2)将化学发光法和光电检测技术相结合,省去了光电检测系统中光源的设计,从而使得检测设备更加轻便,更易于现场检测的实现;(3)为农药残留检测提供了一种新的快速检测的手段,具有应用前景。
二、研究现状现有的农药残留检测方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法、气一质联用(GC一MS)和液一质联用(HPLC一MS)、化学发光法、免疫法等[v]。
(1)气相色谱法(GC)气相色谱法作为一种传统经典的农药残留检测方法,具有较强的分离能力,较高的灵敏度以及应用广泛等优点。
目前,农药残留检测70%采用气相色谱法进行。
针对样品分析复杂、农药含量低,大多数有机磷农药挥发性高、热稳定性差的特征,想要准确地检测农药含量,就必须用灵敏度高、选择性好的方法来保证,因此,气相色谱法是首选的方法。
有机磷农药分析在试剂中比较频繁使用的检测器主要有NPD[s]、FPD101和MSllo]。
但是气相色谱法不适合用于热不稳定性化合物的检测,并且存在着仪器价格昂贵、样品前处理时间长、技术难度大等缺点。
(2)高效液相色谱法(HPLC)高效液相色谱法是20世纪60年代末逐渐发展起来的一种分析方法,它的应用围很广,世界上大约有80%有机物可以高效液相色谱分析法来分析测定。
高效液相色谱法具有高压、高速、高效、高灵敏度和应用范围广等特点,使用于热不稳定化合物的测定,但其也消耗溶剂量大、仪器价格昂贵、色谱柱制备难度大、检测器种类少,特别是缺少通用检测器等缺点。
(3)气一质联用(GC一MS)和液一质联用(HPLC一MS)气质联用(GC一MS)和液一质联用(HPLC一MS)是利用气相色谱仪和高效液相色谱仪作为农药残留分析的分离器,利用质谱仪作为检测器,把气相色谱仪和高效液相色谱仪的强大分离能力和质谱仪的定性功能有效的结合在一起,从而增强了气相色谱仪和高效液相色谱仪的定性功能。
(4)化学发光法化学发光(chemiluminescenee,CL)是一种将化学反应所产生的化学能转化为光能的反应过程。
化学发光法(CL)利用发光物质鲁米诺、光泽精、洛酚、没食子酸和过氧草酸等与农药进行特殊的化学反应,在反应中吸收了释放出的化学能,而处于电子激发态的反应中间体或反应产物由激发态回到基态时产生光辐射。
近年来,化学发光分析技术在药物和农药残留检测领域的应用发展迅速。
(5)免疫法(IA)免疫法是利用抗原一抗体特异性结合建立起来的检测方法。
它具有简单、快速、灵敏度高、特异性强、检测费用低等优点,是初筛及测定农药残留的好方法。
但它一般只适于分析一种或一类农药。
这些农药残留检测方法大部分都可以达到农药残留痕量分析的要求,也具有很高的精度和灵敏度。
但是,这些方法往往操作复杂,不能满足农药残留速测的要求,而且成本过高。
而有的方法响应速度很快,但是其它指标却很难满足实际测量的要求。
(6)光电检测技术在农药检测中的研究现状光电检测技术在农药检测中的应用,主要集中在直接光谱分析技术与荧光分析法方面。
在直接光谱分析技术方面,日本的H.Ishizawa小组正在尝试使用傅立叶变换型衰减全反射方法(Fr一ATR)对蔬菜表面的农药残留进行检测,检测了蔬菜表面残留的百菌清、异菌脉、氰马菊酷等杀菌剂,精度可达0.05ppm。
在荧光分析法方面,孙玲、周寿桓等设计了一种激光荧光光谱检测系统测量了虫胆威等5种农药的荧光光谱;RichardD.Harris等用光纤荧光免疫检测法测定水中农药残留二氯苯氧基乙酸,灵敏度为0.68×10-4μg/L。
而利用化学发光法结合的方法进行农药残留检测的应用还比较少。
三、关键问题及解决方案光电检测系统是以“傅里叶变换型全反射衰减红外分光法”(FTIR-ATR)为理论基础,并进一步探讨在实际测定中的改进。
