基于數字微鏡器件的近紅外水分儀設計

黃新棟，左石凱

(1.廈門理工學院光電與通信工程學院，福建 廈門 361024；2.福建省光電技術與器件重點實驗室，福建 廈門 361024；3.廈門市LED照明應用工程技術研究中心，福建 廈門 361024)

紅外水分儀是一種非接觸式物質水分測量儀器，其利用水分子對特定波長的近紅外光具有強吸收的特征，通過計算待測物中不同物質成分對紅外線的吸收能力，得出待測物的水分含量[1-3]。近紅外光譜儀需要采集多個光學譜段，通常的做法是采用分光計進行分光，然后進行采集。目前的采集方法主要有兩種，一種是采用陣列探測器同時采集多個譜段信號，這種方法探測器成本高；另一種是采用電機帶動濾光輪的方式來采集光譜數據，其存在的主要問題在于：(1)電機運行會在系統中引入干擾；(2)電機的轉速在6 000 r/min左右，難以再提高速度；(3)光譜的選擇靈活性不高，一旦選定濾光片，其數量和波段難以改變[4-6]。

本設計采用數字微鏡器件來代替濾光輪，通過微鏡的翻轉來選擇近紅外光譜波段，可克服以上提到的幾個問題，并在紅外水分儀中采用了現場可編程門陣列(field-programmable gate array,FPGA)+數字信號處理(digital signal processing，DSP)的結構，發揮了FPGA靈活性強和DSP芯片運算速度快的優點，提高了系統的穩定性。

1　系統設計

1.1　水分儀系統方案

在水分儀系統中，DMD起到光譜選擇的作用。待測物體的紅外光經過分光棱鏡的分光后，各段光譜分布在DMD表面，數據采集板控制DMD表面微鏡的翻轉實現光譜選擇，同步光譜分時進入紅外傳感器，經過前放板處理轉換成數字信號，由數據采集板采集、處理，最后將計算結果送到控制箱進行顯示。……