NIR-M-R2，900-1700nm，是近紅外光譜應(yīng)用領(lǐng)域極受歡迎的一款反射型手持近紅外光譜模塊，內(nèi)置光源，支持MicroUSB、Uart和可選配的Bluetooth通信，提供完善的SDK二次開(kāi)發(fā)包，方便用戶快速開(kāi)發(fā)。
NIR-R210，900-1700nm，是裸板模塊的基礎(chǔ)上，增加了鋰電池、藍(lán)牙通信和保護(hù)殼體，憑借完備的配置，精美的封裝，超高的性價(jià)比，廣泛用于實(shí)驗(yàn)室和戶外測(cè)量。
一、產(chǎn)品特點(diǎn)
- 小巧隨處可測(cè)。內(nèi)置鋰電，可移動(dòng)電源充電；掌心大小，小巧便攜，放入口袋，隨處可測(cè)。
- 內(nèi)置光源和鋰電。內(nèi)置長(zhǎng)壽命光源，3800mAH鋰電，工作續(xù)航超10小時(shí)，待機(jī)超7天。
- 多種通訊接口。MicroUSB、Uart、藍(lán)牙通信，電腦、單片機(jī)、手機(jī)等，全方位支持。
- 全平臺(tái)SDK。支持Windows、Linux、Android、Ios、Keil，免費(fèi)提供演示軟件和示例源碼。
二、應(yīng)用場(chǎng)景
布料測(cè)量
對(duì)布料成分和比例進(jìn)行定性或定量分析
水果測(cè)量
對(duì)水果的糖度、水分或新鮮度等進(jìn)行定量分析
皮革測(cè)量
對(duì)皮革類(lèi)的成分做定性分析，可用于區(qū)分真假皮革
塑料測(cè)量
對(duì)塑料成分做快速定性鑒定，主要用于來(lái)料分析
土壤測(cè)量
對(duì)土壤肥力做定量分析，粉末類(lèi)放于透明石英容器測(cè)量
谷物測(cè)量
對(duì)谷物成分品質(zhì)做定性或定量分析，顆粒類(lèi)放于透明容器測(cè)量
三、技術(shù)參數(shù)
| 項(xiàng)目 | 參數(shù) | 描述 |
|---|---|---|
| 產(chǎn)品型號(hào) | NIR-M-R2 | 適用于接觸式反射測(cè)量 |
| 波長(zhǎng)范圍 | 900-1700nm | 近紅外常用波長(zhǎng)或波數(shù)表示范圍 |
| 光學(xué)分辨率 | Typ. 10 nm, Max. 12 nm | 常用峰值波長(zhǎng)半高寬表示 |
| 波長(zhǎng)精度 | Typ.±1 nm, Max.±2 nm | 測(cè)量峰值與校準(zhǔn)樣品峰值的波長(zhǎng)偏差 |
| 信噪比 | 6000:1 | 滿量程相對(duì)強(qiáng)度值與系統(tǒng)電子噪聲波動(dòng)值的比值 |
| 狹縫尺寸 | 25um | 光譜儀入光口狹縫，量產(chǎn)內(nèi)置，不可更改 |
| 通訊接口 | MicroUSB、UART、藍(lán)牙 | MicroUSB直連電腦，Uart用于串口，藍(lán)牙用于手機(jī)APP |
| 傳感器 | 溫濕度傳感器 | 用于顯示模塊內(nèi)部溫濕度值 |
| 供電 | 5V-300mA | USB供電、鋰電池供電或外置電源均可 |
四、原理介紹
4.1 化學(xué)原理
當(dāng)紅外光照射物體時(shí)，若物體中的分子選擇性吸收某些波長(zhǎng)的光，則會(huì)產(chǎn)生吸收光譜，通過(guò)對(duì)特征光譜進(jìn)行標(biāo)定和建模，可實(shí)現(xiàn)被測(cè)樣品的定性或定量分析。 通常情況下，由分子基頻振動(dòng)產(chǎn)生的吸收光譜在中紅外波段，對(duì)應(yīng)光譜范圍是2.5-25um，對(duì)應(yīng)波數(shù)范圍是4000-400cm-1；而分子振動(dòng)的倍頻或組合頻產(chǎn)生的吸收光譜范圍會(huì)落在近紅外波長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍是0.7-2.5um（即700-2500nm），對(duì)應(yīng)波數(shù)范圍是4000-14825cm-1。 有機(jī)化合物中有很多含氫基團(tuán)（X-H），而含氫基團(tuán)的一倍頻位于近紅外區(qū)，因此，近紅外測(cè)試效果最好的分子對(duì)象是含氫基團(tuán)，主要基團(tuán)如下圖：
4.2 光學(xué)原理
