CN103837518A - 一种基于云计算的拉曼物质识别平台 - Google Patents

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毛慧珍
李俊梅
林志强
罗志军
蒋龙键
林佳
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering

Abstract

本发明的目的在于通过网络、云计算方法，提供一种具有实现远程拉曼光谱物质识别功能的基于云计算的拉曼物质识别平台;本发明通过将拉曼图谱数据库置于远程的云端服务器上，把接收到的拉曼光谱数据与数据库的标准谱图数据库进行物质比对识别，并将物质识别结果返回到拉曼光谱仪上显示;本发明基于云计算的拉曼物质识别平台，不需要每台拉曼光谱仪都内置拉曼谱图数据库，即有利于降低拉曼光谱仪的硬件成本，也可以节省用户购买拉曼谱图数据库的费用，同时有利于结构部门对下属测试机构的测试结果，进行集中有效管控。

Description

一种基于云计算的拉曼物质识别平台
技术领域
本发明涉及拉曼光谱的远程物质识别领域，尤其涉及到一种基于云计算的多点分布拉曼光谱物质识别平台。
背景技术
拉曼光谱可以提供简单、快速、可重复、且无损伤的定性定量物质分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英和光纤对物质进行测量分析。随着科技的发展，拉曼光谱仪向着小型、智能化、廉价的方向发展，越来越多的拉曼光谱仪进入市场，深入各种应用领域。拉曼光谱谱图库包括各种物质、混合物的拉曼光谱谱图，是拉曼光谱识别的一个必备参考对象，由于各类物质、混合物多种多样，因此，要得到完整的拉曼光谱谱图库，就要用标准仪器，测出各种物质的拉曼光谱，其难度非常大，实验非常多。有专业公司，进行拉曼光谱谱图库的开发，获得了部分物质的标准拉曼谱图库。市场上可以购买到这种谱图库，每个许可证费用为数千美元，价格非常昂贵。在拉曼光谱仪价格日益降低的情况下，每个谱图库数千美元的成本，相当于另外购买一台拉曼光谱仪的成本了。谱图库昂贵的成本，也阻碍了拉曼光谱仪的进一步扩展市场。
发明内容
本发明的目的在于通过网络、云计算方法，提供一种具有实现远程拉曼光谱物质识别功能的基于云计算的拉曼物质识别平台。
本发明的内容是一种基于云计算的拉曼物质识别平台，本发明通过将拉曼图谱数据库置于远程的云端服务器上，把接收到的拉曼光谱数据与数据库的标准谱图数据库进行物质比对识别，并将物质识别结果返回到拉曼光谱仪上显示。
为了实现上述目的，本发明如下技术方案：
一种基于云计算的拉曼物质识别平台，包括拉曼光谱采集终端、数据传输模块和云端服务器，其特征在于：所述拉曼光谱采集终端激发、采集拉曼光谱数据和显示物质识别结果，所述拉曼采集终端通过数据传输模块与云端服务器连通，所述云端服务器设有谱图识别处理模块，集成了拉曼光谱谱图数据库，所述云端服务器对经数据传输模块传输来的拉曼光谱采集终端采集的拉曼光谱数据进行逻辑计算，并与所述云端服务器集成的拉曼光谱谱图数据库进行比对和分析，识别得出对应物质成分数据，所述物质成分数据通过数据传输模块，传回拉曼光谱采集终端显示物质识别结果。
所述的拉曼光谱采集终端至少包括一个拉曼光谱仪，所述拉曼光谱仪包括激光发射机构、拉曼信号收集机构、拉曼信号分光机构、信号接收单元、信号传送单元和信号显示单元。
所述的数据传输模块至少包括一个路由器，所述路由器接收有线以太网信号和WIFI信号，所述路由器电连有蓝牙-以太网转发器，用于蓝牙数据和以太网网络数据之间的转化，所述数据传输模块将拉曼光谱仪将采集到的拉曼光谱数据发送给远端的拉曼物质识别云端服务器。
所述云端服务器集成了拉曼光谱谱图数据库，所述拉曼光谱谱图数据库与通过所述数据传输模块传输来的拉曼光谱数据进行逻辑计算和比对，分析识别后的物质结果通过数据传输模块传回拉曼光谱仪并显示。
所述的拉曼光谱仪至少包括以太网模块、蓝牙模块或WIFI模块。
本发明的有益效果为：
