與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀的製作方法
2023-05-26 20:23:16
與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種與通用的藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀，包括拉曼探頭、雷射器模塊、色散模塊、藍牙傳輸模塊、電池及電源管理模塊。所述拉曼光譜儀能夠與具有藍牙功能的智能終端通過藍牙協議實現無線互聯，智能終端設備僅需加載配套的客戶端軟體，即可控制拉曼光譜儀並處理採集的數據，並可以在較遠距離操作，提高了操作的方便性和安全性，有效避免了手持的不穩定帶來的測量誤差。此外，依託智能終端設備的網絡連接功能，可以充分利用網絡資源實現光譜圖的遠程分析和比對，並將分析結果實時反饋並顯示在所述智能終端設備上，使非專業人員可藉助此光譜儀實現化學物質的判別，有效提高光譜信息的分析能力和管理水平。
【專利說明】 與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及微型儀器【技術領域】，尤其涉及一種拉曼光譜儀。
【背景技術】
[0002]在日常生活中人們對於確定食品、日常用品、藥品等的化學組份有一定的需求，例如食品中的激素和農藥殘留、嬰幼兒服裝玩具上染料的鉛含量、食品的塑料包裝是否有毒等等。拉曼光譜儀能夠測定特定的化學成分，在食品安全、醫療衛生、環境檢測等領域具有廣闊的應用前景，在測試技術的層面上能有效提升食品、環境安全。另外在疾病的早期自主診斷方面也有很大的應用潛力，例如專利US7651851公開了一種使用低解析度的拉曼光譜體外檢測體液的方法和裝置，通過該裝置可以實時檢測體液成分，實現疾病的早期自主診斷。
[0003]針對上述需求，近年來手持式拉曼光譜儀發展很快，並已有很多商用產品。但這些產品在應用中還存在著價格高、體積重量大等缺點，同時獲得的光譜圖等往往需要專業人士的分析和比對才能確定被測物質的組分。上述問題在很大程度上制約了手持式拉曼光譜儀器的推廣應用。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的主要技術問題是提供一種拉曼光譜儀，體積小、成本低，可以實現隨時隨地對被測物體進行檢測和分析；並且通過藍牙連接的方式，能在較遠距離控制和使用。
[0005]本發明所要解決的次要技術問題是提供一種拉曼光譜儀，在滿足了上述要求的同時，能通過網絡資源實現對檢測數據的遠程分析和比對，便於非專業人士的使用。
[0006]為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀，包括拉曼探頭、雷射器、色散模塊，藍牙傳輸模塊、電池及電源管理模塊；
[0007]所述拉曼探頭與所述雷射器和色散模塊連接；
[0008]所述電池通過電源管理模塊對所述拉曼光譜儀供電。
[0009]作為優選:所述色散模塊包括:光學分光模塊、(XD、(XD外圍電路和微處理器。
[0010]作為優選:所述拉曼光譜儀還包括加載於終端設備的客戶端軟體。
[0011]作為優選:所述客戶端軟體可以設置所述拉曼光譜儀的工作參數。
[0012]作為優選:所述客戶端軟體通過藍牙傳輸接收所述拉曼光譜儀獲取的拉曼光譜信息，進行濾波、平滑操作後，用戶可以選擇在所述終端設備的顯示屏上顯示二維光譜信息。
[0013]作為優選:所述客戶端軟體通過無線網絡將獲得的拉曼光譜信息與網站上的拉曼光譜資料庫進行遠程比對和分析，使非專業人員可藉助此光譜儀實現化學物質的判別。
[0014]作為優選:所屬客戶端軟體將獲得的操作參數、拉曼光譜信息、時間、地理信息上傳到網站。
[0015]與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀的使用方法:[0016]I)打開智能終端設備上的藍牙開關，搜索並與所述拉曼光譜儀建立連接；
[0017]2)將所述拉曼光譜儀上的拉曼探頭對準被測物體，使用智能終端設備上的客戶端軟體進行參數設置後開始測量；
