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從實驗室到終端市場 光譜儀集成和定製成趨勢

[內容提要]:光譜儀集成和定製已然成為一種趨勢,微型光譜儀根據自身靈活的采樣方法、高效的測試速率等特點從實驗室走到終端市場。生產過程中通過設立獨立的工作區,流程和生產線,來建立標準、控製偏差,做到“精確複製”。

從實驗室到終端市場 光譜儀集成和定製成趨勢
光譜儀集成和定製已然成為一種趨勢,微型光譜儀根據自身靈活的采樣方法、高效的測試速率等特點從實驗室走到終端市場。在集成化服務中,集成商可獲得靈敏度、分辨率和波長範圍等性能參數,找到產品與應用需求之間的最佳平衡點。

從微型光譜儀問世以來,靈活的采樣方法、高效的測試速率、無損的檢測方式、準確的檢測結果使其在科研領域受到廣泛的應用。而大量的科研需求已經不單單滿足於實驗室測量,樣品製備、現場測量和交叉學科應用使得微型光譜儀的集成和定製成為當今科研和工業檢測的必然需求。
在實際應用中,不同集成商根據實際需求和自身特點,使用光譜儀搭配不同等級產品、采樣附件,甚至可以根據自身需求獲得量身定製。集成商通過獲得不同應用模塊的集成化服務,使集成商自身係統與光譜儀進行有效的集成應用。
多樣的集成商類型,可選擇多樣的合作方式:
針對以下兩大類集成商,光譜儀集成化服務可提供相應的合作方式:
對於自己具備光機電一體化設計能力的集成商,可以采用標準化的光譜儀、光源和采集附件,並從廠家獲得技術支持,協助把控項目進度。
對於專注於係統設計、軟件開發的集成商,可以考慮采購嵌入式光學、機械電子等子係統,並從廠家獲得生產工藝的技術支持,縮短研發儀器時間。
光譜儀集成化服務也可以根據集成商的特殊需求進行定製,並和其他光學模塊、電子電路和機械組件進行組合,通過模塊化搭配,提高自身光譜平台的集成性能,協助集成商設計完成一套完整的方案,滿足特定的應用。
從研發到實際生產的過程中,集成商往往對於產品的可量產實施性提出很高要求,這個階段就需要獲得具備高精確性的生產技術。當集成商所搭建的集成樣機完成驗證後,一個穩定的測試平台將控製台間差,為產能的提升和生產過程中的差異性提供保障,能夠輕鬆將集成樣機轉換到實際量產,產品開發生產流程將被大大簡化。
獲得模塊化、靈活的產品服務與高精度的生產工藝,將減小集成商開發風險,為產品進入市場提供時間保障。
下麵以典型的集成化解決方案流程,說明在集成化服務中能夠獲得哪些服務。
集成化解決方案流程
評估方案可實施性
集成商提出開發需求,集成化服務提供商完成應用背景調查,分析模塊化光譜儀兼容性,雙方進行項目可實施性討論,基於產品性能特點,集成化服務提供商提供符合集成商要求的評估方案。  
確定設計參數
雙方討論實際需求,集成化服務提供商向集成商給予專業角度回答和建議,幫助集成商規避項目初期可預見風險,依照模塊化光譜儀規格,確定係統設計參數。
項目開發
基於雙方前期達成的技術方案,集成化服務提供商完成所需開發,利用自身光譜研究團隊,為集成商項目提供強大的技術支持。
原型機交付與圖紙提供
高質量、高效率的加工機構為生產提供保障,需要進行光、機、電多資源的合理整合,最終產品的多次準確預演設計功能與參數,滿足集成商需求,完成原型機製作。