本发明通过将拉曼光谱谱图数据库置于远端云端服务器上，把接收到的拉曼光谱数据与数据库中标准拉曼光谱谱图数据库进行物质比对识别，并将物质识别结果返回到拉曼光谱仪上显示。不需要每台拉曼光谱仪都内置拉曼光谱谱图数据库，即有利于降低拉曼光谱仪的硬件成本，也可以节省用户购买拉曼谱图数据库的费用，也有利于结构部门对下属测试机构的测试结果，进行集中有效管控。 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明拉曼物质识别平台云计算结构示意图；
图2是本发明云计算物质识别拉曼光谱仪结构示意图；
图3是本发明拉曼光谱仪电路板结构示意图。
具体实施方式
如图1－图3之一所示，结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
 图1是本发明拉曼物质识别平台云计算结构示意图；
一种基于云计算的拉曼物质识别平台，主要包括拉曼光谱采集终端101、数据传输模块103和云端服务器105，拉曼光谱采集终端101激发、采集拉曼光谱数据和显示物质识别结果，拉曼采集终端101通过数据传输模块103与云端服务器105连通，云端服务器105设有谱图识别处理模块，集成了拉曼光谱谱图数据库，云端服务器105对经数据传输模块103传输来的拉曼光谱采集终端101采集的拉曼光谱数据进行逻辑计算，并与云端服务器105集成的拉曼光谱谱图数据库进行比对和分析，识别得出对应物质成分数据，物质成分数据通过数据传输模块103，传回拉曼光谱采集终端101显示物质识别结果。
云端服务器105集成了拉曼光谱谱图数据库，拉曼光谱谱图数据库与通过数据传输模块103传输来的拉曼光谱数据进行逻辑计算和比对，分析识别后的物质结果通过数据传输模103块传回拉曼光谱仪101并显示。
数据传输模103块至少包括一个路由器，所述路由器接收有线以太网信号和WIFI信号，所述路由器电连有蓝牙-以太网转发器102，用于蓝牙数据和以太网网络数据之间的转化，所述数据传输模块103将拉曼光谱仪101将采集到的拉曼光谱数据发送给远端的拉曼物质识别云端服务器105。
本拉曼物质识别平台，由拉曼光谱仪101、蓝牙-以太网转发器102、路由器103、互联网104和拉曼云服务器105组成，主要基于互联网云计算，远程实现物质的拉曼光谱识别。路由器103需要能接收有线以太网信号和WIFI信号；蓝牙-以太网转发器102，需要能够接收蓝牙数据，支持蓝牙4.0通讯协议，蓝牙-以太网转发器102将接收到蓝牙数据，转换成以太网网络数据格式，向以太网发送，并将收到的以太网网络数据，转换成蓝牙数据格式，通过蓝牙模块，发送出去。
在本拉曼物质识别平台中，拉曼光谱仪101只实现激光发射、拉曼数据收集、拉曼信号分光、数据处理、数据收发和数据显示等功能，拉曼光谱仪101将采集到的拉曼光谱数据，通过路由器103、网线、光纤，蓝牙-以太网转发器102等互联网设备，发送给远端的拉曼物质识别服务器105；拉曼物质识别服务器105，内置大型或专用拉曼光谱谱图数据库，将接收到拉曼光谱数据，与数据库的标准拉曼光谱谱图数据库，进行逻辑计算和比对，从而识别该拉曼谱图数据对应的物质名称，并根据拉曼谱图信号强度，判断出物质的含量。拉曼物质识别服务器105，将物质识别的结果，发回识别请求源拉曼光谱仪101地址。拉曼光谱仪101收到物质识别的结果后，进行显示和保存，用户即可以获得物质识别的结果。
图2是本发明云计算物质识别拉曼光谱仪结构示意图；
所述的拉曼光谱采集终端至少包括一个拉曼光谱仪，所述拉曼光谱仪包括激光发射机构激光器202、拉曼信号收集机构拉曼探头201、拉曼信号分光机构分光仪209、信号收发单元，包括蓝牙204、以太网205、无线网206和信号显示单元显示器203。
本实施例中，根据本发明设计了用于云计算物质识别的拉曼光谱仪。该拉曼光谱仪由窄线宽激光器202、光纤210、拉曼探头201、分光仪209、电荷耦合元件(以下简称CCD)208、信号处理电路板207、显示器203、网络接口包括蓝牙204、以太网205、无线网206组成。窄线宽激光器202，发出原始激发光，一般为532nm、785nm或者1064nm的激光波长，激发光进过拉曼探头201整形聚焦后，照射被测物质，被测物质受到激发光的照射，在拉曼效应的作用下，发出拉曼散射光。拉曼探头201收集物质激发产生的拉曼散射光，并通过光纤210，送往分光仪209，分光仪209将不同波长的散射光，进行空间分离后，照射在CCD208上，信号处理电路板207将CCD208信号放大和数字化后，形成拉曼光谱谱图数据。信号处理板207将形成的拉曼光谱谱图数据通过以太网205、无线网206或蓝牙204接口，传往远端的拉曼物质识别云服务器。
