CN105486404B - 一种光谱检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无损光谱检测技术领域，具体为一种光谱检测系统及其采用有线数据连接的光谱检测仪，包括光谱检测仪、带有显示器的设备和云端处理器；光谱检测仪发射近红外光谱照射样品，再将返回的光谱信号转换成电信号，再传输到带有显示器的设备；带有显示器的设备将收到的电信号和检测信息传输到云端处理器作进一步处理，云端处理器将检测结果反馈给带有显示器的设备并建立光谱数据库。与现有技术相比，本发明提供的检测系统，由光谱检测仪、带有显示器的设备和云端处理器相互配合工作，其信号传输快速、稳定，能够方便、快捷、无损地检测样品的营养物质成分，并且本系统的检测结果精准可靠、处理效率高。
Description
技术领域
本发明涉及无损光谱检测技术领域，具体为一种光谱检测系统。
背景技术
现代的近红外光谱技术因其与生物及化学方法相比速度快、无污染，且在工作时不需要对样品做任何化学和物理的预处理，可广泛用于复杂样品，进行非破环性分析，所以在农副产品分析中得到广泛应用。
这种快速、易操作、价格低廉的近红外光谱检测技术已成为粮食品质快速检测的发展新方向，而目前市场上流通的近红外光谱检测系统存在一定的局限性，主要表现在现行的光谱检测仪光路结构复杂，检测系统功能不完善，数据传输慢，数据不稳定，检测结果不精准，实用性差，不能满足用户需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数据传输稳定、检测效率高、检测结果精准的检测系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种光谱检测系统，包括光谱检测仪、带有显示器的设备和云端处理器；
光谱检测仪：发射近红外光谱对样品进行照射，并收集返回的光谱信号进行分析，再将其转换成电信号，然后通过有线数据连接方式将处理后的电信号传输到所述带有显示器的设备；
带有显示器的设备：包括第一信号收发装置和控制装置，所述控制装置决定所述第一信号收发装置信号的收发与否、选择样品检测的种类以及管理电信号数据；当控制装置发出信号收发的指令后，所述带有显示器的设备接收由所述光谱检测仪传输的电信号，并将该电信号和检测种类信息传输到所述云端处理器作分析处理和反馈检测结果，所述带有显示器的设备将云端处理器所反馈的检测结果显示到其显示器上；
云端处理器：包括第二信号收发装置，所述云端处理器对所述带有显示器的设备发送的电信号进行自动收集、整理，再作进一步的分析处理，以及建立关于光谱信号与被测样品种类、营养成分相对应的光谱数据库；同时，将检测结果反馈到所述带有显示器的设备。
与现有技术相比，本发明提供的检测系统，由光谱检测仪、带有显示器的设备和云端处理器相互配合工作，其信号传输快速、稳定，能够方便、快捷、无损地检测样品的营养物质成分，并且本系统的检测结果精准可靠、处理效率高。
进一步的，本检测系统还包括具有信号收发功能的用户终端管理器：用户可通过带有显示器的设备连接到所述用户终端管理器，进行注册并登陆账户；所述用户终端管理器可对用户的注册信息进行管理，以及保存用户所有检测的结果并整理成数据表格，用户登陆账户后，可对所述用户终端管理器整理的数据表格进行查看和下载。所述用户终端管理器建立了用户的检测数据库，便于用户管理各检测样品的信息，增强了人机互动性能，提高了检测系统的实用性。
进一步的，本发明还提供了一种应用于上述光谱检测系统的采用有线数据连接的光谱检测仪，包括控制模块，光源发射模块，信号收集模块，信号处理模块，信号传输模块，电源以及壳体；所述信号传输模块采用有线数据连接；所述控制模块、光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块和信号传输模块均设置在壳体上；所述电源为外置式或内置式并分别与上述各模块电连接；所述控制模块分别与光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块、信号传输模块电连接，所述光源发射模块与信号收集模块电连接，所述信号收集模块与信号处理模块电连接，所述信号处理模块与信号传输模块电连接。
进一步的，所述控制模块包括物理控制单元和电子信号控制单元，所述物理控制单元能实现用户所发出的工作指令，包括控制光源的发射与关闭，信号的存储、删除、发射与关闭；所述物理控制单元收到指令后驱动所述电子信号控制单元，所述电子信号控制单元控制所述光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块、信号传输模块进行相应的工作。
