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光谱检测设备微型化 进军手机应用市场?

导读: 红外线光谱检测技术可以为使用者带来许多价值,例如食品/药品的成分,甚至珠宝的真伪,都逃不过该技术的法眼,而且只要短短几秒就能得知分析结果。因此,半导体厂非常看好该技术在手机应用上的发展潜力,正积极克服技术与应用上的瓶颈。

  OFweek电子工程网讯 红外线光谱检测技术可以为使用者带来许多价值,例如食品/药品的成分,甚至珠宝的真伪,都逃不过该技术的法眼,而且只要短短几秒就能得知分析结果。因此,半导体厂非常看好该技术在手机应用上的发展潜力,正积极克服技术与应用上的瓶颈。

  由于光谱检测可以在不破坏样品的前提下检测出待测物的物质成分,因此光谱仪一直是许多物质分析实验室必备的基本仪器之一。不过,传统光谱检测仪为了尽可能从更大的波长范围内取得物质的红外线波长特征,因此其光机系统设计相对复杂,设备尺寸很难缩小。

  针对上述问题,德州仪器(TI)已利用其所发明的数位光源处理技术(DLP)大幅改良了光谱仪的光机设计,让光谱仪变成可以放在口袋里的小型仪器,成本也大幅降低。另一家类比晶片大厂亚德诺(ADI)则想得更远,要将光谱检测功能变成可以被整合到手机等行动装置里的超小型硬体模组。

光谱检测设备微型化 进军手机应用市场?

  图1 亚德诺亚太区系统应用经理刘宪杰表示,透过演算法辅助及缩减频宽,红外线光谱检测设备可以做得非常小巧。

  跳脱传统框架 光谱检测设备微型化

  亚德诺亚太区系统应用经理刘宪杰(图1)表示,提到红外线光谱检测,业界总是会联想到实验室里的光谱仪。但如果从光谱检测技术的原理与光的物理特性出发,不要被传统光谱仪的硬体框架限制住,就能开发出尺寸更小,可以被整合到手机等可携式装置的解决方案。

  每一种物质遇到红外线时,都会吸收特定波长的红外线,这是红外线光谱检测技术之所以能用来检测物质成分的基本工作原理。但事实上各种物质除了会吸收一种特定波长的红外线之外,同时也会吸收该特定波长的倍数波长。换言之,如果用频域的角度来看,当一个物质被红外线照射到时,除了对应的主频会被吸收外,正好位在谐波频率的红外线也会被吸收,其概念就像电子讯号的主频与谐波。

  因此,如果光谱检测设备探测到某种谐波存在,一样可以确定某种对应物质存在。这对设计微型红外线光谱检测设备而言是一大福音,因为这意味着设备不一定要具备非常宽广的频宽,也足以检测出各种物质。这种“窄频”光谱仪的光机跟感测系统设计可以大幅简化,尺寸也明显缩小。亚德诺与Consumer Physics合作开发的SCiO红外线物质感测装置,就是这种窄频光谱感测装置(图2)。

光谱检测设备微型化 进军手机应用市场?

图2 SCiO是一种窄频红外线光谱仪,这也是SCiO能够微型化的关键所在。

  摆脱专业判读限制要靠大数据累积

  虽然硬体尺寸的问题找到解决方向,但感测器资料的判读仍是一大应用瓶颈。在现实生活中,很多物体都不是由纯物质构成。因此,感测器所读取到的资料波形往往相当复杂,而且随着红外线照射部位不同,即便是同一个待测物,测出的数值也会有所变化。此外,如果是用来量测农产品,个别待测物之间的数值也会有不小的改变。这些变数都会增加数据判读的难度。

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责任编辑:Zack
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