| dc.description.abstract | Miniatyrisering av spektrometre bidrar til utviklingen av en digitalisert matindustri. For en vellykket implementering i anvendelser som krever høy signalkvalitet, slik som interaktans-spektroskopi, er det viktig å redusere størrelsen uten å gå for mye på bekostning av ytelsen. For å oppnå dette er det avgjørende å ha en grundig forståelse av de fysiske begrensingene til spektrometeret, samt forholdet mellom spektrometerets størrelse og ytelse. Samtidig er spektrometrenes datablad utilstrekkelige for en grundig karakterisering, og det finnes ingen standardisering eller enkel og anvendbar metode for å sammenligne ytelsen til ulike spektrometre.
Denne masteroppgaven er et første skritt mot en fullstendig og grunnleggende metode for karakterisering av spektrometre, som gir en helhetlig forståelse av egenskapene og ytelsen. Det har blitt utviklet en grov karakterisering basert på grunnleggende prinsipper og fysikk, for standardisering, karakterisering og sammenligning av spektrometre. Analysen fokuserer spesielt på diffraksjonsgitter-spektrometre, som er mye brukt for nær-infrarød (NIR) absorbans- og Raman-spektroskopi.
Et rekke ytelsesparametre for spektrometre har blitt definert ved bruk av en «black box»-tilnærming. Det har blitt foreslått en tilhørende serie med enkle og raske metoder for eksperimentell måling av disse ytelsesparametrene, basert på et enkelt, brukervennlig og reproduserbart oppsett. Hensikten er å gi økt forståelse av dataene, forenkle vurderingen av om et spektrometer er egnet for en gitt anvendelse, og forenkle sammenligning av forskjellige spektrometre. Karakteriseringen er per nå ikke komplett, og omfatter ikke egenskaper som strølys, stabilitet og robusthet, eller egenskaper knyttet til måling av heterogene prøver, slik som romlig samregistrering. Likevel dekkes viktige egenskaper knyttet til signal-støyforhold (SNR) og oppløsning, med spesielt grundig diskusjon av oppløsning, og de har blitt målt med tilstrekkelig nøyaktighet for tre diffraksjonsgitter-spektrometre.
Det gjenstår fortsatt å oversette og overføre resultatene til anvendelses-domenet, ved å beskrive effekten av ulike ytelsesparametre på multivariate modeller. Arbeidet vil forhåpentligvis da bli et nyttig verktøy for bedre forståelse av dataene, spektrometerets begrensninger og viktigheten av designoptimalisering, samt forenkle sammenligning av instrumenter for en gitt anvendelse. Dessuten kan det forenkle tverrfaglig samarbeid, og gjøre oss bedre i stand til å realisere miniatyrisert interaktans-spektroskopi. | |
| dc.description.abstract | Miniaturisation of spectrometers contribute to the advancement of food industry digitisation. The successful implementation for applications requiring high signal quality, such as interactance spectroscopy, relies on the compression of size while not compromising too much on performance. Crucial is a fundamental understanding of the physical limitations that govern the spectrometer operation, and the relation between spectrometer size and performance. Meanwhile, data sheets are inadequate for a proper spectrometer characterisation, and there is no standardisation or easily applicable method for comparing spectrometer performance.
This thesis is a first step towards a proper and fundamental method for performance characterisation, allowing for full understanding of the spectrometer properties and performance. For standardisation, characterisation, and comparison of spectrometers, a rough characterisation of spectrometer performance is developed, rooted in first principles and physics. The treatment is focused on diffraction grating spectrometers, which are commonly applied for near-infrared (NIR) absorbance and Raman spectroscopy.
Using the "black box"-approach, a set of performance characteristics for spectrometer operation is defined. Based on a simple, user-friendly, and reproducible setup, a corresponding set of simple and fast methods for experimentally measuring the characteristics is suggested. The performance characteristics are intended for better understanding of the data, for evaluating whether a spectrometer is suited for a given application, and for aiding comparison of different spectrometers. The characterisation is not complete, and does not cover properties such as stray light, stability and robustness, or properties relating to heterogeneous samples, such as spatial coregistration. However, the important properties relating to signal-to-noise ratio (SNR) and resolution are covered, with particularly thorough discussion of the resolution, and they are successfully determined with sufficient accuracy for three diffraction grating spectrometers.
Work still remains to translate and transfer the results to the application domain, describing the effect on multivariate models from different performance characteristics. The work will hopefully then be a useful tool for better understanding the data, spectrometer limitations, and importance of design optimisation, and aid the comparison of instruments for a given application. Additionally, it can simplify multidisciplinary work, making us better equipped for realising miniaturised interactance spectroscopy. | |
