在生活垃圾精細化分類與資源化回收的前沿實踐中，近紅外（NIR）光譜分選技術已成為實現混合干垃圾、尤其是復雜塑料混合物高效自動分離的核心手段。該技術的工程化應用效能，在硬件層面高度依賴于其光學感知系統的精度與可靠性。其中，濾光片作為關鍵的光譜選擇與信號提純元件，對系統在復雜垃圾成分環(huán)境下的識別準確性、抗干擾能力及長期運行穩(wěn)定性起著決定性作用。

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一、設備概述：垃圾分類流水線上的智能“分揀手”

近紅外光譜分選機是現代垃圾資源化處理中心（MRF）自動化分選流水線上的關鍵設備，專門用于從破碎后的混合生活垃圾中分選出高純度的可回收物（如各類塑料、紙、紡織品等）。其工作流程是一個緊密集成光學檢測、高速算法與物理執(zhí)行的自動化閉環(huán)：

1.預處理與均質給料：經過初步破碎、磁選等預處理的生活垃圾混合物料，通過振動給料器或高速皮帶機，被輸送并展布成均勻的、單層（或薄層）的顆粒流，以確保每個待分選物體都能被清晰檢測。

2.光譜激發(fā)與信號采集：高功率、寬譜且穩(wěn)定的鹵素燈或LED陣列光源照射在勻速通過的垃圾物料流上。物料表面產生的漫反射光信號被高性能的光學鏡頭組捕獲并匯聚。

3.實時光譜分析與物料識別：采集到的反射光信號被導入光譜分析模塊。系統處理器將實時獲取的全譜或特征譜數據，與預存的海量“垃圾組分光譜數據庫”（包含PET瓶片、HDPE容器、PP制品、PVC、各類包裝紙、紡織品等的光譜“指紋”）進行毫秒級高速比對與匹配運算，精確判定每個通過顆粒的材質類別。

4.高壓氣動分選執(zhí)行：識別結果即時傳輸至執(zhí)行單元。通常，該系統由一列精密控制的高壓空氣噴嘴陣列構成。當被識別的目標物料（如指定的塑料類型）運動至對應噴嘴下方時，控制器觸發(fā)一個短暫的壓縮空氣脈沖，將其精準吹離主物料流，落入指定的可回收物收集倉，從而將目標資源從混合垃圾中高效分離出來。

該流程的效能核心在于步驟2與步驟3的精確性與速度，而這直接由前端光學系統——特別是濾光片的性能——所保障，以應對垃圾成分復雜、污染度高、背景光干擾強的嚴苛工業(yè)環(huán)境。

二、光學識別原理與系統內部架構

1.光譜識別的基本原理及其在垃圾分類中的適用性

當波長范圍在780納米至2500納米之間的近紅外光照射到垃圾中的有機物料（如塑料、紙張、木材、織物）時，光會與物料分子中的含氫基團（主要是C-H、O-H、N-H鍵）發(fā)生相互作用。這些化學鍵會吸收特定波長的光能，產生獨特的倍頻與合頻振動吸收光譜。不同種類的垃圾組分因其分子結構與化學鍵環(huán)境不同，吸收特征也截然不同。例如，PET與HDPE雖然都是塑料，但其C-H鍵的吸收峰位置和形狀存在可測量的差異。分選機通過檢測并解析這一反射光譜的“指紋”信息，實現對混合垃圾中不同材質的高速、無接觸式鑒別。

2.系統內部光學構架與分光技術路徑

分選機的光學系統是一個為適應垃圾分選環(huán)境而特殊設計的精密模塊，主要由照明單元、光學收集單元、分光單元和光電探測單元構成。實現將復合反射光分解為可供分析的單波長光的“分光”技術是關鍵，主要存在兩種主流技術路徑：

濾光輪分光式系統：此系統采用機械旋轉的濾光輪作為核心分光器件。濾光輪上沿圓周鑲嵌一系列中心波長不同的窄帶干涉濾光片。工作時，濾光輪高速旋轉，使這些濾光片依次切入光路，探測器則同步記錄下每個特定窄波段下的光強信號，從而在時間序列上離散地獲取物料的特征光譜。該技術成熟穩(wěn)定，但對高速分選需求存在采樣率的物理限制。

全譜分光式系統（當前主流）：此系統采用固定光柵對入射的復合反射光進行空間色散，將不同波長的光在空間上連續(xù)展開。隨后，使用一維線陣排列的銦鎵砷（InGaAs）探測器同時瞬時接收整個目標波段（如900-1700nm或擴展至1700-2500nm）內的所有光譜信號，一次性獲取連續(xù)的全光譜曲線。此方案無機械運動部件，采樣速度極快、信息完整度高，是處理大規(guī)模、高速垃圾分選線的首選方案。在這兩種架構中，濾光片均扮演著不可或缺的核心光學濾波角色。