本发明的拉曼光谱仪，与一般的拉曼光谱仪相比，最大的区别，在于提供了以太网205、无线网206或蓝牙204网络连接方式，从而能够与远程的拉曼云服务器进行联通。
图3是本发明拉曼光谱仪电路板结构示意图。
本实施例是对拉曼光谱仪电路板做进一步的说明；
本发明中拉曼光谱仪101电路板是由CCD信号放大电路310、相关双采样电路311、中央处理器307、显示控制电路303、TEC控温驱动电路302、恒功率激光驱动电路308、以太网模块305、蓝牙模块304（可选）或WIFI模块306组成，其中CCD信号放大电路310，用于对CCD转换的光电信号进行放大；相关双采样电路311用来对CCD信号放大电路310输出信号进行处理，相关双采样电路311可以有效降低CCD的复位噪声，从而降低拉曼光谱仪的噪声；模数转换器312（以下简称ADC）用于将相关相关双采样电路311得到CCD幅度信号，进行数字化，从而得到数字化的拉曼光谱信号；中央处理器307读入ADC312输出的数字化拉曼光谱信号，并进行去暗电流、去噪声等计算工作，中央处理器307将处理后的拉曼光谱谱图数据，通过以太网模块305、蓝牙模块304或WIFI模块306，向远程拉曼识别云服务器发送；中央处理器307还负责接收以太网模块305、蓝牙模块304或WIFI模块306发回的物质识别结果，并进行显示；中央处理器307还负责各个电路之间的协调工作。其它，TEC控温驱动电路302，主要是输出TEC301工作需要的电流，并对TEC301温度进行控制，以保持CCD和激光器309的温度稳定；恒功率激光驱动电路308主要用于对激光器309的控制和驱动，输出恒定功率的激光，以稳定地激发待测物质。
由以上实施方式的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征，倘若本领域的技术人员对本发明进行各种改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术范围的，则本发明也包括这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种基于云计算的拉曼物质识别平台，包括拉曼光谱采集终端、数据传输模块和云端服务器，其特征在于：所述拉曼光谱采集终端激发、采集拉曼光谱数据和显示物质识别结果，所述拉曼采集终端通过数据传输模块与云端服务器连通，所述云端服务器设有谱图识别处理模块，集成了拉曼光谱谱图数据库，所述云端服务器对经数据传输模块传输来的拉曼光谱采集终端采集的拉曼光谱数据进行逻辑计算，并与所述云端服务器集成的拉曼光谱谱图数据库进行比对和分析，识别得出对应物质成分数据，所述物质成分数据通过数据传输模块，传回拉曼光谱采集终端显示物质识别结果。
2.根据权利要求1所述的基于云计算的拉曼物质识别平台，其特征在于：所述的拉曼光谱采集终端至少包括一个拉曼光谱仪，所述拉曼光谱仪包括激光发射机构、拉曼信号收集机构、拉曼信号分光机构、信号接收单元、信号传送单元和信号显示单元。
3.根据权利要求1所述的基于云计算的拉曼物质识别平台，其特征在于：所述的数据传输模块至少包括一个路由器，所述路由器接收有线以太网信号和WIFI信号，所述路由器电连有蓝牙-以太网转发器，所述数据传输模块将拉曼光谱仪将采集到的拉曼光谱数据发送给远端的拉曼物质识别云端服务器。
4.根据权利要求1所述的基于云计算的拉曼物质识别平台，其特征在于：所述云端服务器集成了拉曼光谱谱图数据库，所述拉曼光谱谱图数据库与通过所述数据传输模块传输来的拉曼光谱数据进行逻辑计算和比对，分析识别后的物质结果通过数据传输模块传回拉曼光谱仪并显示。
5.根据权利要求1或2所述的基于云计算的拉曼物质识别平台，其特征在于：所述的拉曼光谱仪至少包括以太网模块、蓝牙模块或WIFI模块。
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