本型號(hào)近紅外光譜模組采用是光柵分光設(shè)計(jì)，光經(jīng)過(guò)狹縫（Slit）并準(zhǔn)直（Collimating）照射到光柵（Diffraction）上，由光柵分光后產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的光，并排射到數(shù)字鏡像陣列（DLP）反射鏡，通過(guò)編程控制每個(gè)微型反射鏡，依次把對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光反射到單點(diǎn)InGaAs探測(cè)器上，再由ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并解析成光譜曲線。具體原理圖如下：
該光路最大的優(yōu)勢(shì)是把價(jià)格昂貴的傳統(tǒng)線陣InGaAs探測(cè)器，用價(jià)格便宜的單點(diǎn)探測(cè)器替代，同時(shí)依托臺(tái)灣中強(qiáng)光電在江蘇昆山的投影儀模組精密生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)化，把單價(jià)10萬(wàn)+的近紅外光譜儀，做到單價(jià)1萬(wàn)+，進(jìn)而讓許多用不起的應(yīng)用場(chǎng)景變成了可能。 該光路實(shí)現(xiàn)把光源做了內(nèi)置處理，從而避免了光纖接入和外置光源配備，使得體積變得非常小，很適合于手持設(shè)備集成開(kāi)發(fā)。
4.3 測(cè)量原理
反射型近紅外光譜儀主要用于接觸式測(cè)量物體的光譜反射率或吸光度。該反射率是基于標(biāo)準(zhǔn)白板作為參考計(jì)算得出，吸光度是由反射率（或透射率）進(jìn)行數(shù)學(xué)變換后的表達(dá)。
反射率或吸光度的測(cè)量流程如下：
反射率的計(jì)算公式如下：
其中R表示反射率（Reflectance），Sample是指樣品光譜，Reference是指參考光譜。
對(duì)反射率公式作數(shù)學(xué)變換可得到吸光度公式：
對(duì)于精度要求較高的用戶，可以再存儲(chǔ)一次暗背景，用于扣除光譜儀的電子噪聲基線（主要來(lái)自于InGaAs探測(cè)器和電路板），稱為暗背景。在流程圖上增加一個(gè)步驟即可：把光譜儀測(cè)量口避開(kāi)物體，懸空朝下對(duì)著空氣，點(diǎn)擊測(cè)量，獲取暗背景光譜。
此時(shí)反射率的計(jì)算公式有所變化，具體如下：
其中R表示反射率（Reflectance），Sample是指樣品光譜，Reference是指參考光譜，Dark是暗背景光譜。
對(duì)反射率公式作數(shù)學(xué)變換可得到吸光度公式：
室內(nèi)環(huán)境中很少會(huì)近紅外光（LED照明燈不含近紅外光譜）。即使在室外，只要光譜儀測(cè)量口不對(duì)著太陽(yáng)光，且InGaAs探測(cè)器靈敏度遠(yuǎn)不如200-1100nm范圍的CCD探測(cè)器，一般也不會(huì)有環(huán)境光被感應(yīng)到。因此取暗背景時(shí)，基本不需要考慮環(huán)境光，懸空朝下對(duì)著空氣即可。
五、產(chǎn)品選型
5.1 按波長(zhǎng)范圍選型
因近紅外光譜儀種類(lèi)和型號(hào)較多，會(huì)導(dǎo)致缺乏使用經(jīng)驗(yàn)的用戶不知如何選型。波長(zhǎng)范圍是近紅外光譜儀選型時(shí)最重要的指標(biāo)，不同范圍差價(jià)非常大。常用紅外光譜儀按照波長(zhǎng)范圍可以分為以下幾類(lèi)：
| 波長(zhǎng)范圍 | 探測(cè)器類(lèi)型 | 特點(diǎn) | 分子振動(dòng)頻 |
|---|---|---|---|
| 700-1100nm | 硅元素（Si） | 價(jià)格便宜，范圍短窄，有機(jī)分子識(shí)別能力能力差 | 多倍頻/混合頻 |
| 900-1700nm | 銦鎵砷（InGaAs） | 價(jià)格適中，范圍適中，有機(jī)分子識(shí)別能力適中 | 一倍頻/混合頻 |
| 900-2500nm | 銦鎵砷（InGaAs） | 價(jià)格較貴，范圍較廣，有機(jī)分子識(shí)別能力強(qiáng) | 一倍頻/混合頻 |
| 2.5um-25um | 銻砷銦（InAsSb） | 價(jià)格非常貴，體積大，有機(jī)分子識(shí)別能力非常強(qiáng) | 基頻 |
