食品质量问题频现,掺杂、掺假、劣质食品极大地危害着人民群众的身体健康,在国内产生了极其恶劣的影响,引起了社会极大关注。食品质量检测问题不仅是一个单纯的技术问题,还是一个重大的社会问题,因此尽快探索适合我国国情的快速食品质量检测仪器,以填补食品质量快速检测仪器匮乏这一近似空白,是当前分析仪器领域的研究热点和难点,更是我国仪器工作者的社会责任。将微光机电系统(micro-opto-electro-mechanical system,MOEMS)技术和近红外光谱技术相结合,从原理上突破,探索具有自主知识产权的MOEMS近红外光谱探测方法及系统具有极大的应用价值,重要的科学意义和突出的现实意义。　　 本文抓住食品质量检测中有机物主成分分析这一关键,以近红外光谱技术和微光机电系统技术的交叉为突破点,在课题组前期光栅光调制器器件研究基础上,提出了一种基于光栅光调制器的近红外光谱探测新方法。针对该方法提出了光谱探测系统的基本理论体系,分别建立了空间域波长分离与合成；时间域光谱编码与重构的原理模型及设计理论。完成了光学系统的设计与仿真；完成了信号控制,采集及处理的软硬件设计。通过搭建实验系统完成了对典型食品的检测实验,初步验证了该方法的可靠性和理论的正确性。主要内容包括:　　 1)提出了一种利用衍射光栅,光栅光调制器和透镜组实现空间域波长分离与合成；光栅光调制器,单点近红外探测器和信号控制、采集及处理系统实现时间域光谱编码与重构的近红外光谱探测新方法。　　 2)利用标量衍射理论分别针对基于平面光栅和光栅光调制器以及基于凹面光栅和光栅光调制器的光谱探测系统建立了在空间域实现波长分离与合成的基本理论。推导了光线斜入射时,光栅光调制器像素的衍射特性。分析了色散成像系统的波长分离原理,得到了波长分离与各结构参数间的关系。分析了会聚成像系统的波长合成原理,得到了采用会聚成像系统实现单点探测器对各波长零级反射光探测的条件。　　 3)利用有限口径严格耦合波理论对光栅光调制器像素的衍射效率进行了矢量光学修正。利用信号分析与处理理论,提出了单通道编码,阿达玛编码和相邻M像素共享相同驱动电压编码三种在时间域的光谱编码方式。分别针对这三种编码方式,建立了光谱信号编码与重构的原理模型,并利用信噪比增益这一参数对三种编码方式下的光谱重构精度进行了分析比较。　　 4)建立了照明系统光学模型,利用Zemax光学设计软件优化设计了照明系统。利用Zemax软件对基于平面光栅和光栅光调制器近红外光谱探测系统进行了光学设计,得到了优化设计结果。从系统微小型化角度出发,采用平场凹面全息光栅替代平面光栅和光栅光调制器光谱探测系统中的准直系统,色散系统和成像系统的功能,利用Zemax软件对基于凹面光栅和光栅光调制器近红外光谱探测系统进行了光学设计,得到了优化设计结果。　　 5)为了实现本光谱探测系统的信号控制、采集及处理,对探测器数据采集模块,光栅光调制器驱动模块,光源稳定性控制模块,单片机控制模块进行了系统硬件电路设计；对人机界面模块,光栅光调制器控制模块,主控模块,光谱分析软件进行了系统软件设计。　　 6)利用光栅光调制器,凹面光栅,会聚成像透镜,单点探测器等核心光电器件搭建了实验平台,在1300～1398.64nm的近红外波段进行了光谱探测,实验证明了本系统在该波段具有小于10nm的分辨本领,波长准确性小于1nm,系统稳定性优于0.5％。在M取不同值的情况下,进行了基于相邻M像素共享相同驱动电压的光谱探测实验,结果表明相邻16个像素共享相同驱动电压可以在保证系统具有较好光谱重构精度条件下,有效降低系统所需要的不同驱动电压个数。最后在1156.9～1398.5nm波段内对进行了酒精水溶液定量分析实验和芝麻油掺杂调和油的定性分析实验。实验结果证明了本系统理论分析的正确性及设计的合理性。