CN104007097A - 与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与通用的蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪，包括拉曼探头、激光器模块、色散模块、蓝牙传输模块、电池及电源管理模块。所述拉曼光谱仪能够与具有蓝牙功能的智能终端通过蓝牙协议实现无线互联，智能终端设备仅需加载配套的客户端软件，即可控制拉曼光谱仪并处理采集的数据，并可以在较远距离操作，提高了操作的方便性和安全性，有效避免了手持的不稳定带来的测量误差。此外，依托智能终端设备的网络连接功能，可以充分利用网络资源实现光谱图的远程分析和比对，并将分析结果实时反馈并显示在所述智能终端设备上，使非专业人员可借助此光谱仪实现化学物质的判别，有效提高光谱信息的分析能力和管理水平。

Description

与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪

技术领域

本发明涉及微型仪器技术领域,尤其涉及一种拉曼光谱仪。

背景技术

在日常生活中人们对于确定食品、日常用品、药品等的化学组份有一定的需求，例如食品中的激素和农药残留、婴幼儿服装玩具上染料的铅含量、食品的塑料包装是否有毒等等。拉曼光谱仪能够测定特定的化学成分，在食品安全、医疗卫生、环境检测等领域具有广阔的应用前景，在测试技术的层面上能有效提升食品、环境安全。另外在疾病的早期自主诊断方面也有很大的应用潜力，例如专利US7651851公开了一种使用低分辨率的拉曼光谱体外检测体液的方法和装置，通过该装置可以实时检测体液成分，实现疾病的早期自主诊断。

针对上述需求，近年来手持式拉曼光谱仪发展很快，并已有很多商用产品。但这些产品在应用中还存在着价格高、体积重量大等缺点，同时获得的光谱图等往往需要专业人士的分析和比对才能确定被测物质的组分。上述问题在很大程度上制约了手持式拉曼光谱仪器的推广应用。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种拉曼光谱仪，体积小、成本低，可以实现随时随地对被测物体进行检测和分析；并且通过蓝牙连接的方式，能在较远距离控制和使用。

本发明所要解决的次要技术问题是提供一种拉曼光谱仪，在满足了上述要求的同时，能通过网络资源实现对检测数据的远程分析和比对，便于非专业人士的使用。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪，包括拉曼探头、激光器、色散模块，蓝牙传输模块、电池及电源管理模块；

所述拉曼探头与所述激光器和色散模块连接；

所述电池通过电源管理模块对所述拉曼光谱仪供电。

作为优选：所述色散模块包括：光学分光模块、CCD、CCD外围电路和微处理器。

作为优选：所述拉曼光谱仪还包括加载于终端设备的客户端软件。

作为优选：所述客户端软件可以设置所述拉曼光谱仪的工作参数。

作为优选：所述客户端软件通过蓝牙传输接收所述拉曼光谱仪获取的拉曼光谱信息，进行滤波、平滑操作后，用户可以选择在所述终端设备的显示屏上显示二维光谱信息。

作为优选：所述客户端软件通过无线网络将获得的拉曼光谱信息与网站上的拉曼光谱数据库进行远程比对和分析，使非专业人员可借助此光谱仪实现化学物质的判别。

作为优选：所属客户端软件将获得的操作参数、拉曼光谱信息、时间、地理信息上传到网站。

与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪的使用方法：

1)打开智能终端设备上的蓝牙开关，搜索并与所述拉曼光谱仪建立连接；

2)将所述拉曼光谱仪上的拉曼探头对准被测物体，使用智能终端设备上的客户端软件进行参数设置后开始测量；

3)所述客户端软件对接收到的拉曼光谱信息进行处理，并上传到网站上与拉曼光谱数据库进行远程比对和分析后，将比对结果返回所述客户端软件并显示物质组份信息。

相较于现有技术，本发明的技术方案具有如下优点：

1.在拉曼光谱仪中加入了蓝牙模块，从而使拉曼光谱仪通过蓝牙通讯协议和智能手机、平板电脑等终端设备无线互联。用终端设备的显示屏和处理器替代了原有拉曼光谱仪中的显示模块和信息处理模块，缩小了拉曼光谱仪的体积并且节约了成本，有利于拉曼光谱仪的推广。

2.用户只需在智能终端上安装客户端软件即可实现对拉曼光谱仪的操作，通过可视化的软件界面，简化拉曼光谱仪的操作步骤，让不同阶层的人都能熟练使用。

3.通过蓝牙连接，实现了远距离了操作拉曼光谱仪的想法。在一些危险或者不方便进入的场合，可以将拉曼光谱仪对准被测物体后，使用者处于较远的位置进行控制和检测。

5.通过将传统拉曼光谱仪的检测部分和操作部分彼此独立开来，有效避免了使用者在操作过程中给检测部分带来的抖动，从而使得检测结果更精确。

6.依托蓝牙智能终端设备的网络连接功能，客户端软件可以充分利用配套的网络资源，提高光谱信息的分析和管理能力。例如：对于检测到的拉曼光谱信息实时上传到网站上与数据库中的信息进行比对，并反馈回终端设备中，这样非专业人员也可以轻松根据反馈信息来获得被测物质的组成成分，进一步降低了拉曼光谱仪的门槛，更适合推广应用。也可以通过用户上传的数据汇总分析，从而了解到不同地区的情况。