（紅外光譜儀原理圖）

三、核心元件分析：濾光片在垃圾分選中的技術功能與性能挑戰(zhàn)

濾光片在垃圾分選系統中的根本作用是作為高精度的光學頻率選擇器，對來自復雜、臟污垃圾物料的反射光信號進行“提純”和“整形”，其性能是系統在低信噪比環(huán)境下仍能保持高鑒別精度的物理基礎。

1.主要類型及其在垃圾分選系統內的具體功能

根據系統架構和功能定位，主要分為兩類：

窄帶干涉濾光片——應用于濾光輪系統的核心分光元件

工作原理與功能：基于光學薄膜干涉原理，允許一個極窄波段（半高全寬通常為10-20納米）的光高效透過。在濾光輪系統中，一套針對垃圾中常見物料（如塑料、紙）特征吸收峰精確優(yōu)化的濾光片組（例如中心波長設定在1210nm、1720nm、1950nm等關鍵鑒別點），構成了系統的“光譜采樣探針”。系統通過高速輪詢這些離散的“光譜窗口”，即使面對成分復雜的垃圾流，也能高效提取出關鍵鑒別信息，完成快速分類決策。

（NBP1210窄帶濾光片）

長波通/帶通濾光片——作為所有系統的前置防護與預濾波元件

工作原理與典型配置：在主流全譜系統中，此類濾光片是應對垃圾分選惡劣光學環(huán)境的“第一道防線”。其核心任務是強力抑制帶外干擾光并定義系統工作波段。

典型實例：在專注于分選生活垃圾中常見塑料（其特征譜區(qū)集中于1200-2400nm）的設備上，標準配置是集成一片截止邊為1050nm的長波通濾光片。該濾光片對1050nm以下的波長（包含全部可見光及車間照明）實現近乎完全的阻斷（光學密度OD>4，即透光率低于0.01%），而允許1050nm以上的近紅外工作光高效通過（透過率>90%），從而為系統創(chuàng)建一個純凈的近紅外信號通道。

在垃圾分類中的核心價值：

1.抗環(huán)境光干擾：有效濾除垃圾分選車間內不可避免的強烈環(huán)境可見光，防止其淹沒微弱的近紅外特征信號，這是確保在工業(yè)現場穩(wěn)定工作的前提。

2.保護核心探測器：避免雜散光對高靈敏度、高成本的InGaAs線陣探測器造成損害或信號飽和。

3.提升信噪比與鑒別率：通過提供“干凈”的入射光信號，使系統能夠更清晰地分辨光譜細節(jié)，從而有效區(qū)分顏色相近、但材質不同的垃圾（如不同顏色的PET瓶與HDPE容器），或受污染的物料。

（LP1050長波通濾光片）

2.面向垃圾分選嚴苛環(huán)境的性能要求

垃圾分選環(huán)境（高粉塵、高濕度、機械振動、溫度波動）對濾光片提出了遠高于實驗室標準的嚴苛要求：

極端環(huán)境魯棒性：光學薄膜必須具備極高的硬度、卓越的疏水與防油污特性，以抵抗垃圾粉塵的附著、潮濕空氣的侵蝕及定期清潔的磨損。膜系設計需實現極低的熱漂移（例如<0.02nm/°C），確保在不同季節(jié)的車間溫度下，中心波長或截止邊穩(wěn)定，分選精度不漂移。

苛刻的光學性能指標：需要同時實現高透射率（最大化信號強度）、深截止度（最小化噪聲）和陡峭的截止邊緣（精確界定工作波段），這三者共同決定了系統最終的識別靈敏度與準確度。

超長的運行壽命與可靠性：必須保證在24/7連續(xù)運轉、年處理量數十萬噸的垃圾分選線上，歷經數萬小時工作后，光學性能無明顯衰減，以維持整條分選線的穩(wěn)定產出和回收物純度。

在垃圾分類與資源化領域，近紅外光譜分選機是實現從“混合廢物”到“純凈資源”質變的關鍵技術裝備。而濾光片，作為其光學感知鏈中的核心功能元件，通過精密的光譜選擇與信號提純功能，直接決定了設備能否在真實、復雜的垃圾處理環(huán)境中“看得清”、“辨得準”。無論是作為傳統濾光輪系統的分光核心，還是作為現代全譜系統的前置噪聲抑制屏障，濾光片的性能都從根本上設定了分選機在識別率、穩(wěn)定性與適應性方面的上限。因此，深入理解濾光片的技術原理，并依據垃圾分類的具體物料特性和分選環(huán)境進行嚴格選型與性能驗證，是設計與部署高效、可靠、智能化垃圾自動分選解決方案不可或缺的核心工程技術環(huán)節(jié)，對于提升整體資源回收率與經濟效益具有至關重要的意義。