集成商意見反饋與設計修改
集成商任何建議和疑問需要及時提出,雙方進一步探討確認解決方案,基於溝通後解決方案,對設計進行修改。
開模與裝配
為確保最終產品擁有優異品質,可靠的開模和加工工藝服務,滿足集成商對產品的要求。
試生產測試
集成化服務根據集成商產品特點設計生產工序、尋找或定製裝配工具,並為其提供質量體係認證的生產線,確保集成商的每一個產品擁有盡可能好的一致性。
集成商最終測試和簽字確認
測試機型與交付產品需要保持高度一致,整個生產環節為集成商設計的保密性進行保障,並依照質量體係進行生產交付,最終集成商親自測試產品性能,隨之進入量產。
在集成定製化解決方案中,不同種類需求的集成商能夠獲得完善、改進產品設計與生產的幫助,以最高效的方式使產品走向市場。
光譜儀的選擇
為滿足集成商應用需求,在集成化服務的協助下選擇性價比高,風險小,能快速從實驗室驗證到商品化的光譜儀。雙方進行緊密合作,確定項目目標、協助測試數據以及優化係統設計,並監控量產過程。在集成化服務中,集成商可獲得靈敏度、分辨率和波長範圍等性能參數,找到產品與應用需求之間的最佳平衡點。  
極具專業水準的應用方案
許多因素會影響到光譜儀的光譜響應。從光譜儀中的光柵、檢測器和反射鏡,到檢測樣品的流通池和光纖,每個光學部件都有其獨特的光譜響應,從而影響整個係統的響應。即使兩個係統光學設計完全一樣,但是每一個部件的微小差異,合在一起都會導致明顯的台間差。在生產過程中低台間差,將為後期生產質量提供保障。
如果把八台相同光譜儀對同一樣品的測量光譜放在一起對比,就很容易看出光譜響應的差異,通過參比樣品進行修正,可有效消除台間差。
光譜儀定製
微型光纖光譜儀的特點就是模塊化,為滿足集成商的具體應用,通過更換器件精心為集成商配置一台完美的光譜儀,如光柵、檢測器、內置濾鏡以及狹縫尺寸,優化光譜檢測範圍、分辨率和靈敏度。
光源和采樣附件定製
選擇合適的光源和采樣附件,與配置正確的光譜儀同樣重要。在集成化服務中,從激光器、LED,到氙燈、氘燈和鹵鎢光源,甚至提供長壽命或者工業型光源,豐富的光源供集成商選擇。標準光學附件往往用在定製化產品開發的早期階段,雙方合作後期還可以通過定製、集成的方式,縮小光譜儀尺寸,大幅提升性能。
子係統
一個設計精良的光學探測係統可以獲得高品質的光譜數據、提高測試結果的準確性和檢測限,大大減少軟件分析及補償算法的工作量。
直接獲得光譜測量子係統服務,集成商的研發團隊可以把精力集中在應用領域,比如分析算法,用戶界麵和市場拓展。
光學係統定製
一個設計精良的光學探測係統可以獲得高品質的光譜數據、提高測試結果的準確性和檢測限,大大減少軟件分析及補償算法的工作量。在集成化服務中,為滿足集成商需求,光學係統通光量、信噪比和靈敏度等性能得到改進。
定製的接口可以優化信號采集,還可以加裝濾光片來排除幹擾,提取所需的光譜信號。甚至可以定製新的光譜儀,提高光通量,配備非標探測器,從而滿足在同步、采樣時間和靈敏度方麵的特殊需求。還可以附加熱敏電阻和光電二極管,采集反饋信號,對光學信號和溫度漂移進行補償。
定製電子模塊
根據集成商所選擇的光學係統、采樣條件和用戶接口整體,集成商還需要完整的電子模塊與自己係統進行匹配。集成化服務需要利用自身設計和集成各類電子部件的能力,提供給客戶使用,包括電源,通訊電路等。
電子定製可以包含以下方麵:
低功耗,電池供電產品;
係統小型化設計,適合手持或便攜應用;
適合量產的設計;
可通過UL,CE,CSA,FDA和FCC認證的設計;
模擬和高速數字電路設計;
電路設計和印刷電路板排布;
為控製係統和PLC係統優化;
基於C語言和VHDL的固件開發;
強化係統,以適應惡劣環境;
快速製作原型機和驗證係統。
定製光學機械結構設計
