《简易近红外无损检测装置的设计》文献综述
1前言
近红外(Near Infrared，NIR)是波长在780~3000nm范围的电磁波。红外光谱分析技术作为一种有效的分析手段在二十世纪三十年代就得到了认可，用于当时的分子结构理论的研究。近红外区的光谱吸收带是有机物质中能量较高的化学键例如含氢基团中X-H(X=C、N、0)等化学键在中红外光谱区基频吸收的倍频、合频和差频吸收带叠加而成的。近红外光谱包含了绝大多数类型的有机化合物的组成和分子结构等信息。由于不同类型的机物所含的基团并不一样，不同的基团的能级也不会相同，最重要的是不同基团和同一基团在不同物理化学环境中对特定波长的近红外光的吸收程度都有显著区别，并且还有吸收系数小，发热不明显等优点，因此近红外光谱能够作为获取信息的一种有效的载体。近红外光谱分析技术具有多种成分同时分析、测量速度快、测试成本低、样品无需预处理且不会遭到破坏、无需化学试剂等突出特点[1]。
2 现状与发展
早在上个世纪60年代初，Dull等首先应用近红外光谱测定了谷物中水分、脂肪、蛋白质等含量，并致力于其他农产品品质的研究。但是其研究正处于起步阶段，在实验方法、检测精度等方面仍有很大不足[2]。Wright等研究人员利用近红外光谱技术预测木材中的纤维素含量和纸浆产量的研究，实验表明，近红外可以快速预测原料中的纤维素含量和制浆得率，预测模型的相关系数分别为0.730和0.668[3]。Behon等使用漫反射和傅里叶红外显微镜方法测定了10个果蔬样品(胡萝卜、黄瓜、克威果、辣椒、橙子、梨、土豆、葡萄、苹果和小胡瓜)的细胞壁，并与KBr的方法进行了比较，发现三种方法都能用于区别苹果和非苹果，但使用不同的方法所得到的光谱有明显变化[4]。Pallav描述了将近红外信号用于NDE测量。并表明，此类信号可用于对许多类型的非金属材料（包括聚合物，陶瓷和包装材料）的内部结构进行成像[5]。 Ziadi提出了一种基于近红外光谱技术的无损评估牛肉中大理石花纹比例的原始成像方法[6]。 Gavrilov进行了近红外技术在绘画无损评估中适用性的实验比较研究[7]。 Tien使用近红外技术进行静脉成像的研究[8]。Barbin 利用近红外光谱成像作为无损评估工具，用于识别新鲜和冻融的猪背最长肌[9]。
近红外光谱技术在国内的应用始于90年代末，在近十几年来发展较快，最初主要用于造纸和纸浆行业中的应用，如吴新生等利用近红外光谱技术测量纸浆中木素含量以及纸浆卡伯值的测量，随后发展到利用近红外光谱技术对造纸原料进行快速分类[10]。杨甜军基于LabVIEW和多光谱成像技术设计了一套苹果品质检测装置对每个苹果的图像采集与处理时间为8s，能够对大小、形状、损伤以及糖度等指标进行检测，具有无损、快速的特点[11]。杨磊等利用近红外光谱通过PLS和PCI建模方法对梨子的糖度、酸度、坚实度和密度等内在品质进行了预测。李庆波采用透反射测样方式获取了植物叶片的可见一近红外光谱，并对获得的500～900nm光谱数据进行平滑、一阶微分以及小波变换等预处理，然后采用偏最小二乘法(PLS)建立植物了叶片绿素含量与叶片吸收光谱的定量分析模型，最后利用该模型对预测集样本进行预测。预测集中样本的预测值与标准值之间的相关系数为0.93，预测均方根误差为1.1SPAD。实验结果表明，利用可见近红外光谱检测叶片叶绿素含量是可行的，这对今后实现快速无损检测植物叶绿素含量具有重要的指导意义[12]。杨忠利用近红外光谱结合多变量数据分析技术对我国人工林湿地松木材的纤维素含量进行了预测，预测模型的相关系数为0.82；预测标准误差为0.97[13]。周向阳等利用倍频区1908nm附近的含磷基团的特征信号，采用傅里叶变换近红外光谱法对十字花科、旋药科、菊科、伞形花科、苋科等2O余种叶菜类中有机磷农药残留的鉴别进行了系统研究[14]。 袁雷明等为解决水果内部品质信息的快速无损检测, 自主研制了一台基于可见/近红外光谱技术的便携式分析仪,通过试验验证其可行性及所建模型的鲁棒性[15]。 孙浩开展了基于可见/近红外光谱技术的抹茶品质快速无损检测方法及便携式装备的研发[16]。 彭玉魁等利用近红外技术对124个小麦品种的水分、粗蛋白、粗纤维、赖氨酸含量进行了比较测定[17]。李龙等设计了苹果内外品质在线无损检测分级系统。该系统主要由哑铃式滚子、机器视觉外观品质检测系统模块、近红外内部品质检测系统模块、分级模块以及控制系统组成[18]。李桂峰等利用傅里叶变换近红外光谱技术探讨快速无损检测苹果硬度方法的可行性[19]。王向东等为了探索近红外光谱快速无损检测苹果质地品质的方法，采集 240个苹果样本的近红外光谱，通过解析光谱图和进行不同的预处理，利用偏最小二乘法和多元线性回归建立回归模型和确定特征指纹图谱[20]。
未来，近红外技术的活力发展领域是和网络技术结合起来，实现资源共享、异地检测。另外，为了提高检测速度，近红外光谱分析技术可与核磁共振等技术结合起来，真正实现瞬时分析。
3 研究内容及任务
3.1电路设计
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