CN104458522B - 基于移动终端的大气微粒检测系统与检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于移动终端的大气微粒检测系统与检测方法。所述基于移动终端的大气微粒检测系统包括具有照相功能的移动终端和外置器件，所述移动终端包括应用程序模块和内置成像模块，所述外置器件包括控制模块、外置成像模块和通信模块，所述外置成像模块和通信模块分别与所述控制模块电连接，所述外置器件通过所述通信模块与所述移动终端进行信息通信。其检测方法包括：打开所述应用程序模块，触发所述控制模块；所述控制模块控制所述外置成像模块启动工作，同时所述移动终端的内置成像模块配合所述外置成像模块形成微粒图像；所述移动终端对形成的微粒图像进行拍摄并显示；所述应用程序模块对拍摄的微粒图像进行大气微粒分析。

Description

基于移动终端的大气微粒检测系统与检测方法

技术领域

本发明涉及环境检测领域，特别地，涉及一种基于移动终端的大气微粒检测系统与检测方法。

背景技术

大气微粒是存在于大气中极小的、肉眼看不见的微小颗粒，其直径通常在1～10μm之间，极小的大气微粒直径只有0.1μm，极少数甚至达到100nm的量级。10μm以下的大气微粒很容易突破人的鼻子和喉咙的过滤机制而进入人体的呼吸系统和心血管系统，造成哮喘、肺癌和心血管疾病等疾病的发生。研究表明，100nm尺寸的大气微粒甚至可以渗透细胞壁，对人体的其它器官造成侵蚀，包括人的大脑。由于大气微粒含有大量有毒有害物质，而且其在大气中停留时间长、输送距离远，对人体健康和大气环境质量造成很大的影响。目前世界部分国家已先后将PM10和PM2.5列入空气质量标准，对PM10和PM2.5进行检测和研究。大气微粒的检测方法根据工作原理分为筛分法、沉降法、电感应法和光散射法四大类，目前国内的检测设备普遍体积大、功耗大、价格昂贵、不便携带等缺点，而且都以微粒重量作为检测结果，不够直观。

发明内容

本发明主要解决现有大气微粒的检测设备体积大、功耗大、价格昂贵、不便携带、检测结果不够直观的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种基于移动终端的大气微粒检测系统，包括具有照相功能的移动终端和外置器件，所述移动终端包括应用程序模块和内置成像模块，所述外置器件包括控制模块、外置成像模块和通信模块，所述外置成像模块和通信模块分别与所述控制模块电连接，所述外置器件通过所述通信模块与所述移动终端进行信息通信。

在本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的一种较佳实施例中，所述内置成像模块包括内置透镜和传感器，所述外置成像模块包括光源模块、样本腔、外置透镜和滤波器。

在本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的一种较佳实施例中，所述光源模块包括光源和散热模块，所述散热模块用于将所述光源模块工作中产生的热量传导出去。

在本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的一种较佳实施例中，所述传感器为CMOS传感器或CCD传感器。

在本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的一种较佳实施例中，所述外置器件还包括信号转换模块，所述通信模块通过所述信号转换模块与所述控制模块电连接。

在本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的一种较佳实施例中，所述外置器件还包括调焦模块，所述调焦模块与所述控制模块电连接，所述调焦模块用于调节所述内置成像模块及外置成像模块成像的清晰度。

在本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的一种较佳实施例中，所述外置器件还包括电源模块，所述电源模块与所述控制模块对应电连接用于给所述外置器件提供电能。

在本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的一种较佳实施例中，所述移动终端还包括电源模块，所述电源模块用于给所述外置器件及所述移动终端提供电能。

本发明实施例还公开了一种基于移动终端的大气微粒检测系统的检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

打开所述应用程序模块，触发所述控制模块；

所述控制模块控制所述外置成像模块启动工作，同时所述移动终端的内置成像模块配合所述外置成像模块形成微粒图像；

所述移动终端对形成的微粒图像进行拍摄并显示；

所述应用程序模块对拍摄的微粒图像进行大气微粒分析。

在本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的的检测方法的一种较佳实施例中，所述内置成像模块包括内置透镜和传感器，所述外置成像模块包括光源模块、样本腔、外置透镜和滤波器，所述移动终端的内置成像模块配合所述外置成像模块形成微粒图像的步骤包括：所述光源模块的光源发出的入射光进入所述样本腔，被所述样本腔内的微粒散射，散射光依次经过所述外置透镜、滤波器及所述移动终端的内置透镜，最后被所述传感器接收并转换为数字信号，从而形成微粒图像。

