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從農作物到店內貨架 近紅外線光譜技術前景好
 

【作者: Joe Siddal】   2015年12月01日 星期二

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儘管近紅外線光譜儀(near-infrared spectrometer)的存在已有六十年之久,卻鮮少有人知道它對於測量不同物質能量反射的重要性。德州儀器(TI)的AvatarNIR光譜儀,便能幫助各種產業找出物質的分子「指紋」— 範圍包括農業、法醫鑑識、製藥、石油、醫療照護等。


過去六十年來,近紅外線光譜儀技術已有極大的進展。早期這類裝置既笨重且只限於實驗室使用,但現在的紅外線光譜儀已能利用微處理器控制、精確的A/D採樣及電腦化光譜計算技術,並透過統計分析,在不同地點快速的取得結果。


四大用途

圖1 :  近紅外線光譜儀技術應用範圍廣泛
圖1 : 近紅外線光譜儀技術應用範圍廣泛

目前近紅外線光譜儀可依使用場合區分為四大用途:


—實驗室—

儀器通常體積較大、精確度高且屬於一般用途。用來處理光譜資料的電腦可能位於實驗室內部,有些則是位在遠端並透過乙太網路或USB連網。它們能處理大量的資料,幾秒內就能和分散式參考標的進行比對。


—野外—

可攜式近紅外線光譜儀的外型類似小型實驗室儀器,可隨意移動,通常只需交流電110伏特,或12伏特加上變流器即可供電。可攜式近紅外線光譜儀的尺寸通常只比便當盒大一點,可放置在貨卡尾門上,適用於農田或礦場等產業型場景。


—工廠—

這類專用設備可監測工廠環境,通常有特定的用途。在工廠的建置中,一條生產線上可能包含多種的光譜儀,透過乙太網路或以無線連網連結主要的控制設施。


—掌上型—

機動且使用便利的手持式光譜儀,是目前業內一大焦點。現有產品只要裝上電池即可運轉,尺寸與大型手搖鑽相近。優點是攜帶方便,且內建電源供應裝置可遙控使用。


目前DLP所提供的光譜儀產品組合,包括了兩款可整合新型近紅外線光譜儀的晶片組。針對超行動(ultra-mobile)分析,DLP2010NIR數位微鏡裝置(DMD)支援可編程高速模式,即時測量最高可達1,500Hz。這款晶片是針對700 – 2500 nm波長範圍進行優化的完全可編程微機電(MEMS)。只要搭配藍牙技術與藍牙低耗電DLP NIRscan Nano評估模組(EVM),設計人員就能輕鬆地做出可攜式分析器的原型,進而加快嵌入式超行動光譜儀的開發時程。


DLP4500NIR數位微鏡裝置則是針對高效能系統所設計,內有超過1百萬個微鏡,支援可編程高速模式速度最高可達4,225Hz,同時也針對700 – 2500 nm波長範圍進行優化。搭配的DLP NIRscan評估模組,測量時間低於一秒時訊噪比可達30,000:1,分析材料時可以更快更準確。


圖2 :  透過行動裝置來檢測食物比較便利
圖2 : 透過行動裝置來檢測食物比較便利

相關領域持續出現進展,體積更小、成本效率高的裝置也應運而生,未來這項技術終將進入消費性市場。試想智慧手機若能內建近紅外線光譜儀,就可以評估食物是否完全成熟、偵測食物的過敏原、確認高價橄欖油的純度、協助醫療偵測或檢查汽車機油。在台灣等地的市場裡,消費者的健康意識抬頭,越來越關心像是牛奶、食用油等食材是否帶有不良化學添加物,因此搭載近紅外線光譜儀技術的裝置,將有機會發揮極大的用處。(作者Joe Siddal任職於德州儀器)


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