附图说明

图1为与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪系统组成图。

图2为一较佳实施例的与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪的结构

设计图。

图3为一较佳实施例的与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪的工作流程图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1、图2，一较佳实施例的与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪，它包括外壳1，开关2，拉曼探头3，激光器4，电池5，电源管理模块6，色散模块7和蓝牙模块12。

所述拉曼探头3与所述激光器4和色散模块7连接；所述电池5通过电源管理模块6对所述拉曼光谱仪供电。所述色散模块7包括：光学分光模块8、CCD9、CCD外围电路10和微处理器11。

1)系统硬件的选择。

本实施例中，在CCD外围电路10中集成AT89S52单片机。蓝牙模块12采用美国TI公司生产的高性能低功耗的CC2541芯片，提供对最新蓝牙标准V4.0版本的支持。

2)系统的软件设计

系统的软件架构分为两部分：①客户端软件；②主控制器软件控制模块。

①客户端软件

采用Andriod系统平台编程实现GUI(图形用户界面)设计。采用完全面向对象设计，图形化人机交互界面。调用Qt库(图形用户界面库)实现各种按钮的消息捕获、处理，完成蓝牙连接及数据传输系统中所有功能窗口的创建、销毁以及管理。当出现软件有错误发生时，向用户返回友好的错误提示。同时，在进行数据传输的时候，可以实时显示当前数据传输的状态信息。

采用曲线平滑算法对数据进行平滑后，实时显示谱线。多通道读取和保存光谱，并采用中心点法对谱线进行标定。

②主控制器软件控制模块

在AT89S52单片机中采用C语言编程实现。主要有：软件适配层模块设计：主要负责向GUI模块提供底层无关的数据传输API接口，与GUI交换数据信息，以及响应用户在GUI上的操作，控制下层模块进行实际的执行。源代码管理模块设计：主要负责发现和连接其他终端设备，在单片机中编写程序控制电源管理模块。核心模块设计：主要负责蓝牙设备原始数据的缓存，以及调用蓝牙芯片进行加密数据的编解码，并保证实现蓝牙数据的实时通信。

以下以中兴N880E安卓手机为例，说明与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪的工作过程。附图3为与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪的工作流程图。

首先，打开拉曼光谱仪电源开关2，激光器4预热一分钟左右，蓝牙模块12启动。同时打开手机中安装的客户端软件，并搜索外部蓝牙设备，找到拉曼光谱仪后连接，请求与用户所持拉曼光谱仪建立连接。此时蓝牙模块12收到配对请求，建立蓝牙的配对连接，此时智能手机的屏幕显示“配对成功”，并提示“开始测量”。同时，蓝牙模块12发送指令给主控制器，说明已启动蓝牙连接，等待测量。此时，用户就可以进行正常的光谱检测。用户把拉曼探头3对准被测物品，在手机的软件上点击“开始测量”，拉曼光谱仪即可获得相应的模拟光谱信号，经过CCD外围电路10的模数转换和函数转换获得光谱数字信息，并通过蓝牙进行信息的传输。手机获得信息后，进行数据处理和分析数据，手机上安装的客户端软件自动建立与网络上拉曼数据库的连接，并远程进行光谱比对，并将物质组份信息反馈回客户端软件。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪，包括拉曼探头、激光器、色散模块，蓝牙传输模块、电池及电源管理模块；

所述拉曼探头与所述激光器和色散模块连接；

所述电池通过电源管理模块对所述拉曼光谱仪供电。

2.根据权利要求1所述的与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪，其特征在于：所述拉曼光谱仪还包括加载于终端设备的客户端软件。

3.根据权利要求2所述的与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪，其特征在于：所述客户端软件可以设置所述拉曼光谱仪的工作参数。

4.根据权利要求2所述的与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪，其特征在于：所述客户端软件通过蓝牙传输接收所述拉曼光谱仪获取的拉曼光谱信息，进行滤波、平滑操作后，用户可以选择在所述终端设备的显示屏上显示二维光谱信息。

5.根据权利要求2所述的与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪，其特征在于：所述客户端软件通过无线网络将获得的拉曼光谱信息与网站上的拉曼光谱数据库进行远程比对和分析，显示被测样品的物质组份信息，使非专业人员可借助此光谱仪实现化学物质的判别。

6.根据权利要求2所述的与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪，其特征在于：所属客户端软件将获得的操作参数、拉曼光谱信息、时间、地理信息上传到网站。

7.与蓝牙智能终端设备无线互联的拉曼光谱仪的使用方法：

1)打开智能终端设备上的蓝牙开关，搜索并与所述拉曼光谱仪建立连接；

2)将所述拉曼光谱仪上的拉曼探头对准被测物体，使用智能终端设备上的客户端软件进行参数设置后开始测量；

3)所述客户端软件对接收到的拉曼光谱信息进行处理，并上传到网站上与拉曼光谱数据库进行远程比对和分析后，将比对结果返回所述客户端软件并显示物质组份信息。