德州仪器光谱分析评估模块常见问题解答的目录。

1. 光谱分析的介绍性内容
   1. 采用 DLP技术的食品和农业产业光谱分析简介
      1. 基于 DLP技术的光谱分析的基本原理
      2. 近红外(NIR)光谱分析中的采样技术
      3. 使用近红外线(NIR)光谱分析分析食品特性
      4. 使用近红外线(NIR)光谱分析分析农业作物和土壤
   2. 使用 DLP技术进行创新感应技术实验，以确定材料属性

2.DLP NIRCAN 随附的试管规格是什么？

我刚刚获得了 DLP NIRCAN Nano。 我应该扫描什么？

4.我需要有关采样技术的信息。

为了捕获样品的吸收光谱、光谱仪通常使用以下一种采样方法：

• 传输采样 包括通过比色皿或 NIR 透明材料将光引导到色散光谱仪的狭缝输入中。
  • 传输采样通常用于 NIR 透明材料、例如液体、薄膜、油、燃油、溶剂、 聚合物、塑料和解决方案。
  • 透射系统的主要优点是光线通过样品进入光谱仪的输入狭缝。 这可以最有效地使用光。

• • Optecks 的透射采样 NIRscan Nano 示例：
    
    
    
  •  来自 Young Green 的透射样品 NIRscan Nano 示例：
    
    
    
  • 使用具有光纤输出的光源进行传输采样的示例：
    
    

• 反射采样 包括将光照射到样品中、并将反射光捕获到光谱仪的输入缝隙中。
  • 反射采样通常用于不是 NIR 透明的固体、粉末和聚合物。
  • 由于样品反射的色散性质，反射采样通常比透射采样需要更多的光功率
    
  • NIRscan Nano 具有反射采样头：
    
    

• 透射率采样 是反射式和透射式样品头的组合。 它包括将光穿过样本、而光被背景材料反射。 因此、光通过样本两次。
  • 抗采样通常用于液体、浆料、凝胶、膏料、聚合物。 金属表面的薄涂层也可用作抗透射系统。
  • 瞬变采样常用于 DIP 探头、其中光线通过光纤输送到探头末端具有金属反射材料的开放式侧探头。
    
• 光纤电缆束 用于远程采样。 光纤束通常与一组连接到光源的光纤束分叉、而其它光纤束则捕获反射光并将其引导至输入狭缝。
  • 基于 DLP 技术的光谱仪具有较高的狭缝、因此与填充完整狭缝的圆线性光纤束相结合时、可获得最高的性能：

1. 1. 样品制备

在进行扫描之前、需要准备样本以实现一致的演示。 一致的演示可最大限度地减少样品间的差异、并提供更一致的样品。

一些准备工作需要：

• • 使用液体：
    • 样本很好地混合
    • 然后将样本倒入 受控的路径长度中、例如比色杯
  • 带固体：
    • 样本可能需要干燥以吸收多余的水分
    • 样品可能需要经过研磨、压碎、粉碎和混合、以提供一致的一致性
    • 可能还需要将样本切割或切割成特定厚度、以控制路径长度
    • 样本也可能需要在扫描头下方旋转、以实现一致的一致性。 这通常在采样谷物时执行。
  • 含气体：
    • 必须封装在具有足够路径长度的气体电池中、以检测所需的化合物。
    • 煤气单元可能有一个单通孔或末端带有镜像的墙壁、以形成延伸的路径长度。
    • 可能需要在气体单元中调节温度和压力、以在受控密度中包含气体。b.接触与非接触式采样

某些应用要求避免采样头和系统之间的接触、以防止样品污染或样品之间的交叉污染。

接触式和非接触式采样之间存在一些主要差异。

• •  在接触式采样中 、光和收集光学器件与样品紧密接触。 这提供了两个主要优势：
    • 首先、反射光主要来自样品内部、而极少来自表面。 该频谱对应于样本的内部成分、而不是来自表面。
    • 其次、接触式采样提供并捕获样本上的最大光。 光量越大、信噪比越高、系统性能也越高。
      
      

• • 在非接触式采样中、光和采集光学器件与样品分离。 这提供了：
    • 由于光功率减小了距离的平方、因此样本上的光功率更低。 因此、这些系统通常使用更大的灯功率、从而增加系统的功耗。
    • 非接触式采样可提供表面成分以及样品的内部成分。
      
