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什么是光譜傳感器？

光譜傳感器是光譜分析儀的一種，通過用光照射物質并測量光的反射、散射和吸收來獲取分子信息。

它與分光儀幾乎相同，常見的是帶有集成探測器的。光譜傳感器有多種類型，其區(qū)別在于所使用的光的波長范圍和原理上的差異。通過使用分光傳感器，可以對測定對象物的顏色測定、膜厚測定、化學物質的識別等進行監(jiān)視。最近，已經(jīng)開發(fā)出小型高性能光譜傳感器，使得可以輕松地進行實時分析。

光譜傳感器的應用

光譜傳感器有多種類型，應用范圍廣泛。它用于多種領域，包括半導體等工業(yè)領域、制藥等醫(yī)療應用以及食品和水質分析。

例如，在食品工業(yè)中，使用了可以在不接觸和損壞的情況下測量食品的近紅外光譜傳感器。可以對農(nóng)產(chǎn)品進行無損口感分析，可以實時測量西紅柿中番茄紅素含量、蔬菜中葉綠素含量、豬肉中脂肪含量等。近紅外光譜傳感器可以立即獲得測量結果，因此對于生產(chǎn)控制和質量控制非常有效。

光譜傳感器原理

圖1 光譜傳感器結構

光譜傳感器通過將光照射到材料上并檢測反射或透射光來測量材料吸收的光量。由于物質吸收的光取決于其成分和結構，因此可以使用光譜傳感器推斷物質的成分。

光譜傳感器主要由光源、分光部分、樣品部分和探測器組成。光源產(chǎn)生的光在分光部分被調節(jié)為特定波長的光并照射到樣品上。在這種情況下，當照射光的波長縮小到一個時，它被稱為單色儀，而當使用多個波長時，它被稱為多色儀。前者掃描測量波長，因此測量耗時，但精度較高。后者可以在短時間內(nèi)測量，但信號強度較弱，精度較差。

從樣品反射或透射的光被引導至檢測器，在檢測器中測量其強度。每個測量波長的檢測器都不同。CCD 探測器用于 180 nm 至 1100 nm 的 UV 至 NIR 范圍，用于 900 至 1700 nm 的 NIR 的 InGaAs 探測器，以及用于 1700 至 2500 nm 的 NIR 的擴展 InGaAs 探測器。

光譜傳感器類型

圖 2. 光的類型

光譜傳感器通過用于測量的波長來區(qū)分。各有各的特點，所以要根據(jù)用途來選擇。光的種類很多，使用每種光的測量裝置也有，但一般來說，光譜傳感器使用的是紫外/可見光、近紅外光、中紅外光和遠紅外光。

1. 紫外線和可見光

用紫外/可見光照射待測樣品，并測量反射光或透射光。根據(jù)目標物體吸收紅、藍、綠三種顏色的程度的信息來確定物體的顏色。作為檢測物質顏色的顏色傳感器，用于產(chǎn)品的顏色管理以及缺陷產(chǎn)品和雜質的檢測。

2. 近紅外光譜

用近紅外線照射待測樣品，并測量透射或反射的近紅外線。近紅外線穿過物體時吸收很少。可以分析固體、粉末、液體等各種狀態(tài)的樣品。如上所述，除了用于無損農(nóng)產(chǎn)品和食品外，還用于測量血氧飽和度的脈搏血氧儀和紅外攝像機。

3. 中紅外光譜

用中紅外線照射待測樣品并測量反射的中紅外線。由于每個分子都有獨特的吸收模式，因此可以識別物質。對于固體樣品，只能在照射光照射的表面附近進行測量，因此主要用于檢測氣體和液體中的雜質等應用。它用于發(fā)動機油分析和尿液分析。

4.遠紅外線

測量從測量目標發(fā)射的遠紅外線。遠紅外線與溫度密切相關，可以測量溫差。它用于熱成像和運動傳感器。

有關光譜傳感器的附加信息

光譜傳感器以外的光譜分析方法

圖 3. 主要光譜分析儀

光譜學是通過測量物質透射或反射的光的能量并將其與入射光的能量進行比較來對物質進行定性和定量分析。以下方法是典型的光譜分析方法，所使用的波長從伽馬射線到無線電波不等。

1.吸收光譜
吸收光譜是通過用光照射樣品，測量反射或透射光，并將其與入射光的能量進行比較，從而對物質進行定性和定量分析的分析方法。典型的分析儀是每個波長的吸收光譜儀。

2.熒光光譜（或發(fā)射光譜）
熒光光譜是用光照射樣品，測量樣品產(chǎn)生的熒光（或冷光），利用光的能量對物質進行定性和定量分析的分析方法。離開。典型的分析儀包括熒光磷光光譜和X射線熒光光譜(XRF)。

3. 光散射光譜法
光散射光譜法是一種用光照射樣品，測量散射光，并根據(jù)光的能量和強度對物質進行定性和定量分析的分析方法。典型的分析儀器包括拉曼光譜、動態(tài)光散射 (DLS) 和小角度 X 射線散射 (SAXS)。

4. 磁共振光譜法
磁共振光譜法是在磁場中用光照射樣品，測量透射光，并根據(jù)吸收的光對物質進行定性和定量分析的分析方法。典型的分析儀器包括核磁共振（NMR）、電子自旋共振（ESR）和核磁共振成像（MRI）。

5.光電子能譜
光電子能譜是一種用光照射樣品并測量光電效應發(fā)射的電子的分析方法。典型的例子有X射線光電子能譜(XPS)、紫外光電子能譜(UPS)和俄歇電子能譜(AES)。