所述光谱检测仪设计简单紧凑，各模块间的连接紧密，可使信号数据传输效率高、精准可靠。
进一步的，所述信号处理模块包括光电信号转换器，所述信号处理模块分别与信号收集模块和信号传输模块相连，所述光电信号转换器将所述信号收集模块收集的光谱信号转换成电信号，再由信号传输模块传输到云端处理器，所述信号收集模块、信号处理模块和信号传输模块的相互配合方式，有效地提高检测效率。
进一步的，所述光源发射模块所发射的光线为近红外光谱，所述控制模块还可对所述光源发射模块发射的近红外光谱的强弱进行调控，该设置方式，使光谱检测仪能适应不同的被测样品，提高其实用性。
进一步的，所述光源发射模块包括光源和滤光片阵；所述信号收集模块包括检测器；所述检测器设置于所述壳体的前端；所述光源包括反射球和灯体，所述反射球为设有开口的空心载体，所述检测器设有与所述反射球开口相适应的缺口，所述反射球安装在所述检测器的后端，其开口与检测器的缺口相连，所述反射球的内表面由全反射材料构成，所述灯体安装在所述反射球内部，所述灯体的发射光朝向反射球的内表面；所述灯体数量为一个以上；所述滤光片阵由多个不同带宽的滤光片规则地排列而成，其表面设有供所述光源发射的光线穿过的通孔，所述滤光片阵全部覆盖在所述检测器的外表面；所述光源发射模块的设置方式，能将光聚集到一起，形成检测光斑，光斑照射物体后返回的光谱信号能最大程度地被收集，提高了光谱检测仪的准确性与稳定性。
进一步的，所述物理控制单元可替换成触摸屏控制装置，所述触摸屏控制装置也能实现用户所发出的工作指令，电包括控制光源的发射与关闭、信号的存储、删除、发射与关闭；所述触摸屏控制装置收到指令后驱动所述电子信号控制单元，所述电子信号控制单元控制所述光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块、信号传输模块进行相应的工作。所述触摸屏控制装置使用户更便捷地操作光谱检测仪。
附图说明
图1为检测系统的程序框图
图2为光谱检测仪的示意图
图3为带有显示器的设备的示意图
图4为云端处理器的示意图
图5为用户终端管理器的示意图
具体实施方式
以下结合附图说明本发明具体实施方式。
实施例一：参见图1至图5，一种光谱检测系统，包括光谱检测仪、带有显示器的设备和云端处理器；光谱检测仪用于发射近红外光谱对样品进行照射，并收集返回的光谱信号进行分析，再将其转换成电信号，然后通过有线数据连接方式将处理后的电信号传输到所述云端处理器；
带有显示器的设备包括第一信号收发装置和控制装置，所述控制装置决定所述第一信号收发装置信号的收发与否、选择样品检测的种类以及管理电信号数据；当控制装置发出信号收发的指令后，所述带有显示器的设备接收由所述光谱检测仪传输的电信号，并将该电信号和检测种类信息传输到所述云端处理器作分析处理和反馈检测结果，所述带有显示器的设备将云端处理器所反馈的检测结果显示到其显示器上
云端处理器包括第二信号收发装置，所述云端处理器对所述带有显示器的设备发送的电信号进行自动收集、整理，再作进一步的分析处理，以及建立关于光谱信号与被测样品种类、营养成分相对应的光谱数据库；同时，将检测结果反馈到所述带有显示器的设备。
与现有技术相比，本发明提供的检测系统，由光谱检测仪、带有显示器的设备和云端处理器相互配合工作，其信号传输快速、稳定，能够方便、快捷、无损地检测样品的营养物质成分，并且本系统的检测结果精准可靠、处理效率高。
优选的，所述第一信号收发装置和第二信号收发装置的设置方式，包括以下两种：
作为第一信号收发装置和第二信号收发装置的第一种设置方式：
所述第一信号收发装置包括有线信号收发装置，所述第二信号收发装置包括有线信号收发装置，所述带有显示器的设备与云端处理器通过有线信号连接；所述第一信号收发装置和第二信号收发装置的设置方式，可使所述带有显示器的设备与云端处理器的数据传输的速度更快、更稳定。
作为第一信号收发装置和第二信号收发装置的第二种设置方式：
所述第一信号收发装置包括有线信号收发装置和无线信号收发装置，所述第二信号收发装置包括无线信号收发装置，所述带有显示器的设备与云端处理器通过无线信号连接；所述第一信号收发装置和第二信号收发装置的设置方式，可使所述带有显示器的设备与云端处理器的数据传输更便捷。
优选的，本检测系统还包括具有信号收发功能的用户终端管理器；用户可通过带有显示器的设备连接到所述用户终端管理器，进行注册并登陆账户；所述用户终端管理器可对用户的注册信息进行管理，以及保存用户所有检测的结果并整理成数据表格，用户登陆账户后，可对所述用户终端管理器整理的数据表格进行查看和下载。所述用户终端管理器建立了用户的检测数据库，便于用户管理各检测样品的信息，增强了人机互动性能，提高了检测系统的实用性。