      

B.参考扫描

样本的光吸收率是指样本吸收的光与入射到样本的光的比率。 要确定样品入射光量、必须采集基线。 此基线被称为基准测量。 NIRscan Nano 在工厂创建的 EEPROM 中包含存储的参考测量。

基准测量的创建取决于采样方法：

• • 对于传输采样：
    • 使用相同的采样光学器件进行参考测量、但不存在样本、这意味着试管为空。
  • • 对于溶液中的溶剂、溶剂用作参考样品。
  • 对于 瞬态采样：
    • 非吸收表面
    • 在 没有样本的情况下参考反射表面–如果使用探针、则使用不含样本的探针作为参考。
  • 对于反射采样：
    • 宽带和高反射性 NIR 涂层材料可替代样品。 典型的 NIR 涂层包括：
      • 来自 Labsphere 的 Spectraaflect
      • 镀金粗糙表面。

必须定期执行此参考测量、以应对以下原因导致的漂移：

• • 温度变化  
  • 湿度变化
  • 灯强度随灯老化而变化
  • 溶剂成分的变化
  • 表面反射的变化

5.我对扫描过程有疑问。

1. 1. 为什么我的扫描在原本良好的曲线中出现大幅下降？

扫描时、可能会得到如下所示的结果。 这些较大的骤降是由用于测量两种不同宽度或用于测量的 DMD 色谱柱数量之间交替的相邻波长的图形引起的。  

例如、当图形宽度为7 DMD 像素时、可能捕获低值、而当图形宽度为8 DMD 像素时、可能捕获高值。 在探测器上测量的强度与在位置设置的 DMD 镜片数量成正比、这些镜片用于反射入射照明到探测器、因此随着像素数量的前后变化、测量的强度也会变化。

 DLP光谱仪设计注意事项 应用手册的第4.2节和图9提供了有关此效应的更多说明。 具体而言，该条规定：

通常、要扫描的最小波长和最大波长之间的列数不 能被 所需的波长组数平均分割。 在这种情况下、 有几种方法可以继续：

• • • 保持列宽恒定、并按与列 宽不同的量步进"开启像素"组。
    • 在整个扫描过程中更改列宽、以便分配额外的列
    • 强制实施恒定的列宽和步长、在扫描 特定波长 区域时仅允许特定数量的图形。

DLP NIRscan评估模块使用上述第二种方法。 DLP NIRscanNano 使用上述第一种方法。 因此，使用 DLP NIRscanNano 执行的扫描的强度图将不会出现这种现象。

B.为什么报告的波长在由相同参数定义的两种扫描之间有所不同？

6.我想详细了解 NIRscan Nano 的内部

7.在哪里可以找到有关开发基于 DLP 技术的光谱仪的更多文档？

以下 TI 文档提供了有关开发基于 DLP 技术的光谱仪的更多信息：

8.能否更改 DLP NIRscan 和 DLP NIRscan Nano 的分辨率和波长范围？

DLP NIRscan 和 DLP NIRscan Nano 的光学架构可 适应各种分辨率和波长范围、但对光学布局进行了微小更改。  

• 更改分辨率：
  • 系统的分辨率取决于狭缝宽度、光学点展宽功能和 DMD 图形宽度的卷积。 随着图案和狭缝宽度的减小、到达探测器的光线更少。 这会导致 SNR 和分辨率之间进行一些权衡。 请参阅 TI 基于 DLP技术的光谱仪系统 应用报告中的《最大限度提高 SNR 和分辨率的灵活权衡》 、详细了解 SNR 与具有不同狭缝和图案宽度的分辨率之间的这些权衡。

• 更改波长范围或带宽：
  
  • 波长范围或带宽取决于光栅的凹槽间距以及 聚焦镜头和光栅之间的距离。 对于相同的光栅和聚焦镜头、光栅距离越远、波长范围越小。 较小的波长范围可在相同的狭缝和图案宽度下实现更精细的分辨率。 请注意、狭缝已成像到 DMD 上、因此更改 DMD 与光栅之间的距离需要更改聚焦透镜及其间距。 DLP NIRscan 的波长范围为1100nm、而 DLP NIRscan Nano 的波长范围为800nm。
    