[0018]3)所述客戶端軟體對接收到的拉曼光譜信息進行處理，並上傳到網站上與拉曼光譜資料庫進行遠程比對和分析後，將比對結果返回所述客戶端軟體並顯示物質組份信息。
[0019]相較於現有技術，本發明的技術方案具有如下優點:
[0020]1.在拉曼光譜儀中加入了藍牙模塊，從而使拉曼光譜儀通過藍牙通訊協議和智慧型手機、平板電腦等終端設備無線互聯。用終端設備的顯示屏和處理器替代了原有拉曼光譜儀中的顯示模塊和信息處理模塊，縮小了拉曼光譜儀的體積並且節約了成本，有利於拉曼光譜儀的推廣。
[0021]2.用戶只需在智能終端上安裝客戶端軟體即可實現對拉曼光譜儀的操作，通過可視化的軟體界面，簡化拉曼光譜儀的操作步驟，讓不同階層的人都能熟練使用。
[0022]3.通過藍牙連接，實現了遠距離了操作拉曼光譜儀的想法。在一些危險或者不方便進入的場合，可以將拉曼光譜儀對準被測物體後，使用者處於較遠的位置進行控制和檢測。
[0023]5.通過將傳統拉曼光譜儀的檢測部分和操作部分彼此獨立開來，有效避免了使用者在操作過程中給檢測部分帶來的抖動，從而使得檢測結果更精確。
[0024]6.依託藍牙智能終端設備的網絡連接功能，客戶端軟體可以充分利用配套的網絡資源，提高光譜信息的分析和管理能力。例如:對於檢測到的拉曼光譜信息實時上傳到網站上與資料庫中的信息進行比對，並反饋回終端設備中，這樣非專業人員也可以輕鬆根據反饋信息來獲得被測物質的組成成分，進一步降低了拉曼光譜儀的門檻，更適合推廣應用。也可以通過用戶上傳的數據匯總分析，從而了解到不同地區的情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀系統組成圖。
[0026]圖2為一較佳實施例的與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀的結構
[0027]設計圖。
[0028]圖3為一較佳實施例的與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下文結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0030]如圖1、圖2，一較佳實施例的與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀，它包括外殼I，開關2,拉曼探頭3,雷射器4,電池5,電源管理模塊6,色散模塊7和藍牙模塊12。
[0031]所述拉曼探頭3與所述雷射器4和色散模塊7連接；所述電池5通過電源管理模塊6對所述拉曼光譜儀供電。所述色散模塊7包括:光學分光模塊8、CCD9、CCD外圍電路10和微處理器11。
[0032]I)系統硬體的選擇。
[0033]本實施例中，在C⑶外圍電路10中集成AT89S52單片機。藍牙模塊12採用美國TI公司生產的高性能低功耗的CC2541晶片，提供對最新藍牙標準V4.0版本的支持。
[0034]2)系統的軟體設計
[0035]系統的軟體架構分為兩部分:①客戶端軟體；②主控制器軟體控制模塊。
[0036]①客戶端軟體
[0037]採用Andriod系統平臺編程實現⑶I (圖形用戶界面)設計。採用完全面向對象設計，圖形化人機互動界面。調用Qt庫(圖形用戶界面庫)實現各種按鈕的消息捕獲、處理，完成藍牙連接及數據傳輸系統中所有功能窗口的創建、銷毀以及管理。當出現軟體有錯誤發生時，向用戶返回友好的錯誤提示。同時，在進行數據傳輸的時候，可以實時顯示當前數據傳輸的狀態信息。
[0038]採用曲線平滑算法對數據進行平滑後，實時顯示譜線。多通道讀取和保存光譜，並採用中心點法對譜線進行標定。
[0039]②主控制器軟體控制模塊
[0040]在AT89S52單片機中採用C語言編程實現。主要有:軟體適配層模塊設計:主要負責向GUI模塊提供底層無關的數據傳輸API接口，與GUI交換數據信息，以及響應用戶在Gn上的操作，控制下層模塊進行實際的執行。原始碼管理模塊設計:主要負責發現和連接其他終端設備，在單片機中編寫程序控制電源管理模塊。核心模塊設計:主要負責藍牙設備原始數據的緩存，以及調用藍牙晶片進行加密數據的編解碼，並保證實現藍牙數據的實時通信。
