[发明专利]基于空间光调制器的食品安全监测仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种食品安全监测仪，更具体的说，本发明涉及一种近红外的光谱监测仪，该仪器可广泛应用于食品安全监测、环境监测、水质监测、大气污染监测等领域。

背景技术

近年来食品安全问题日益突出，越来越引起社会关注。我国作为经济转型的发展中国家，加之我国地域辽阔，农业生产的分散、个体、小规模甚至超小规模生产，使得农产品质量安全问题日益突出。为此，针对影响食品安全最关键的监测技术，相关监测方法和设备的课题是目前研究的一个热点，具有时代紧迫性、战略性，有着重大的科学意义和潜在的应用价值，且具有非常巨大的市场前景和特有的技术优势。因此，以食品安全监测技术为突破口，以建立健全符合我国国情的食品监测系统为主要目标，进行食品安全监测系统研究，进而开发拥有自主知识产权的食品安全监测方法和设备，对提高产品竞争力，满足人民的健康需要，提升我国的食品安全形象等具有重要的现实意义。

目前针对食品安全监测的仪器大部分采用光谱分析仪器。光谱分析仪器是光学仪器的重要组成部分。它是应用光学原理，对物质的结构和成分等进行测量、分析和处理的基本设备，广泛应用于化学分析、农业生产、环境监测、临床检验、工业检测以及航空航天遥感等领域。现有的光谱仪主要包括滤光片型、光栅扫描型、傅立叶型、声光调谐等，但都有各自优缺点。

滤光片型：结构简单、成本低、光通量大、坚固耐用，但灵活性差，分辨率很低，检测对象单一，仅适于特殊的用途。

光栅扫描型：仪器通过光栅的转动，使单色光按波长高低依次通过样品进入检测器检测。这种分光技术发展成熟，应用广泛。但也存在扫描速度慢，波长重现性差，内部移动部件多，难以在线监测和微小型化的缺点。

傅立叶变换光谱技术：能同时测量、记录所有波长的信号，光通量大，分辨率和信噪比高，在弱辐射探测方面优势明显。但由于干涉仪中动镜的存在，仪器的在线长久可靠性受到限制，另外对仪器的使用和放置环境也有严格的要求。价格昂贵、体积庞大，目前仅限于实验室使用。

声光调谐：是利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的调谐技术。程序化的波长控制使其应用更佳灵活。但分辨率相对较低，价格高。

还有非扫描固定光路多通道近红外光谱仪器，其色散系统采用平面光栅或全息光栅，无可移动部件，速度快，适合作为现场或在线分析仪器使用。缺点是在近红外探测阵列极其昂贵，属于高档检测仪器，用户范围小，难以普及。

目前，随着MEMS技术的发展，光谱分析仪向微型化、速度快、低成本、高精度发展是必然之路，而且十分迫切。利用MEMS技术制作微型光谱仪是食品安全监测仪器的重点和热点。

国外具有代表性的是：①美国德州仪器公司的Ronald E.Stafford等人提出使用DMA(Digital Mirror Array)作为光谱合成元件的成像光谱仪，降低了仪器成本，提高了检测速度；但是采用三层结构，加工工艺复杂，导致成品率低。②美国Polychromix公司，Honeywell研究实验室、桑迪亚国家实验室和麻省理工学院公司联合科研组的StephenSenturia教授等人推出了基于衍射光栅光束原理的可编程式数字变换光谱仪。可测波长范围从0.9um到2.5um，性能可靠，结构紧凑，内部没有可移动部件，消除了部件移动而可能带来的误差。在近红外光谱监测技术领域是真正意义上从实验室检测仪器发展到了现场检测仪。目前已经成功应用到了乳品生产线上进行实时在线监测。但是，其使用三层结构的光栅光阀作为光通道开关，工艺要求高，国内很难加工，价格昂贵，同时受到国外专利保护及技术垄断。③德国的F.Zimmer等人提出的一种基于MEMS技术的扫描光栅光谱仪，复色光入射到可旋转的光栅上，通过调制光栅，使不同波长的衍射光入射到单个InGaAs探测器。可测范围0.9um～2um。但是，该光栅光谱仪中使用了机械扫描结构，同时所使用的衍射光栅加工复杂。此外，德国Hamburg-Harburg大学、瑞士Neuchatel大学、美国斯坦福大学、芬兰学者Martti Blomberg等都进行了光谱仪方面研究。