基于LabVIEW的近红外测量系统

本文结合虚拟仪器技术和近红外光谱分析技术搭建一个快速无损检测整粒小麦成分含量的系统。此系统以890nm 和940nm 两个波长的LED 以及14 个窄带干涉滤光片为光源电路部分；以检测器和运放为信号转换和调理部分；以NI 公司的数据采集卡PCI-6040E 为数据采集部分；数据的采集、显示、分析、保存均集成在同一个虚拟仪器面板上；此系统具有成本低廉、开发时间短、功能灵活、易扩展和维护且可进行现场无损检测等优点。
关键词：虚拟仪器技术；近红外光谱分析；小麦成分；无损检测
近红外谱区[1]是指位于可见谱区与中红外谱区之间的一段电磁波谱，即介于780-2526nm 的光区。近红外光谱（Near-infrared Spectroscopy, NIRS）可划分为短波长近红外波段和长波长近红外波段，其波段范围分别为780-1100nm 和1100-2526nm。由于频率较高，NIR 谱区分子对其吸收主要是分子振动的倍频与合频吸收。NIRS 分析技术是通过被分析物质中的含氢基团，如OH、CH、NH、SH、PH 等在近红外区域内表现有特征吸收，利用计算机技术及化学计量学方法，对扫描测试样品的光学数据进行一系列的分析处理，最后完成该样品有关成分的定量分析任务。由于它具有不破坏样品且快速、准确等优点，是20 世纪90 年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术 [2，3]。目前它在谷物检测领域已有着广泛的应用，如水分、蛋白、脂肪和纤维等指标的测定，近红外检测技术已经成为了一种公认的标准检测方法[4]。但是现有的近红外光谱分析仪器大多体积庞大，价格昂贵，不利于现场分析；或者功能单一，不易扩展和维护。
虚拟仪器[5]的概念，是美国国家仪器公司（National Instruments Corp.简称NI）于1986 年
提出的，它是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。本文结合虚拟仪器技术和近红外光谱分析技术，搭建了一个快速无损检测整粒小麦成分含量的系统。
基于虚拟仪器的近红外整粒小麦成分测量系统主要包括仪器软、硬件和建模软件。仪器软、硬件均采用模块化设计。硬件模块化主要由光路、检测器及信号调理电路和虚拟仪器的数据采集板卡组成；软件模块化主要由信号获取模块、I/O 控制模块、数据分析模块、数据保存和显示模块组成。软件平台采用的是图形化的编程语言LabVIEW，建模采用逐步回归分析[6]方法。