实施例二：(本实施例图中未示)作为本发明的另一个目的，提供了一种应用于上述光谱检测系统的采用有线数据连接的光谱检测仪，包括控制模块，光源发射模块，信号收集模块，信号处理模块，信号传输模块，电源以及壳体；所述信号传输模块采用有线数据连接；
所述控制模块、光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块和信号传输模块均设置在壳体上；所述电源为外置式或内置式并分别与上述各模块电连接；所述控制模块分别与光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块、信号传输模块电连接，所述光源发射模块与信号收集模块电连接，所述信号收集模块与信号处理模块电连接，所述信号处理模块与信号传输模块电连接。
本发明的工作原理如下：收到指令后，所述控制模块控制所述光源发射模块发射特定的光线，所述光线照射到被测样品上并形成光谱信号返回到光谱检测仪；所述信号收集模块将返回的光谱信号收集整理并传递到所述信号处理模块；所述信号处理模块将光信号转换成电信号并存储，用户可通过所述控制模块对电信号进行处理，包括立即、定时传递到所述信号传输模块或删除相应的电信号数据；所述信号传输模块将收到的电信号传输到所述云端处理器作进一步分析处理。
优选的，所述控制模块包括物理控制单元和电子信号控制单元，所述物理控制单元能实现用户所发出的工作指令，包括控制光源的发射与关闭，信号的存储、删除、发射与关闭；所述物理控制单元收到指令后驱动所述电子信号控制单元，所述电子信号控制单元控制所述光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块、信号传输模块进行相应的工作。
所述光谱检测仪设计简单紧凑，各模块间的连接紧密，可使信号数据传输效率高、精准可靠。
优选的，所述信号处理模块包括光电信号转换器，所述信号处理模块分别与信号收集模块和信号传输模块相连，所述光电信号转换器将所述信号收集模块收集的光谱信号转换成电信号，再由信号传输模块传输到云端处理器，所述信号收集模块、信号处理模块和信号传输模块的相互配合方式，有效地提高检测效率。
优选的，所述光源发射模块所发射的光线为近红外光谱；优选的，所述控制模块还可对所述光源发射模块发射的近红外光谱的强弱进行调控，该设置方式，使光谱检测仪能适应不同的被测样品，提高其实用性。
优选的，所述光源发射模块包括光源和滤光片阵；所述信号收集模块包括检测器；所述检测器设置于所述壳体的前端；所述光源包括反射球和灯体，所述反射球为设有开口的空心载体，所述检测器设有与所述反射球开口相适应的缺口，所述反射球安装在所述检测器的后端，其开口与检测器的缺口相连，所述反射球的内表面由全反射材料构成，所述灯体安装在所述反射球内部，所述灯体的发射光朝向反射球的内表面。
优选的，所述滤光片阵由多个不同带宽的滤光片规则地排列而成，其表面设有供所述光源发射的光线穿过的通孔，所述滤光片阵全部覆盖或部分覆盖在所述检测器的外表面。
优选的，构成所述滤光片阵的滤光片形状可为圆形、多边形或者其他形状；优选的，所述滤光片阵还包括支架，所述支架设有多个与所述滤光片形状大小相适应的安装孔，所述多个安装孔排列成网状结构，所述滤光片镶嵌在安装孔内并且相邻的滤光片相互连接。
所述光源发射模块的设置方式，能将光聚集到一起，形成检测光斑，光斑照射物体后返回的光谱信号能最大程度地被收集，提高了光谱检测仪的准确性与稳定性。
作为一种改进方案，为了使用户在操作光谱检测仪时更方便快捷，所述物理控制单元可替换成触摸屏控制装置，所述触摸屏控制装置也能实现用户所发出的工作指令，电包括控制光源的发射与关闭、信号的存储、删除、发射与关闭；所述触摸屏控制装置收到指令后驱动所述电子信号控制单元，所述电子信号控制单元控制所述光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块、信号传输模块进行相应的工作。
作为一种改进方案，为了提高光源的强度，以及适应不同的被测样品，所述灯体可使用LED材质、卤素灯材质或其他材质，并且提供了三种灯体的设置方式：
作为灯体的第一种设置方式：使用一个可调控光强度的灯体；
作为灯体的第二种设置方式：使用两个以上可调控光强度的灯体；
作为灯体的第三种设置方式：使用两个以上不可调控光强度的灯体；针对上述的三种灯体设置方式，可根据实际被测样品光的需求来调整灯体的光强度或灯体开启的数量。
作为一种改进方案，为了节省制造成本，所述反射球可以是带有一个缺口的球型或者是半球型。
作为一种改进方案，为了使光谱检测仪的数据传输更方便、快捷、稳定，所述信号传输模块采用的有线数据连接方式为使用材料为金属或光纤制成的导线进行传输。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (9)
