本報告分兩部分：第一部分為巨哥科技SG1700微型光譜儀與某進口NIR光譜儀模塊的對比測試，由北京工商大學吳靜珠教授課題組設計并完成；第二部分使用SG1700進行塑料成分建模，在所能獲取的樣本中達到100%的分類準确度，該部分由巨哥科技完成。

一、NIR光譜儀性能評測對比

本實驗主要評估吸光度重複性、波長準确性、波長重複性。光譜測試系統分别基于巨哥科技SG1700微型光譜儀與某進口NIR光譜儀模塊搭建，采用透射測樣方式，使用相同的可調光源、樣品測試架以及比色皿，波長範圍均為900-1700nm。實驗裝置如圖1、圖2所示，圖中紅框所示為光譜儀模塊。

圖1（左）SG1700光譜系統實物連接圖&圖2（右） 某進口光譜系統實物連接圖

1）吸光度重複性實驗

吸光度A=lg（1/T)，其中T為透射率。本實驗在同一條件下對同一樣本連續進行多次光譜測量，用整個光譜區間或某一特征譜峰的吸光度标準差來衡量重複性。本實驗分别以純淨水，75%醫用酒精為實驗樣本，采用上述兩套光譜系統，每間隔10分鐘掃描測試樣本1次，每天測試6小時，測試連續測試2天，實驗通過計算整個光譜區間的吸光度标準差來分析儀器穩定性。

圖3 SG1700重複測量水的吸光度标準差

圖4 某進口光譜儀重複測量水的吸光度标準差

圖3為SG1700重複測量水的吸光度标準差，圖4為某進口光譜儀重複測量水的吸光度标準差。SG1700的測量标準差遠小于某進口光譜儀模塊。

圖5 SG1700重複測量酒精的吸光度标準差

圖6 某進口光譜儀重複測量酒精的吸光度标準差

圖5為SG1700重複測量酒精的吸光度标準差，圖6為某進口光譜儀重複測量酒精的吸光度标準差。SG1700的測量标準差遠小于某進口光譜儀模塊。

2）波長準确性和重複性實驗

波長準确性是指儀器測定标準物質某一譜峰的波長與該譜峰的标定波長之差，波長準确性對保證近紅外光譜儀間的模型傳遞非常重要。波長重複性是指對标準物質進行多次掃描獲得的譜峰位置差異，用标準偏差表示。波長重複性是體現儀器穩定性的重要指标，影響最終分析結果的準确性。

本實驗用于校準光譜儀波長專用的鑫旭光電科技的近紅外（稀土）波長濾光片（圖7），使用其中5個特征吸收峰，1524.0nm、1464.4nm、1362.9nm、1220.5nm、1068.3nm。

圖7 近紅外波長濾光片實物圖及标準片吸收峰

實驗采用上述兩套光譜系統測量标準片特征峰，每間隔10分鐘掃描測樣本1次，每天測試6小時，連續測試2天。圖8為吸光度譜圖，藍色曲線對應SG1700，黃色曲線對應某進口光譜儀模塊。由圖可見，SG1700的吸光度值高于某進口光譜儀模塊。

圖8 吸光度譜圖（藍色對應SG1700，黃色對應某進口光譜儀模塊）

波長準确性和重複性數據見表1。圖9為測量5個标準波長的誤差，圖10為重複測量後統計的标準差，反映儀器的重複性。

表1 波長準确性和重複性分析表

圖9 測量5個标定波長的誤差(nm) 圖10 測量5個譜峰波長的标準偏差(nm)

(藍色數值為SG1700數值，黃色數值為某進口NIR光譜儀模塊數值）

SG1700測量準确性在3個波長高于、2個波長低于某進口光譜儀。由于SG1700采用标準光源進行波長标定，部分差異可能來自标準光源和濾光片之間的波長差異。在重複性方面，SG1700在4個波長均顯著好于某進口光譜儀模塊，在1個波長略有不足。巨哥科技用标準譜線光源自測，全量程波長重複性優于0.1nm。

3）結論

本實驗分别從吸光度重複性、波長準确度和波長重複性三個方面進行測試，SG1700穩定性和準确性表現優異，掃描速度快，并且有高靈敏度和低靈敏度模式，積分時間和平均次數可以調節。在相同照明光強下獲取相同信噪比，SG1700的掃描時間比某進口光譜儀模塊快1~2個數量級，達到毫秒級，可用于實時在線的成分分析。

二、 塑料建模與分類實測

1）建模

使用SG1700微型光譜儀采集5種塑料光譜進行建模，具體步驟為：

a) 測量訓練集HDPE、PET、PP、PVC、ABS樣品各40個

b) 對數據進行平滑等預處理

c) PCA降維選取主成分到解釋占比95%以上

d) 使用支持向量機（SVM）模型建模

圖11 樣品光譜采集

圖12 PCA降維

2） 模型實測

模型建立後，針對生活中實際樣本進行分類，包括：早餐豆花包裝、雪碧瓶子、雪碧瓶蓋、密封袋、實際PP零件、可口可樂包裝紙、可口可樂瓶蓋、可口可樂瓶身、農夫山泉包裝紙、農夫山泉瓶蓋、農夫山泉瓶身、銀行卡、校園卡、卡套、港台通行證、身份證、計算器、剪刀柄、電子門卡、PVC管等，共200多種。使用上述模型對未知塑料進行分類識别，準确率達到100%。

3）模型遷移

根據本報告第一部分的評測結果，SG1700具有很好的吸光度重複性、波長準确度和波長重複性，均有利于不同SG1700間模型的遷移。将建模使用SG1700光譜儀的模型直接遷移至其他SG1700光譜儀，對上述200多種塑料的分類準确率達到98%。

進一步提升遷移模型的準确性，可對每台SG1700進行互校準。選取訓練集10%的樣本進行光譜互校準後，多台SG1700的遷移模型對上述200多種塑料分類準确率達到了100%。

三、 結論

巨哥科技SG1700微型光譜儀具有很好的穩定性和一緻性，靈敏度高，掃描速度快，可用于實驗室研究和實時在線檢測。使用SG1700建立的塑料分類模型預測準确度高，并可直接遷移至其他SG1700。使用SG1700進行化學成分定量分析的研究目前仍在開展。巨哥科技-紅外熱成像儀,紅外熱像儀,熱成像儀,熱像儀長期緻力于先進光電儀器的開發，願與各行業的合作夥伴一起推動更多應用的開發。

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