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高光譜熒光測試系統
基本原理：
熒光是一種光致發光的冷發光現象。當某種常溫物質經特定波長的入射光照射，其分子吸收光能后從基態進入激發態，并且立即退激發并發出出射光，原理如圖所示。通常出射光的波長比入射光的波長更長，且多處于可見光波段。
系統使用高靈敏度、高信噪比、高像素Scoms 相機作為探測單元，使用高光譜分辨率的透射式光柵光譜儀， 結合消色差成像鏡頭、內置推掃成像結構、內置調焦結構、內置Shutter 等單元完成采集系統的集成。大功率的氙燈光源作為系統進行熒光信號檢測的光源體，配合光波導、激發濾光片、勻光棒、反射鏡等結構完成樣品激發光的傳送，樣品在激發光的作用下會產生相應的熒光（發射）信號， 在高光譜相機前端設計有熒光濾光片，這樣熒光信號終被高光譜相機收集到，通過處理分析建模等處理后可獲取需要的熒光光譜和圖像。
熒光成像技術檢測的響應激發光源、波段和熒光發射波段
分類 | 檢測對象 | 光源類型 | 激發波段、波長/nm | 發射波段、波長/nm |
葉片 | 煙草葉片 | 氙燈 | 355 | 440、520、690、740 |
甜菜葉片 | 氙燈 | 340 | 440、520、690、740 | |
蘋果葉片 | 鹵素燈 | 520、550 | 650 | |
向日葵葉片 | 鹵素燈 | 紫外、藍光 | 610、685、735 | |
煙草葉片 | LED | 455 | 505~560、690 | |
柑橘葉片 | LED | 紫外、藍光 | 550、690 | |
柑橘葉片 | LED | 紫外、紅、綠、藍光 | 黃、紅、遠紅外 | |
煙草葉片 | LED | 470 | 650 | |
柑橘葉片 | LED | 365、445、470、530 | 570、610、690、740 | |
蘋果葉片 | LED | 455 | 618 | |
柑橘葉片 | 激光 | 532 | 680~712、712~750 | |
柑橘葉片 | 激光 | 532 | 680~712、712~750 | |
柑橘葉片 | 激光 | 473 |
| |
小麥葉片 | 激光 | 337 | 370~800 | |
果實 | 蘋果 | 閃光燈 | 紫外（≤340） | 440、520、690、740 |
蘋果 | LED | 藍光 | 紅、遠紅外 | |
葡萄 | LED | 紫外、紅、綠 | 藍綠、紅、遠紅 | |
臍橙 | LED | 紫外 | 綠 | |
臍橙 | LED | 365 | 530~550 | |
蘋果 | 激光 | 337 | 350~820 |
高光譜相機參數：
名稱 | 指標描述 |
光譜儀 | 透射式光柵（PGP）結構 |
光譜范圍 | 350nm-1000nm |
光譜分辨率 | 2.8nm |
光譜采樣間隔 | 0.55nm(mean) |
光譜儀狹縫寬度 | 30μm |
Shutter | 內置 |
探測器 | Rolling & True global Shutter |
1.2 e- read noise | |
0.14 e - /p/sec dark current | |
100 fps(Max) | |
25,000:1 dynamic range Maximum | |
像素尺寸：6.5 μm x 6.5 μm | |
像素大小：2048x2048 | |
60% QE from Zyla 4.2 | |
探測器類型：SComs | |
Cooling options – standard Zyla 4.2 camera air cools to 0º at up to +35º ambient. | |
相機讀出位數：12-bit or 16-bit | |
相機接口類型：Camera Link/USB3.0 | |
Maximum Quantum efficiency：60% | |
成像鏡頭 | 消色差可見-近紅外定焦鏡頭，光譜范圍：350nm- 1000nm； |
硬件配置 | 內置控制主板、微型處理器、電池、二維精密電控位移系統、輔助攝像頭等 |
軟件 | 自主開發：控制、采集、分析處理等；數據兼容第三方；提供二次開發 |
系統參數：
主要部件 | 主要技術指標和功能 | ||
1 | 暗箱 | 外觀尺寸 | 80cmx80cmx100cm |
樣品臺尺寸 | 30cmx30cmx40cm | ||
2 | 光源 | 反射光源 | 數量：4個； 功率：50W/個； 光譜范圍：350nm~2500nm； 對樣品可進行反射光譜測試。 |
氙燈光源 | 數量：1個； 功率：150W； 光譜范圍：300nm~1100nm； 對樣品可進行熒光光譜測試。 | ||
3 | 附件 | 激發濾光片 | 長波通玻璃彩色濾光片： 紫外光，可見光和紅外光通過范圍； 可見光能被用做彩色帶通濾光片；長波通濾光片在短波區域的透射率很低（截止帶）而在長波區域則有這很高的透射率（通帶）。 340、370、390、628、697nm等 300~1000nm可選 |
發射（熒光） 濾光片 | 熒光帶通濾光片： 通用熒光波長 透射率>93% 截止率>OD6 熒光帶通濾光片非常適用于熒光成像應用。 其通帶具有> 93％的透射率，截止帶光密度可達OD6，常用于光譜儀，臨床化學應用以及生物技術儀器。濾光片基片為熔融石英材料，表面用離子濺射工藝鍍加硬膜，采用黑色陽極氧化鋁環進行封裝。 400、455、550、645、720nm等 300-1000nm可選 | ||
光纖（光波導） | 1.5米長光波導，多模光纖傳導方式， | ||
勻光棒&反射鏡 | 氙燈光源輸出的光經過光波導的傳遞進入激發濾光片后再進入到勻光棒中，使得光源光斑照射區域光照均勻*，再經過反射鏡的反射，照射到樣品上。 | ||
4 |
| 輔助監控 | 熒光測試時，系統需要*密閉的暗環境下測試，通過輔助攝像頭可以實時監控暗箱內部情況下。 |
軟件功能 | 采集控制、友好的參數設置界面、自動曝光、自動調焦、自動速度匹配、手動參數設置、數據預處理、輔助功能、輻射度、均勻性、鏡頭、反射率、區域校準等； | ||
高光譜熒光測試系統實驗案例：
測試芒果樣品在添加羅丹明-B 熒光試劑，使用氙燈作為激發光源，390nm 的激發濾光片、550nm 的熒光濾光片，利用高光譜熒光系統獲取到的熒光圖像、熒光光譜；反射圖像、反射光譜。
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