与现有技术相比，本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统设计合理，其通过在具有照相功能的移动终端内设置应用程序模块和内置成像模块，并配合所述外置器件来检测大气中的微粒，不仅缩小了检测设备的体积，方便携带，功耗低，价格相对低廉，而且其以大气微粒的图像和浓度值作为检测结果，更为直观，具有较强的实用价值和现实意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的结构示意图；

图2是图1所示基于移动终端的大气微粒检测系统的成像原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请结合参阅图1和图2，其中图1是本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统的结构示意图，图2是图1所示基于移动终端的大气微粒检测系统的成像原理图。所述基于移动终端的大气微粒检测系统100包括具有照相功能的移动终端1和外置器件2。所述移动终端1可以是手机、笔记本电脑、平板电脑等具有照相功能的便携式电子设备。所述外置器件2采用有线连接或者无线连接的方式与所述移动终端1进行信息通信。

所述移动终端1包括应用程序模块11和内置成像模块12。所述应用程序模块11包括调焦设置系统、图像显示系统和分析系统，分别用于成像模块12的拍摄调焦设置、图像显示和分析拍摄结果的大气微粒。所述内置成像模块12包括内置透镜121和传感器122。所述传感器122为CMOS传感器或CCD传感器。

所述外置器件2包括控制模块21、外置成像模块22、调焦模块23、信号转换模块24和通信模块25。所述外置成像模块22和调焦模块23分别与所述控制模块21电连接。所述通信模块25通过所述信号转换模块24与所述控制模块21电连接。

所述控制模块21用于接收所述移动终端1的应用程序模块发出的控制指令，并解码和执行控制指令。

所述外置成像模块22包括光源模块221、样本腔222、外置透镜223和滤波器224。所述光源模块221包括光源(图未示)和散热模块(图未示)。所述光源可以是任何能引起微粒散射的光源，包括激光、LED光源或者其它合适的光源。所述散热模块用于将所述光源模块221工作中产生的热量传导出去。所述光源模块221的安装位置和照射方向应根据所选用的不同波长的光源而定，以所述样本腔222内的大部分微粒的散射光在所述移动终端1方向光强度最强为宜，从而保证成像质量。

所述外置成像模块22与所述移动终端1的内置成像模块12构成完整的成像系统，其成像原理如图2所示，具体地，所述光源模块221的光源发出的入射光进入所述样本腔222，被所述样本腔222内的微粒散射，散射光依次经过所述外置透镜223、滤波器224及所述移动终端1的内置透镜121，最后被所述传感器122接收并转换为数字信号，从而形成微粒图像。根据Mie光散射理论，散射光的光强、空间分布等参数与散射粒子的大小和空气分布密切相关。

所述调焦模块23用于调节所述内置成像模块12及外置成像模块22成像的清晰度。

所述信号转换模块24用于将所述控制模块21发出的信号转换成所述移动终端1可识别的信号，以及将所述移动终端1发出的信号转换成所述控制模块21可识别的信号。

所述通信模块25可以是有线通信模块，也可以是无线通信模块。若所述通信模块25为有线通信模块，其可以设置有与所述移动终端1的音频接口或者USB接口相匹配的接头，将所述接头插入所述移动终端1的音频接口或者USB接口实现有线连接。

此外，所述外置器件2还可以包括电源模块(图未示)。所述电源模块与所述控制模块21对应电连接用于给所述外置器件2提供电能。当然，所述移动终端1的电源模块也可以直接为所述移动终端1提供电能。

基于以上所述的基于移动终端的大气微粒检测系统100，本发明同时还提供一种检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

打开所述应用程序模块，触发所述控制模块；

具体地，首先打开所述应用程序模块12，所述移动终端1发送检测指令至所述外置器件2，所述通信模块25接收指令并通过所述信号转换模块24转换成所述控制模块21可识别的信号，然后传送至所述控制模块21。

所述控制模块21控制所述外置成像模块22启动工作，同时所述移动终端1的内置成像模块12配合所述外置成像模块22形成微粒图像；

具体地，所述控制模块21接收检测指令并执行，所述外置成像模块22启动工作，同时所述移动终端1的内置成像模块12配合所述外置成像模块22形成微粒图像，即所述控制模块21控制所述光源模块221接电后发射入射光，所述入射光入射到所述样本腔222，继而被所述样本腔222内的微粒散射，散热光依次经过所述外置透镜223、滤波器224及内置透镜121，最后被所述传感器122接收并转换为数字信号，从而形成微粒图像，若所形成的微粒图像不清晰，可通过所述应用程序模块发送内部调焦指令和外部调焦指令至所述控制模块21，所述控制模块21控制所述调焦模块23完成所述外置成像模块22及内置成像模块12的焦距调校，直至微粒图像清晰可见。