近红外光谱区界于可见光区和红外光区之间。
分子在该区的吸收主要是一些能量较低的电子和分子振动状态间的跃迁。
由于C-H、N-H、O-H等含氢基团的吸收频率特性在近红外区域特别强,并且较稳定,因此近红外光谱技术较适合分析农副产品中与这些基团直接或间接关系的相关化学成分。
近红外是光谱中波长为800nm~2500nm的光。
在这个波长范围内,特定的原子群有对应的特征吸收波长,而且符合比尔定律:即被吸收光度与样品中吸收该波长光的院子聚集度存在线性关系。
该系统分为三个部分:光源系统,分光系统和样品检测系统。
农药的种类比较多,在近红外区对很多波长的光都有吸收,因此在要求光源在近红外区的响应曲线趋于平稳,采用溴钨灯。
在检测蔬菜样品时采用漫反射方式,并使用积分球对光进行均匀反射后,把样品反射的光送入到单色仪中进行光谱分析,再由计算出输出样品的农药残留。
考虑到成本和光路复杂性,本设计采用扫描的方式。
对入射的光通过步进电机带动光栅在近红外区进行扫描,出售的光照射到一元光电转换器件上,输出电信号给后继电路。
各系统之间才用光纤连接,以达到便携式的要求。
整个系统光学单元是核心,不但要考虑到整套系统的便携性,同时还要考虑到光学系统的成本。
本设计采用扫描式单色仪来实现对光谱信号的采集。
理由是:①该技术已经比较成熟,光路容易实现;②相对以阵列式检测,对光电接收器的要求不高,大大降低了成本;③扫描速度满足便携式的要求。
后继信号运算与处理单元肩负着数据采样、运算分析、输出显示及数据通讯等多项任务。
采用小二乘法对采样的数据建模。
1.样品检测系统的建立因为采用漫反射方式检测样品的吸收光谱,因此信号相对较弱,而对于不同颜色的蔬菜样品,其反射的光强变化太大,不利于光电转换器件的工作。
本设计利用积分球充分接受漫反射光。
2.扫描的波长范围和精度农药的吸收光谱主要集中在近红外区。
如果要求对整个个近红外区进行扫描,那么就不得不采用多光栅的光电系统,增加了光路的复杂性,而且扫描的速度大大下降,不利于便携式的应用。
本设计首先对几种农药的吸收光谱进行分析,并筛选对健康影响最大的农药,尽量减少扫描的范围。
其中光栅的设计师关键,尽量实现最优化。
并且在对扫描的步进电机的选择中,要在满足精度的前提下,降低成本。
图1中,溴钨灯发出的光通过SD滤光片到一个标准的SMA905接口导入到光纤中,光纤把光源的光导入到被检测的样品。
样品漫反射的光再经过积分球和SMA905接口导入到光纤中,通过光纤,传输到扫描式单色仪中。
信号出路控制电路输出光栅扫描和滤波片转换信号来对不同波长的入射光进行扫描输出,输出的光照射的光电转换器件,将光强信号转换成电信号,送入后继电路进行处理。
单色仪中得光栅采用1200线平面光栅,光电转换器件采用DInGaAS,其波长响应入图2。
图1.仪器的原理框图图2.DInGaAS的波长响应曲线四、讨论与展望农药残留物观点测定仪主要特色与创新之处在于:①采用光学与电子手段,应用目前最新可编程技术即内嵌高密度FPGA(现场可编程门阵列)可编程芯片以实现DSP信号处理与运算。
②整个检测过程中完全不使用任何化学试剂,通过光学反射吸收原理将样品中得化学成分采集至检测仪进行对比分析而不会破坏任何样品固有性质,然后将有害物质是否超标以及超标的量显示在液晶屏上,并可自动储存结果。
③分析过程完全智能化、人性化、最简化,使操作者工作量达到最小。
随着科技的进步,我们可以预见在不远的将来光学器件的更新可以使我们可以完成对全部农药更加全面、完整的检测。
参考文献1.杜习光,农药残留光电快速检测系统研究,西南大学硕士学位论文2.姜超,农药残留的荧光光谱检测技术研究,吉林大学硕士学位论文3.黄捷华,周少霞。
浅谈农药污染及其危害,广西热带农业,2001年第3期。