一、产品特点

  • 近红外光纤接口设计:采用 SMA905 光纤接口,可搭配比色皿支架、浸入式探头、反射探头、积分球等附件,灵活搭建透射、反射和在线检测光路。
  • 覆盖 900-1700nm 标称波段:配置 256 像素 InGaAs 线阵探测器,适合水分、油脂、醇类、有机物和高分子材料等近红外特征吸收分析;实际有效波段建议按约 950-1700nm 评估。
  • 高信噪比采集:典型信噪比 5000:1,适合需要稳定重复采集和化学计量建模的近红外实验或设备集成。
  • 小体积专业型结构:71.5mm × 61mm × 28mm 机身,便于嵌入在线设备、便携式检测仪或实验室自建光路。
  • 多通信接口可选:支持 Type-C、RS232、RS485 等通信方式,便于连接电脑、工控机、单片机或上位机系统。
  • 适合二次开发:可提供底层通信协议和开发支持,适合用户封装自有 SDK 或集成到自动化检测流程。

二、规格参数

2.1 技术参数

项目 参数
产品型号 NIR-F950
产品类型 近红外光纤光谱仪
标称波长范围 900-1700nm
建议有效波段 约 950-1700nm
光学分辨率 7nm(默认 25μm 狭缝)
波长精度 Typ. ±0.5nm
信噪比 5000:1
狭缝尺寸 25μm 默认,可选 50μm、100μm
探测器 Hamamatsu G13913-256FG
光学接口 SMA905
通讯接口 Type-C / RS232 / RS485
通信协议 自定义协议
供电规格 5V / 1A
外形尺寸 71.5mm × 61mm × 28mm
重量 约 200g

2.2 波段说明

NIR-F950 使用 InGaAs 线阵探测器,适合 1.0-1.7μm 附近的近红外吸收测量。手册标称波长范围为 900-1700nm,但探测器在短波端的实际响应会逐步下降,因此在建模和选型时,建议把 950-1700nm 作为主要有效使用区间。

该波段可覆盖 O-H、C-H、N-H 等含氢基团的倍频和合频吸收信息,常用于水分、醇类、油脂、蛋白、有机溶剂、塑料和农产品品质等分析场景。

三、常用光路

光纤光谱仪本体只负责光谱采集,实际测量需要根据样品状态搭配光源、光纤和采样附件。NIR-F950 常见搭配方式如下:

光路类型 典型配置 适用对象
液体透射 卤钨灯光源 + 光纤 + 比色皿支架 溶液、饮料、油品、透明或半透明液体
浸入式透射 光源 + 浸入式探头 反应液、发酵液、流体过程监测
漫反射 卤钨灯光源 + 反射探头 粉末、颗粒、固体表面
积分球反射 光源 + 积分球 片材、涂层、颜色和反射率测量
在线流通池 光源 + 流通比色皿或流通池 管路液体、在线浓度监测

四、原理介绍

4.1 光纤光谱仪组成原理

光纤光谱仪通常采用 Czerny-Turner 光路结构。外部光源、样品或探头输出的复合光经 SMA905 光纤接口进入光谱仪,先由入口狭缝限定入射光束,再经准直反射镜、光栅和聚焦镜组完成分光,最后落到线阵探测器的不同像素位置。每个像素对应一段波长信号,经 ADC 转换和波长标定后,软件即可重建出按波长排列的光谱曲线。

光纤光谱仪内部光路原理
光纤光谱仪内部光路原理

典型组成部件包括:

部件 作用
入射光接口 与光纤连接并对准入口狭缝,保证光路重复性和机械连接强度
狭缝 控制进入光谱仪的光通量,同时影响灵敏度和光学分辨率
近红外增透或滤光组件 提升目标波段透过率,并降低非目标波段杂散光影响
准直反射镜 将狭缝后的发散光整理为准直光束,使其稳定照射到光栅
光栅 将复合光按波长色散,是决定波长范围和分辨率的核心器件
聚焦镜组 将色散后的光谱带聚焦到探测器有效区域,提高光能利用率
InGaAs 线阵探测器 不同像素接收不同近红外波长的光信号,并转换为可数字化处理的电信号

NIR-F950 面向 900-1700nm 近红外波段,内部光学配置需要兼顾 InGaAs 探测器响应、光栅效率和近红外光学镀膜。选型时需要在波长范围、分辨率和灵敏度之间取得平衡:光栅线数越高,分辨率通常越高,但可覆盖波段会变窄;狭缝越宽,信号更强,但分辨率会下降;近红外应用还需要关注光源强度、光纤透过率和样品吸收强度。

五、应用场景

  • 食品与农产品:水分、油脂、蛋白、糖度和品质差异分析。
  • 酒精与溶剂:乙醇、水、有机溶剂及混合液浓度建模。
  • 油品检测:食用油、润滑油、燃料油等 C-H 吸收特征分析。
  • 高分子材料:塑料材质识别、树脂批次差异和添加剂相关检测。
  • 制药与化工:原辅料鉴别、药液配比、反应过程和溶剂残留监测。
  • 在线设备集成:与光源、光纤探头和工控系统组成固定检测工位。

六、使用与集成建议

6.1 光源与附件

  • 近红外测量建议搭配稳定的卤钨灯光源,优先选择覆盖 900-1700nm 的连续光源。
  • 透射测量应根据样品吸收强度选择合适光程。含水样品在 1400nm 以上吸收较强,必要时应使用短光程比色皿或稀释样品。
  • 反射测量应保持探头角度、测量距离和样品压实状态一致,减少散射变化对模型的影响。
  • 在线测量建议固定光纤弯曲半径和连接状态,避免光纤移动带来基线漂移。

6.2 采集与建模

  • 每次更换光路、光源、样品池或探头位置后,应重新采集参考光谱。
  • 建模前建议评估暗噪声、参考稳定性、积分时间、平均次数和温度变化。
  • 近红外定量分析通常需要结合 PLS、PCA、SVM 等化学计量学方法,配合平滑、SNV、MSC、一阶导数或二阶导数等预处理。
  • 对强吸收液体、浑浊样品和高散射固体,应先通过光程、稀释、样品制备或测量方式优化,再进入模型训练。

七、订购与配套

类型 建议配置 说明
标准主机 NIR-F950 光纤光谱仪 含 SMA905 光纤接口,适合近红外光纤光路搭建
常用光源 卤钨灯光源 用于 900-1700nm 连续近红外照明
光纤附件 SMA905 光纤、反射探头、浸入式探头 根据透射、反射或在线测量方式选配
液体附件 比色皿支架、石英比色皿、流通池 用于液体透射和在线液体测量
固体附件 反射探头支架、积分球 用于粉末、颗粒、片材和表面反射率测量

八、注意事项

  • NIR-F950 是光纤光谱仪,需要配套光源和采样附件后才能完成完整测量。
  • 近红外短波端响应会受探测器量子效率影响,实际建模应以有效响应区间内的稳定光谱为准。
  • SMA905 接口应保持清洁,光纤端面污染会明显降低信号并引入重复性误差。
  • 光纤不要过度弯折,避免透过率下降或光纤损伤。
  • 在线应用应关注环境温度、光源预热、机械固定和电磁干扰,必要时使用固定支架和屏蔽线缆。