所述移动终端对形成的微粒图像进行拍摄并显示；

具体地，按下所述移动终端1的快门按钮，对所形成的微粒图像进行拍摄并显示。

所述应用程序模块对拍摄的微粒图像进行大气微粒分析。

具体地，所述大气微粒分析是指通过所述应用程序模块11对拍摄的微粒图像进行微粒计量和归类，并推算出周围大气微粒的浓度值(个数密度、重量密度等)，根据所述移动终端1呈现的图像及分析数据，我们就能直观地知道所采集的空气中有多少有害微粒，并采取相关措施净化周围空气。

由于长期使用，所述样本腔222内壁不可避免的会有残留的微粒，这些微粒也会与大气微粒一起成像，从而对大气微粒的检测数据造成影响。为了减少误差，本发明还提供一种校准方法，具体为：连续对不同的空气样本成像，然后把这一系列的图像导入到所述应用程序模块11的分析系统，所述分析系统通过内部程序对导入的图像进行分析对比，把每一张图像中的微粒筛选出来生成背景图，当检测空气时，所述分析系统自动把空气样本的图像扣除背景图，作为空气样本的图像。

与现有技术相比，本发明提供的基于移动终端的大气微粒检测系统设计合理，其通过在具有照相功能的移动终端内设置应用程序模块和内置成像模块，并配合所述外置器件来检测大气中的微粒，不仅缩小了检测设备的体积，方便携带，功耗低，价格相对低廉，而且其以大气微粒的图像和浓度值作为检测结果，更为直观，具有较强的实用价值和现实意义。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于移动终端的大气微粒检测系统，其特征在于，包括具有照相功能的移动终端和外置器件，所述移动终端包括应用程序模块和内置成像模块，所述外置器件包括控制模块、外置成像模块和通信模块，所述外置成像模块和通信模块分别与所述控制模块电连接，所述外置器件通过所述通信模块与所述移动终端进行信息通信，所述外置成像模块包括光源模块、样本腔、外置透镜和滤波器，所述光源模块的安装位置和照射方向应根据所选用的不同波长的光源而定，使所述样本腔内的大部分微粒的散射光在所述移动终端方向光强度最强。

2.根据权利要求1所述的基于移动终端的大气微粒检测系统，其特征在于，所述内置成像模块包括内置透镜和传感器。

3.根据权利要求2所述的基于移动终端的大气微粒检测系统，其特征在于，所述光源模块包括光源和散热模块，所述散热模块用于将所述光源模块工作中产生的热量传导出去。

4.根据权利要求2所述的基于移动终端的大气微粒检测系统，其特征在于，所述传感器为CMOS传感器或CCD传感器。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于移动终端的大气微粒检测系统，其特征在于，所述外置器件还包括信号转换模块，所述通信模块通过所述信号转换模块与所述控制模块电连接。

6.根据权利要求5所述的基于移动终端的大气微粒检测系统，其特征在于，所述外置器件还包括调焦模块，所述调焦模块与所述控制模块电连接，所述调焦模块用于调节所述内置成像模块及外置成像模块成像的清晰度。

7.根据权利要求6所述的基于移动终端的大气微粒检测系统，其特征在于，所述外置器件还包括电源模块，所述电源模块与所述控制模块对应电连接用于给所述外置器件提供电能。

8.根据权利要求6所述的基于移动终端的大气微粒检测系统，其特征在于，所述移动终端还包括电源模块，所述电源模块用于给所述外置器件及所述移动终端提供电能。

9.一种用于权利要求1所述的基于移动终端的大气微粒检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：

打开所述应用程序模块，触发所述控制模块；

所述控制模块控制所述外置成像模块启动工作，同时所述移动终端的内置成像模块配合所述外置成像模块形成微粒图像；

所述移动终端对形成的微粒图像进行拍摄并显示；

所述应用程序模块对拍摄的微粒图像进行大气微粒分析。

10.根据权利要求9所述的基于移动终端的大气微粒检测系统的检测方法，其特征在于，所述内置成像模块包括内置透镜和传感器，所述外置成像模块包括光源模块、样本腔、外置透镜和滤波器，所述移动终端的内置成像模块配合所述外置成像模块形成微粒图像的步骤包括：

所述光源模块的光源发出的入射光进入所述样本腔，被所述样本腔内的微粒散射，散射光依次经过所述外置透镜、滤波器及所述移动终端的内置透镜，最后被所述传感器接收并转换为数字信号，从而形成微粒图像。