1.一种光谱检测系统，其特征在于：包括光谱检测仪、带有显示器的设备和云端处理器；
光谱检测仪：发射近红外光谱对样品进行照射，并收集返回的光谱信号进行分析，再将其转换成电信号，然后通过有线数据连接方式将处理后的电信号传输到所述带有显示器的设备；
带有显示器的设备：包括第一信号收发装置和控制装置，所述控制装置决定所述第一信号收发装置信号的收发与否、选择样品检测的种类以及管理电信号数据；当控制装置发出信号收发的指令后，所述带有显示器的设备接收由所述光谱检测仪传输的电信号，并将该电信号和检测种类信息传输到所述云端处理器作分析处理和反馈检测结果，所述带有显示器的设备将云端处理器所反馈的检测结果显示到其显示器上；
云端处理器：包括第二信号收发装置，所述云端处理器对所述带有显示器的设备发送的电信号进行自动收集、整理，再作进一步的分析处理，以及建立关于光谱信号与被测样品种类、营养成分相对应的光谱数据库；同时，将检测结果反馈到所述带有显示器的设备；
所述光谱检测仪包括控制模块，光源发射模块，信号收集模块，信号处理模块，信号传输模块，电源和壳体；所述信号传输模块采用有线数据连接；所述光源发射模块包括光源和滤光片阵；所述信号收集模块包括检测器；所述检测器设置于所述壳体的前端；所述光源包括反射球和灯体，所述反射球为设有开口的空心载体，所述检测器设有与所述反射球开口相适应的缺口，所述反射球安装在所述检测器的后端，其开口与检测器的缺口相连，所述反射球的内表面由全反射材料构成，所述灯体安装在所述反射球内部，所述灯体的发射光朝向反射球的内表面；所述灯体数量为一个以上；所述滤光片阵由多个不同带宽的滤光片规则地排列而成，其表面设有供所述光源发射的光线穿过的通孔，所述滤光片阵全部覆盖在所述检测器的外表面。
2.根据权利要求1所述的一种光谱检测系统，其特征在于：还包括具有信号收发功能的用户终端管理器：用户可通过带有显示器的设备连接到所述用户终端管理器，进行注册并登陆账户；所述用户终端管理器可对用户的注册信息进行管理，以及保存用户所有检测的结果并整理成数据表格，用户登陆账户后，可对所述用户终端管理器整理的数据表格进行查看和下载。
3.根据权利要求1或2所述的一种光谱检测系统，其特征在于：所述控制模块、光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块和信号传输模块均设置在壳体上；所述电源为外置式或内置式并分别与上述各模块电连接；所述控制模块分别与光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块、信号传输模块电连接，所述光源发射模块与信号收集模块电连接，所述信号收集模块与信号处理模块电连接，所述信号处理模块与信号传输模块电连接。
4.根据权利要求3所述的一种光谱检测系统，其特征在于：所述控制模块包括物理控制单元和电子信号控制单元，所述物理控制单元能实现用户所发出的工作指令，包括控制光源的发射与关闭，信号的存储、删除、发射与关闭；所述物理控制单元收到指令后驱动所述电子信号控制单元，所述电子信号控制单元控制所述光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块、信号传输模块进行相应的工作。
5.根据权利要求1所述的一种光谱检测系统，其特征在于：所述信号处理模块包括光电信号转换器，所述信号处理模块分别与信号收集模块和信号传输模块相连，所述光电信号转换器将所述信号收集模块收集的光谱信号转换成电信号，再由信号传输模块传输到云端处理器。
6.根据权利要求1所述的一种光谱检测系统，其特征在于：所述光源发射模块所发射的光线为近红外光谱，所述控制模块还可对所述光源发射模块发射的近红外光谱的强弱进行调控。
7.根据权利要求1所述的一种光谱检测系统，其特征在于：所述反射球可以是带有一个缺口的球型或者是半球型。
8.根据权利要求4所述的一种光谱检测系统，其特征在于：所述物理控制单元可替换成触摸屏控制装置，所述触摸屏控制装置也能实现用户所发出的工作指令，电包括控制光源的发射与关闭、信号的存储、删除、发射与关闭；所述触摸屏控制装置收到指令后驱动所述电子信号控制单元，所述电子信号控制单元控制所述光源发射模块、信号收集模块、信号处理模块、信号传输模块进行相应的工作。
9.根据权利要求1所述的一种光谱检测系统，其特征在于：所述信号传输模块采用的有线数据连接方式为使用材料为金属、光纤或其他材质制成的导线进行传输。
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