[0041]以下以中興N880E安卓手機為例，說明與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀的工作過程。附圖3為與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀的工作流程圖。
[0042]首先，打開拉曼光譜儀電源開關2，雷射器4預熱一分鐘左右，藍牙模塊12啟動。同時打開手機中安裝的客戶端軟體，並搜索外部藍牙設備，找到拉曼光譜儀後連接，請求與用戶所持拉曼光譜儀建立連接。此時藍牙模塊12收到配對請求，建立藍牙的配對連接，此時智慧型手機的屏幕顯示「配對成功」，並提示「開始測量」。同時，藍牙模塊12發送指令給主控制器，說明已啟動藍牙連接，等待測量。此時，用戶就可以進行正常的光譜檢測。用戶把拉曼探頭3對準被測物品，在手機的軟體上點擊「開始測量」，拉曼光譜儀即可獲得相應的模擬光譜信號，經過CCD外圍電路10的模數轉換和函數轉換獲得光譜數字信息，並通過藍牙進行信息的傳輸。手機獲得信息後，進行數據處理和分析數據，手機上安裝的客戶端軟體自動建立與網絡上拉曼資料庫的連接，並遠程進行光譜比對，並將物質組份信息反饋回客戶端軟體。
[0043]以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，故不能依此限定本發明實施的範圍，即依本發明專利範圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明涵蓋的範圍內。
【權利要求】
1.與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀，包括拉曼探頭、雷射器、色散模塊，藍牙傳輸模塊、電池及電源管理模塊； 所述拉曼探頭與所述雷射器和色散模塊連接； 所述電池通過電源管理模塊對所述拉曼光譜儀供電。
2.根據權利要求1所述的與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀，其特徵在於:所述拉曼光譜儀還包括加載於終端設備的客戶端軟體。
3.根據權利要求2所述的與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀，其特徵在於:所述客戶端軟體可以設置所述拉曼光譜儀的工作參數。
4.根據權利要求2所述的與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀，其特徵在於:所述客戶端軟體通過藍牙傳輸接收所述拉曼光譜儀獲取的拉曼光譜信息，進行濾波、平滑操作後，用戶可以選擇在所述終端設備的顯示屏上顯示二維光譜信息。
5.根據權利要求2所述的與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀，其特徵在於:所述客戶端軟體通過無線網絡將獲得的拉曼光譜信息與網站上的拉曼光譜資料庫進行遠程比對和分析，顯示被測樣品的物質組份信息，使非專業人員可藉助此光譜儀實現化學物質的判別。
6.根據權利要求2所述的與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀，其特徵在於:所屬客戶端軟體將獲得的操作參數、拉曼光譜信息、時間、地理信息上傳到網站。
7.與藍牙智能終端設備無線互聯的拉曼光譜儀的使用方法: 1)打開智能終端設備上的藍牙開關，搜索並與所述拉曼光譜儀建立連接； 2)將所述拉曼光譜儀上的拉曼探頭對準被測物體，使用智能終端設備上的客戶端軟體進行參數設置後開始測量； 3)所述客戶端軟體對接收到的拉曼光譜信息進行處理，並上傳到網站上與拉曼光譜資料庫進行遠程比對和分析後，將比對結果返回所述客戶端軟體並顯示物質組份信息。
【文檔編號】G01J3/44GK104007097SQ201410165527
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】呂苗, 李一帆, 馮興, 田中群 申請人:廈門大學