5.2 按預(yù)算價(jià)格范圍選型
紅外光譜儀不同原理和波長(zhǎng)范圍的價(jià)格差異很大，根據(jù)采購(gòu)預(yù)算，可以按照價(jià)格差異作如下分類(lèi)：
| 波長(zhǎng)范圍 | 探測(cè)器類(lèi)型 | 預(yù)算范圍 |
|---|---|---|
| 700-1100nm | 線陣或面陣CCD型 | 1-5萬(wàn) |
| 900-1700nm | DMD+單點(diǎn)InGaAs型 | 1-2萬(wàn) |
| 900-1700nm | 線陣InGaAs型 | 8-18萬(wàn) |
| 1350-2150nm | DMD+單點(diǎn)InGaAs型 | 4-6萬(wàn) |
| 900-2500nm | 線陣InGaAs型 | 20-30萬(wàn) |
| 2.5-25um | 傅里葉紅外 | 20-50萬(wàn) |
5.3 按測(cè)量光路場(chǎng)景選型
根據(jù)實(shí)際測(cè)量時(shí)使用的光路場(chǎng)景，如反射光路、透射光路或自行搭建光路，可選擇不同類(lèi)型的光譜儀或模塊。下面僅對(duì)譜研互聯(lián)提供的各種型號(hào)進(jìn)行對(duì)比介紹：
反射型 NIR-M-R2
900-1700nm，內(nèi)置光源，裸板反射模塊，支持USB、UART 和藍(lán)牙通訊（需另配藍(lán)牙模塊），常用于手持設(shè)備開(kāi)發(fā)，適用于接觸式反射光譜測(cè)量
透射型 NIR-M-T1
900-1700nm，透射型，內(nèi)置光源和準(zhǔn)直鏡，裸板透射模塊，支持USB、UART 通信，用于溶液的光譜透射率測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶液快速定性和定量分析。
光纖型 NIR-M-F1
900-1700nm，光纖型，裸板光纖接口模塊，支持USB、UART 通信，SMA905 光纖接口，配合外置光源、反射探頭或反射式積分球、余弦校正器、比色皿支架等，可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng)，用于反射或透射光譜測(cè)量，適合搭建式測(cè)量場(chǎng)景。
反射型 NIR-R210
900-1700nm，反射型，內(nèi)置鋰電池和藍(lán)牙模組，鋁合金殼體，支持LOGO 定制，支持USB、UART 和藍(lán)牙通訊，常用于手持設(shè)備開(kāi)發(fā)，適用于接觸式反射光譜測(cè)量。
透射型 NIR-M-T1-C
900-1700nm，透射型，帶殼體，內(nèi)置光源和準(zhǔn)直鏡，支持USB、UART 通信，用于溶液的光譜透射率測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶液快速定性和定量分析。
透射型 NIR-M-F1-C
900-1700nm，光纖型，帶殼體，支持USB、UART 通信，SMA905 光纖接口，配合外置光源、反射探頭或反射式積分球、余弦校正器、比色皿支架等，可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng)，用于反射或透射光譜測(cè)量，適合搭建式測(cè)量場(chǎng)景。
反射型 NIR-M-R11
1350-2150nm，反射型，InGaAs 探測(cè)器，內(nèi)置四只鹵素?zé)?，支持USB、UART 通信，常用于手持設(shè)備開(kāi)發(fā)，適用于接觸式反射光譜測(cè)量
透射型 NIR-M-F11
1350-2150nm，光纖型，裸板光纖接口模塊，支持USB、UART 通信，SMA905 光纖接口，配合外置光源、反射探頭或反射式積分球、余弦校正器、比色皿支架等，可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng)，用于反射或透射光譜測(cè)量，適合搭建式測(cè)量場(chǎng)景。
透射型 NIR-M-T11
1350-2150nm，透射型，內(nèi)置光源和準(zhǔn)直鏡，裸板透射模塊，支持USB、UART 通信，用于溶液的光譜透射率測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶液快速定性和定量分析.