• 改变波长范围：
  • 光栅的倾斜决定了 DMD 活动区域上的波长集。 倾斜光栅可改变系统的波长范围。 在 DLP NIRscan Nano 中、在光栅上倾斜几度会将900 - 1700nm 的波长范围更改为 1100-1900nm。 这不会改变系统的波长范围、只会移动起始波长点和结束波长点。 由于狭缝已成像到 DMD 上、因此必须调整狭缝位置、以便随着光栅倾斜度的变化、重新聚焦 DMD 上的所有波长。 在 NIRscan Nano 中、光栅倾斜度本身不可调节、需要在光栅周围对机箱进行一些物理修改。
    
  • DLP NIRscan 和 DLP NIRscan Nano 具有针对特定波长范围进行优化的 InGaAs 光电检测器。 因此、改变波长范围需要更换光电探测器以支持新的波长范围。 例如、DLP NIRscan Nano 的光电检测器灵敏度在1700nm 时急剧下降、因此支持1100-1900nm 的系统需要替换为对1900nm 敏感的扩展范围检测器。 有关 扩展范围光电探测器的示例和适当的跨阻放大器注意事项、请参阅 TI 基于 DLP技术的光谱仪应用报告中的信号链性能优化。  在 EVM 生产过程中、探测器也会在 x-y-z 转换阶段就地飞行、以最大限度地提高接收到的信号、然后粘附到位。 更换光电探测器需要重复校准过程、并可能移动冷凝器透镜位置以适应新的探测器。
  • 以下效率损失可能需要更强大的照明源来抵消降低的系统吞吐量。 效率损失取决于新探测器的新波长范围和灵敏度。
    • 当在比标称钎焊波长更远的波长下使用时、钎焊衍射光栅效率会降低。
    • 透镜抗反射(AR)涂层在较长波长时的效率较低。 透镜玻璃吸收率在超过2000nm 时显著增加。
    • DMD 的衍射效率可能会在较长波长时降低。
    • 扩展光电探测器灵敏度往往低于非扩展光电探测器。

  • 在模拟新的光学设计以确定合适的光栅倾斜角度时、请确保所需波长不会在 DMD 边缘处渐变。 请记住、机械容差层叠可能会导致 DMD 波长位置发生小幅变化。 测量波长和 DMD 阵列边缘之间所需的裕度量将根据光栅倾斜调整的精度而变化。
  • 还需要更换准直透镜和衍射光栅之间的长波长通滤波器。 例如、在 DLP NIRscan Nano 中、该滤波器会阻止低于900nm 的光到达光栅、以防止第二个衍射级短波光到达 DMD 的杂散光。 应使用适用于移位测量频谱的截止频率的新滤波器。
  • 需要对底盘进行修改、以便允许格栅倾斜和电容式透镜的潜在移动 、以适应新的探测器。
  • 最后、最终校准将取决于为目标波长范围选择的校准源。 例如、在 DLP NIRscan Nano 中、需要修改 GUI 软件以校准已移位的波长范围、因为目前已对其进行优化以校准900-1700nm 仪器。

9.编译和修改 Tiva 软件

1. 1.  编译 Tiva 软件所需的工具
      1. Code Composer Studio (CCS)集成开发环境(IDE) 6.0.1版 (Windows、Linux 和 macOS 版本)
      2. 用于 TivaC 版本2.10.1.38的 TI-RTOS
   2. 用于软件调试的选项工具
      1. 具有 TI 20引脚至 ARM 10引脚转换器适配器的 XDS200仿真器
   3. 下载软件
      1. NIRscan Nano Tiva Sources、您将需要 一台 Windows PC 运行安装程序并提取文件。
      2. DLP 光谱库来源、  您将需要 一台 Windows PC 运行安装程序并提取文件

