在生活垃圾精細化分類(lèi)與資源化回收的前沿實(shí)踐中，近紅外（NIR）光譜分選技術(shù)已成為實(shí)現混合干垃圾、尤其是復雜塑料混合物高效自動(dòng)分離的核心手段。該技術(shù)的工程化應用效能，在硬件層面高度依賴(lài)于其光學(xué)感知系統的精度與可靠性。其中，濾光片作為關(guān)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(cháng)期運行穩定性起著(zhù)決定性作用。

（圖源網(wǎng)絡(luò )，侵刪）

一、設備概述：垃圾分類(lèi)流水線(xiàn)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(dòng)化分選流水線(xiàn)上的關(guān)鍵設備，專(zhuān)門(mén)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(lèi)塑料、紙、紡織品等）。其工作流程是一個(gè)緊密集成光學(xué)檢測、高速算法與物理執行的自動(dòng)化閉環(huán)：

1.預處理與均質(zhì)給料：經(jīng)過(guò)初步破碎、磁選等預處理的生活垃圾混合物料，通過(guò)振動(dòng)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(gè)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、寬譜且穩定的鹵素燈或LED陣列光源照射在勻速通過(guò)的垃圾物料流上。物料表面產(chǎn)生的漫反射光信號被高性能的光學(xué)鏡頭組捕獲并匯聚。

3.實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(lèi)包裝紙、紡織品等的光譜“指紋”）進(jìn)行毫秒級高速比對與匹配運算，精確判定每個(gè)通過(guò)顆粒的材質(zhì)類(lèi)別。

4.高壓氣動(dòng)分選執行：識別結果即時(shí)傳輸至執行單元。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(lèi)型）運動(dòng)至對應噴嘴下方時(shí)，控制器觸發(fā)一個(gè)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(lái)。

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(xué)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(xué)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(lèi)中的適用性

當波長(cháng)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(shí)，光會(huì )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(xué)鍵會(huì )吸收特定波長(cháng)的光能，產(chǎn)生獨特的倍頻與合頻振動(dòng)吸收光譜。不同種類(lèi)的垃圾組分因其分子結構與化學(xué)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(guò)檢測并解析這一反射光譜的“指紋”信息，實(shí)現對混合垃圾中不同材質(zhì)的高速、無(wú)接觸式鑒別。

2.系統內部光學(xué)構架與分光技術(shù)路徑

分選機的光學(xué)系統是一個(gè)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(xué)收集單元、分光單元和光電探測單元構成。實(shí)現將復合反射光分解為可供分析的單波長(cháng)光的“分光”技術(shù)是關(guān)鍵，主要存在兩種主流技術(shù)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(cháng)不同的窄帶干涉濾光片。工作時(shí)，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(gè)特定窄波段下的光強信號，從而在時(shí)間序列上離散地獲取物料的特征光譜。該技術(shù)成熟穩定，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(jìn)行空間色散，將不同波長(cháng)的光在空間上連續展開(kāi)。隨后，使用一維線(xiàn)陣排列的銦鎵砷（InGaAs）探測器同時(shí)瞬時(shí)接收整個(gè)目標波段（如900-1700nm或擴展至1700-2500nm）內的所有光譜信號，一次性獲取連續的全光譜曲線(xiàn)。此方案無(wú)機械運動(dòng)部件，采樣速度極快、信息完整度高，是處理大規模、高速垃圾分選線(xiàn)的首選方案。在這兩種架構中，濾光片均扮演著(zhù)不可或缺的核心光學(xué)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(shù)功能與性能挑戰

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(xué)頻率選擇器，對來(lái)自復雜、臟污垃圾物料的反射光信號進(jìn)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(lèi)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(lèi)：

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(xué)薄膜干涉原理，允許一個(gè)極窄波段（半高全寬通常為10-20納米）的光高效透過(guò)。在濾光輪系統中，一套針對垃圾中常見(jiàn)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(cháng)設定在1210nm、1720nm、1950nm等關(guān)鍵鑒別點(diǎn)），構成了系統的“光譜采樣探針”。系統通過(guò)高速輪詢(xún)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(guān)鍵鑒別信息，完成快速分類(lèi)決策。

（NBP1210窄帶濾光片）

長(cháng)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(lèi)濾光片是應對垃圾分選惡劣光學(xué)環(huán)境的“第一道防線(xiàn)”。其核心任務(wù)是強力抑制帶外干擾光并定義系統工作波段。

典型實(shí)例：在專(zhuān)注于分選生活垃圾中常見(jiàn)塑料（其特征譜區集中于1200-2400nm）的設備上，標準配置是集成一片截止邊為1050nm的長(cháng)波通濾光片。該濾光片對1050nm以下的波長(cháng)（包含全部可見(jiàn)光及車(chē)間照明）實(shí)現近乎完全的阻斷（光學(xué)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(guò)（透過(guò)率>90%），從而為系統創(chuàng )建一個(gè)純凈的近紅外信號通道。

在垃圾分類(lèi)中的核心價(jià)值：

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

2.保護核心探測器：避免雜散光對高靈敏度、高成本的InGaAs線(xiàn)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(guò)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，從而有效區分顏色相近、但材質(zhì)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(cháng)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(dòng)、溫度波動(dòng)）對濾光片提出了遠高于實(shí)驗室標準的嚴苛要求：

極端環(huán)境魯棒性：光學(xué)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(zhù)、潮濕空氣的侵蝕及定期清潔的磨損。膜系設計需實(shí)現極低的熱漂移（例如<0.02nm/°C），確保在不同季節的車(chē)間溫度下，中心波長(cháng)或截止邊穩定，分選精度不漂移。

苛刻的光學(xué)性能指標：需要同時(shí)實(shí)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(cháng)的運行壽命與可靠性：必須保證在24/7連續運轉、年處理量數十萬(wàn)噸的垃圾分選線(xiàn)上，歷經(jīng)數萬(wàn)小時(shí)工作后，光學(xué)性能無(wú)明顯衰減，以維持整條分選線(xiàn)的穩定產(chǎn)出和回收物純度。

在垃圾分類(lèi)與資源化領(lǐng)域，近紅外光譜分選機是實(shí)現從“混合廢物”到“純凈資源”質(zhì)變的關(guān)鍵技術(shù)裝備。而濾光片，作為其光學(xué)感知鏈中的核心功能元件，通過(guò)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(shí)、復雜的垃圾處理環(huán)境中“看得清”、“辨得準”。無(wú)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、穩定性與適應性方面的上限。因此，深入理解濾光片的技術(shù)原理，并依據垃圾分類(lèi)的具體物料特性和分選環(huán)境進(jìn)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(dòng)分選解決方案不可或缺的核心工程技術(shù)環(huán)節，對于提升整體資源回收率與經(jīng)濟效益具有至關(guān)重要的意義。