反射型 NIR-R310L
1350-2150nm，反射型，InGaAs 探測(cè)器，內(nèi)置四只鹵素?zé)?，?nèi)置鋰電池和藍(lán)牙模組，鋁合金殼體，支持LOGO 定制，支持USB、UART 和藍(lán)牙通訊，常用于手持設(shè)備開(kāi)發(fā)，適用于接觸式反射光譜測(cè)量。
光纖型 NIR-M-F11-C
1350-2150nm，光纖型，帶殼體，支持USB、UART 通信，SMA905 光纖接口，配合外置光源、反射探頭或反射式積分球、余弦校正器、比色皿支架等，可搭建較為靈活的光譜測(cè)量系統(tǒng)，用于反射或透射光譜測(cè)量，適合搭建式測(cè)量場(chǎng)景。
透射型 NIR-M-T11-C
1350-2150nm，透射型，帶殼體，內(nèi)置光源和準(zhǔn)直鏡，支持USB、UART 通信，用于溶液的光譜透射率測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶液快速定性和定量分析。
六、訂購(gòu)信息
6.1 選型裸板模塊NIR-M-R2
反射型近紅外光譜儀通常用于測(cè)量反射率或吸光度，通常需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考白板，用于取參考強(qiáng)度值。對(duì)于固定反射測(cè)量場(chǎng)景，通常做如下套件配置：
| 產(chǎn)品名稱 | 型號(hào) | 數(shù)量 | 單價(jià) | 金額 |
|---|---|---|---|---|
| 反射型近紅外光譜模塊 | NIR-M-R2 | 1 | 16830 | 16830 |
| 標(biāo)準(zhǔn)參考白板 | STD-DR100 | 1 | 950 | 950 |
| 合計(jì) | 17780 |
6.2 選型帶殼體整機(jī)NIR-R210
對(duì)于非集成用戶，僅用于做實(shí)驗(yàn)測(cè)試，推薦選購(gòu)帶殼體整機(jī)NIR-R210，手持使用時(shí)有保護(hù)殼體，可根據(jù)樣品類(lèi)型做正反向測(cè)試，手持接觸測(cè)量時(shí)可正向測(cè)試，對(duì)于需要放在容器里的粉末或顆粒類(lèi)樣品可反向防止測(cè)試。該型號(hào)內(nèi)置了鋰電池和藍(lán)牙通信，可用于手機(jī)端測(cè)試。
此外，對(duì)于所有帶殼體的型號(hào)，我司支持LOGO和型號(hào)等打標(biāo)定制，用戶可根據(jù)需要把要打標(biāo)的內(nèi)容發(fā)給我司，由美工設(shè)計(jì)人員先把效果圖展示給用戶確認(rèn)后，再予以打標(biāo)。
| 產(chǎn)品名稱 | 型號(hào) | 數(shù)量 | 單價(jià) | 金額 |
|---|---|---|---|---|
| 反射型近紅外光譜模塊 | NIR-R210 | 1 | 19580 | 19580 |
| 標(biāo)準(zhǔn)參考白板 | STD-DR100 | 1 | 950 | 950 |
| 合計(jì) | 20530 |
七、典型光譜
近紅外光譜最常使用的是吸光度模式，如何由原始光譜圖計(jì)算得出吸光度，可參見(jiàn)第四章第3節(jié)測(cè)量原理。對(duì)于透明樣品，最好是墊上白板，把透過(guò)的光再反射回樣品并進(jìn)入光譜儀測(cè)量口，以增加光穿過(guò)樣品的光程。在大多數(shù)反射測(cè)量中，光譜數(shù)據(jù)的絕對(duì)吸光度不宜直接使用，應(yīng)先做歸一化等預(yù)處理。
標(biāo)準(zhǔn)白板原始光譜圖
塑料ABS吸收光譜圖
大豆吸收光譜圖
人體皮膚吸收光譜圖
植物葉片吸收光譜圖