一個高質量的產品,其性能應該長期穩定。但對於一個好的產品,還需要利用光機設計和係統整合經驗,使高質量的產品擁有漂亮的外觀和友好的界麵。一個成熟的廠商能夠具備以下能力,以更好的服務客戶。
建模,原型設計和測試服務
無論工作在惡劣的環境中,定製化方案都應該具備開發合適的子係統或完整解決方案的能力,有效應對溫差,衝擊和震動。為集成商設計適合各種現場環境的外殼和箱體、可隨時更換的組件、以及密封接頭。
防誤操作采樣係統
通過提供定製探頭、支架以及光學配件,易用,高效。即使非專業用戶,也能獲得可重複的、準確的測試結果。
環境適應性
使用建模工具和仿真軟件來設計散熱係統,結構上進行優化,再借助3D打印機技術和專業的生產廠商製作樣機,搭配自動散熱係統,並用環境箱進行驗證,從而快速完成環境耐受性評估。
定製化軟件和固件
軟件定製服務,不僅限於實現實驗室、現場或質量控製所需的分析與測量功能,還能為集成商定製用戶界麵、實現數據備份、遠程通訊等。通過定製固件,輸出非標準數據、自定義數據結構,增添新的通訊接口,從而幫助集成商簡化整機研發過程。
光譜儀通訊
定製驅動程序與固件
針對非標準嵌入式處理器和架構開發的應用驅動
多種光譜儀接口可選:SPI,I2C,USB,RS-232,Wi-Fi,Bluetooth和Ethernet
定製化的固件可將數據前處理功能植入光譜儀
組件控製
定製光譜儀和外部控製功能,便於與不同係統集成;例如:I2C,SPI,USBandRS-232
通過Wi-Fi或Bluetooth進行遠程數據傳輸
通過自定義參數和時序實現數據自動采集和外設時序控製
係統級軟件
麵向Android,iOS,Windows,Linux和MacOS的GUI接口。
用於光譜匹配和化合物鑒別的建模功能
提升線性度和熱穩定性的校準算法
用於嵌入式SBC/COM對象的操作界麵
多語言軟件界麵
可通過JSON或REST自動上傳光譜數據至雲端服務器
批量生產
當合作雙方對原型機達成共識後,集成商可指定生產計劃。生產企業需要擁有足夠的生產能力,能夠滿足客戶產品量產或是突發性產能提升的需求。
產能的提升能力,必然對生產能力有較高要求。生產過程中利用自動化實現精益生產,保障光譜儀集成定製化方案的高效性。擁有一台高效生產能力自動測試平台,將為生產能力提供強有力的保障,確保集成商得到更優質的服務。
質量保證
為保證最終產品的質量,微型光譜儀方案供應商應該擁有一套嚴格的質量體係,從來料控製,並在製造流程的各個方麵嚴格貫徹,直至產品裝箱發貨,這一係列流程是確保生產出合格產品。遵照良好的操作規範,並按照相關行業內標準設立了產品設計、文檔管理、采購和生產流程。
規格確認
為了確保定製產品的可靠生產,生產環節中相應的產品規格文檔體係顯得尤為重要,該體係按照整個生產合作流程每一環節進行確認,最終將合格的產品送到集成商手中。在規格文檔標準中,光譜儀、附件、係統製造、測試標準和品檢項目的相關標準會得到定義。
記錄和可追溯性
提供商需要對所生產的每一台儀器設備和測試記錄長期保留。出場後光譜儀、子係統和整機係統中主要零件做到可追溯性。
部件的品質控製
為保證產品品質,生產過程中各生產環節需要進行審計驗證、性能評估和真偽測試,對采購零件進行嚴格檢測,與“標準樣品”進行比較,將劣質電子元器件進行排除。
精確的一致性
在製造和測試過程中遵循相關標準,來確保產品生產的一致性。微型光譜儀方案供應商需要根據集成商定義具體的生產標準,以保證每個光譜儀或子係統性能的一致性。生產過程中通過設立獨立的工作區,流程和生產線,來建立標準、控製偏差,做到“精確複製”。

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