   4. 编译所需的库
      1. 要编译 TivaWare  driverlib  库、请执行以下步骤：
         1. 从文件菜单中选择导入、导入 driverlib 库。
         2. 在新的导入对话框窗口中、选择 C/C++文件夹下的 CCS 项目、然后单击下一步。
         3. 通过浏览至目录来找到 TivaWare driverlib 项目的位置  
            C：\ti_tirtos_tivac_2_10_01_38\products\TivaWare_C_Series-2.1.0.12573c\driverlib 、然后单击确定。
         通过从    Project 菜单中选择 Clean 来编译这个新添加的 driverlib 项目。 确保  已选中 driverlib 工程、并选择"仅编译选定的工程"、然后单击"确定"。要编译 TivaWare  usblib  库、请执行以下步骤：
         1. 从文件菜单中选择导入、导入 usblib 库。
         2. 在新的导入对话框窗口中、选择 C/C++文件夹下的 CCS 项目、然后单击下一步。
         3. 通过浏览到目录来找到 TivaWare usblib 项目的位置  
            C：\ti_tirtos_tivac_2_10_01_38\products\TivaWare_C_Series-2.1.0.12573c\usblib 、然后单击"OK"。
         4. 通过从    Project 菜单中选择 Clean 来编译这个新添加的 usblib 项目。 确保  已选中 usblib 项目、并选择"Build only the selected project"、然后单击"OK"。

   5.  DLP 光谱库 是 C 语言例程的集合、提供了在光谱分析应用中使用 DLP 系统所需的基本要素。 这些例程由 Tiva 固件、NIRscan Nano GUI 和 iOS 应用共享 若要为 Tiva 固件编译 DLP 光谱库、请执行以下步骤：
      1. 从文件菜单中选择导入、导入 DLP 光谱库。
      2. 在新的导入对话框窗口中、选择 C/C++文件夹下的 CCS 项目、然后单击下一步。
      3.   通过浏览到安装目录 ：C：/ti/DLPNIRNANO_SPECLIB.、找到 dlpspirlib 项目的位置
      4. 通过  从    Project 菜单中选择 Clean 来编译这个新添加的 dlpspirlib 项目。 确保  选中了 dlpspirlib 项目、然后选择"Build only the selected project"、然后单击"OK"。
   6. Tiva 主程序源由  DLPNIRscanNanoSoftware  软件包安装。 该软件包会将 Code Composer Studio 项目和源文件安装在默认目录 C：\ti\DLPNIRscanNanoSoftware_vx.X.X 中
      1. 通过  下拉文件菜单并选择导入来导入移动光谱分析 Tiva EVM。
      2. 在新的导入对话框窗口中、选择 C/C++文件夹下的 CCS 项目、然后单击下一步。
      3.   通过浏览到源文件  C：\ti\DLPNIRscanNanoSoftware_X.X\Sources 的安装目录、找到移动光谱分析 Tiva EVM 的位置。
      4. 确保在此步骤之前编译并导入所有其他库。 然后、通过  从 Project 菜单中选择 Clean 来编译这一新添加的移动光谱分析 Tiva EVM 项目。 确保  选中了 dlpspirlib 项目、然后选择"Build only the selected project"、然后单击"OK"。

• 可重新配置的编译选项：
  • 可以重新编译 Tiva 固件以将按钮和 LED 映射到扩展连接器 J3。 以下 #define 控制如何映射这些按钮。 这些设置在  C：\ti\DLPNIRscanNanoSoftware_2.0.1\Sources\App\include\common.h 中
  • • 编译器开关、用于重新映射来自扩展连接器 J3引脚8的扫描按钮输入=  SCAN_Button_EXP_CONN
    • 示例 要将扫描按钮重新映射到 扩展连接器 J3引脚8、请从中更改第195行

/**

 *用于重映射扫描按钮的编译器开关  

 *

 * 0 =扩展连接器 J3引脚8的扫描按钮输入

 * 1 = Tiva 板上扫描按钮的扫描按钮输入

 *

#if 1.  

#define SCAN_Button_Tiva_Board   // PQ3

#UNDEF SCAN_button_EXP_CONN

其他

#undef scAN_button_Tiva_Board   // PK3

#define SCAN_button_EXP_CONN

#endif

至：

• • • 编译器开关、用于将绿色 LED 输出重新映射到扩展连接器 J3引脚6 =  GREEND_LED_EXP_CONN
    • 编译器开关、用于将黄色 LED 输出重新映射到扩展连接器 J3引脚3 = 黄色_LED_EXP_CONN
    • 编译器开关、用于将蓝色 LED 输出重新映射到扩展连接器 J3引脚7 =  blue_LED_EXP_CONN

1. • 可以重新编译 Tiva 固件、以便在启动时进行蓝牙广播
     • 用于在启动时启用 BLE 广告的编译器开关= ENABLE_AT 启动
     • 示例 要启用 BLE 广播、请将第171行从