如何看待Si-Ware推出芯片级近红外光谱仪NeoSpectra Micro?


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王茜 - Galaxy Scienfific CEO

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有些客易的应用信噪比低些,也可能不是问题。还有一点重要的问题需要考虑,绝大多样品不均匀,如果解决小光班所得的光谱的代表性问题。最终仪器的大小重要是整机体积和重量。
 
十几年前AXIOM公司的仪器蕊片只有大指甲大,还有别的MEMS技术,让把一些布鲁克和热电的人担心了一阵,但等整机出来,十几年过去了,也没见这些公司占有了多少市场,做了多少成功的应用。他们成功应用是有的,是少数的特别应用。不过,值得进一步探讨,关健是要这些技术的局限性,有针对的开发他们适用的应用。
 
但是大家都有梦想的话,也许未来有全新的技术。有梦想好! 

指点的知青们 - 知识青年合体

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Si-Ware推出的单个芯片大小的MEMS近红外光谱仪——NeoSpectra Micro,其尺寸小巧,足以集成于智能手机和可穿戴设备中,新款微型片上光谱仪的检测范围为1100 nm~2500 nm的近红外光谱区域,其外观尺寸为18 x 18 mm,厚度仅为4 mm。

 
Si-Ware采用相同的MEMS单片迈克尔森干涉仪技术,芯片级版本经过完美的机械及光学优化,首款进入市场的NeoSpectra利用光纤将外部光源导入MEMS芯片。而新款NeoSpectra Micro采用一组微镜取代了光纤,将微镜直接和光子探测器及光源集成在一起。

  • MEMS chip: monolithic Michelson interferometer
  • Photodetector: single element uncooled InGaAs Photodetector
  • ASICs: for system control and data processing
  • Sample interfacing: Configuration of a light source for sample illumination, and a glass lid for free-space light collection

 

  • Free-space coupling for light
  • Output spectra, commands signals, and power are transferred via electrical pins (SPI)
  • Optional Optical Core Module without light source

 
Technical Specifications

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由上图可以看出NeoSpectra Micro的读出ASIC和处理器芯片堆叠在MEMS芯片单元下方,研发人员拿到的是一款立即可用的微型近红外光谱仪,其结果可以直接发送至云端,进而匹配并识别任何特征光谱。
 
可以看出Si-Ware战略定位消费类市场,将光谱学应用至广阔的健康和安全领域,使消费者可以直接扫描他们的食物,以识别过敏原和新鲜度,还能识别药物成分、分析空气质量,甚至还能检测用户自己的呼吸,以实现健康监测。
 
目前市场上可以实现成分分析功能的公司中,比较知名的是以色列的Consumer Physics公司,(如何评价近红外光谱消费级产品SCiO?)(如何评价近红外光谱消费级产品TellSpec?
 
消费物理公司近日与长虹联合推出了长虹H2手机,在全球范围内引起了广泛关注。据陈斌老师透露,明天无锡近红外会议,会有长虹专家现身说法,想想还真的有点小激动。Consumer Physics目前专注于研发手持分析仪产品, Si-Ware公司则推出能够广泛应用于智能手机和可穿戴设备的芯片级光谱分析解决方案,或将推动成分分析功能在消费类市场的应用普及。Si-Ware公司也将提供低成本的微型光谱仪模块,分析和终端应用将由设备和APP开发商以B2C的服务模式提供。
 
我个人感觉芯片级的微型光谱仪开辟了全新的用户习惯,这款突破性器件可以媲美十年前的MEMS惯性传感器。一旦能够将其集成进入智能手机,许多前所未有的创新应用将应运而生,进而微型光谱仪的市场将会被引爆


据法国市场研究机构Tematys的数据, 2016年紧凑型光谱仪市场规模为6.55亿美元,预计到2021年将增长至10亿美元,其中,消费类应用增长率最高。2015~2021年,预计消费类应用市场的复合年增长率可达54%。


Si-Ware公司在2017美国西部光电展上展示了NeoSpectra Micro,其被设计装配在一款iPhone手机壳中,并利用一款应用展示APP,能够扫描并检测食品和咖啡成分,实现谷蛋白和咖啡因等元素的精准探测和定量检测。这款iPhone手机壳由XPNDBLS公司开发,光谱分析算法则由GreenTropism公司开发。
 

 
Si-Ware的执行副总裁Scott Smyser表示


想要大部分的智能应用具有运动感应功能,就需要相关的惯性传感器、加速计、陀螺仪等零器件尺寸变得足够小、成本变得足够低。同理,成本相对较低、尺寸相对较小的光谱芯片也许可以拓展出在材料分析方面前所未有的新应用。


Si-Ware还表示他们的光谱方案相比于其他竞争者,理论上测试的精确率更高,其他竞争者有想象空间。目前NeoSpectra Micro的定价比较合理,批量售卖价格约为100美元/颗,完整的开发套件套件大概2499美元,首批开发者套件将于2017年6月供货,并且是限量的,我试着购买一下,确实是2499美元,童叟无欺,不知道有哪位土豪买个过来研究下,或者大家众筹一个,然后一起研究下。

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我们可以看下这个开发者套件

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我们看到光学核心模块OCM即optical core module,在OCM上方有一个经过优化的采样接口,以及IR lamps用于照射样品物质,以及一个自由空间内光的收集的玻璃盖板。
 
开发板有一个控制读数的SPI接口,天哪 朋友们,知识点好嘛,SPI(Serial Peripheral Interface)串行外设接口。
 
这套开发者套件的运行模式有三种,但是在任何模式下都可以访问原始测量数据,方便软件和化学计量的开发。

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相信随着出货量的提高,价格会更具吸引力,其工艺很容易扩大生产规模,采用了一颗MEMS芯片和两颗CMOS ASIC芯片,今后都可以按需实现规模化制造。
 
光谱学涉及分析材料的波长吸收与反射,从而获得物体材料的具体成分。光谱法过去仅用在耗资几千美元的仪器上,正是因为技术的发展,使得像Si-Ware这样的芯片商可以将这些复杂的仪器缩小到一定的尺寸,从而集成进现有的智能设备中,期待近红外专家学者们对这类产品的解惑。

万成富 - 近红外工匠大师

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不知道如此小的光通量能提供多高的信噪比,开发装置也搞饥饿销售?

张建平 - 全息品质评价技术创始人,近红外逍遥子

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微型机器挺折磨人的,只听见雷声不见雨点,王茜博士是仪器专家,对硬件的判断应该比较可靠,但又希望硬件方面会有革命性的进展。近红外万能式不可能的,但能做万种以上的检测是可能的。

周学秋 - 近红外跨界应用大师,Thermo Fisher Scientific

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我在08年长沙近红外年会上讲过,不要把近红外当做万能机器,请参考会议论文,我找一下,回头上传跟大家分享一下。

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