CN105784697A - 一种试纸检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种试纸检测装置，包括：检测盒体、智能手机、附加镜头和匀光组件，智能手机包括成像镜头、照明组件、图像采集系统和图像处理系统，其中，智能手机的成像镜头与附加镜头组成光学成像系统，匀光组件与照明组件组成照明系统，智能手机与检测盒体的一侧连接，形成遮挡住外部光线的暗室，被测试纸设置于检测盒体内与智能手机相对的另一侧。基于智能手机的试纸检测装置结构简单、体积小便于携带并且平台移植性好，成本低廉，检测操作简单、对外界环境要求低、可以实时实地地进行检测。

Description

一种试纸检测装置

技术领域

本发明涉及科学分析仪器技术领域，具体涉及一种试纸检测装置。

背景技术

试纸，一般是通过颜色变化来检测液体或气体中是否存在某些物质、以及半定量检测所含物质的浓度。目前，大部分试纸检测都只能依靠目视来判断检测结果，由于不同人对颜色的分辨能力是不尽相同的，因此导致检测结果因人而异。尤其是当样品浓度达到试纸的检测限时，试纸的显色区域处于临界状态，外界光线的强弱和人对颜色的分辨能力等因素都可能导致仅通过人眼无法确定检测结果是处于阴性还是阳性，更不用说通过人眼来进行定量检测了。

例如，由于携带方便、检测快速、操作简单等优点而受到越来越广泛关注的金标试纸检测法，目前该检测方法已经普遍应用于食品安全检测、环境检测、医疗检测和卫生检测等各个领域。但是传统的仅依靠人眼来进行检测结果的确定金标试纸检测法，其检测准确性低，且只能进行定性检测。因此需要配备相应的试纸检测仪器来解决由于人眼识别局限性带来的准确性低等问题，并实现定量或半定量检测。

例如，公开号为CN101598599A公开了一种多通道便携式胶体金试纸条速测装置，包括检测部分、电器部分和检测软件部分，其中检测部分由四个相互独立的检测通道组成，每个检测通道由光学CCD模块、恒流源、LED光源、试纸条感知元件以及图像采集电路构成。电器部分包括：ARM数据处理器、键盘和LCD部分。电器结构设计采用主从式的电路结构。每个从机由独立CPU、CPLD系统和CCD模块构成，完成图像数据采集和前处理。

上述便携式的试纸检测装置时基于ARM处理器的，目前出现的其他便携式试纸检测仪也是主要基于FPGA、ARM及DSP等嵌入式系统，其硬件结构相对复杂、成本较高、软件开发依赖于硬件、平台移植性差。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有的便携式试纸检测仪结构复杂、成本高、软件开发依赖于硬件、平台移植性差。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种试纸检测装置，包括：检测盒体、智能手机、附加镜头和匀光组件，智能手机包括成像镜头、照明组件、图像采集系统和图像处理系统，其中，智能手机的成像镜头与附加镜头组成光学成像系统，匀光组件与照明组件组成照明系统，智能手机与检测盒体的一侧连接，形成遮挡住外部光线的暗室，被测试纸设置于检测盒体内与智能手机相对的另一侧。

优选地，附加镜头包括至少一个镜片，附加镜头的焦距为40～55mm。

优选地，附加镜头包括第一镜片和第二镜片，第一镜片的第一面曲率半径为23～29mm、第二面曲率半径为16～24mm、中心厚度为2.5～4.5mm、折射率为1.4～1.7、色散为60～68，第二镜片的第一面曲率半径为19～26mm、第二面曲率半径为85～100mm、中心厚度为1～3mm、折射率为1.5～1.8、色散为30～36，第二镜片靠近成像镜头设置，第一镜片的第一面远离成像镜头设置，第二镜片的第一面远离成像镜头设置。

优选地，被测试纸与附加镜头之间的距离小于等于附加镜头的焦距。

优选地，还包括附加镜头支架，附加镜头通过附加镜头支架固定在智能手机上，且与成像镜头所在位置相对应。

优选地，匀光组件包括微透镜阵列，微透镜阵列包括多个焦距相同、边长相等的正方形微透镜，微透镜阵列与照明组件的光的发射方向垂直设置，用于与照明组件一起形成均匀面光源。

优选地，微透镜的焦距为3～6mm、边长为300-500μm，微透镜阵列的边长为6-12mm，微透镜阵列与照明组件的发光点之间的距离为2～4.5mm。

优选地，匀光组件还包括扩散片，扩散片与照明组件相对设置在微透镜阵列的两侧，用于对照明组件发出的光进行再次匀光。

优选地，智能手机包括无线通信模块，用于将检测数据传输到其他终端和/或服务器中。

优选地，检测盒体上设有试纸槽，试纸槽内配合设置试纸托架，试纸托架用于支撑固定被测试纸，试纸托架与检测盒体滑动连接以能够伸出于试纸槽外和缩入试纸槽内，在试纸托架缩入试纸槽内时试纸托架能够与检测盒体紧密配合以阻挡外界光线进入检测盒体内。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的试纸检测装置，采用智能手机作为平台，用户只需要另外配置附加镜头、匀光组件和手机软件。其中，附加镜头与智能手机的成像镜头组成光学成像系统，与智能手机的图像采集系统一起采集适于进行检测结果分析的试纸图像，从图像采集器件本身方便减小检测结果的误差；匀光组件与智能手机自带的照明组件组成照明系统，该照明系统发出的光照均匀，并且被测试纸位于由智能手机与检测盒体构成的暗室内，不受外界光线影响，因此该装置从图像采集时被测试纸所在的光照环境方面减小了检测结果的误差。从而该装置大大提高试纸检测结果读取的准确性，并由智能手机的图像处理系统来进行最终的结果分析后，该装置即可实现利用试纸进行定量或半定量检测。该试纸检测装置对智能手机的性能要求并不高，从硬件器件角度来说，该装置的成本大大降低。另外，其平台移植性非常好，不会因为硬件的更新换代而受影响。即，该基于智能手机的试纸检测装置结构简单、体积小便于携带，成本低廉，检测操作简单、对外界环境要求低、可以实时实地地进行检测。

2.本发明实施例提供的试纸检测装置，其中的智能手机还包括无线通信模块，用于将检测数据传输到其他终端和/或服务器中。即在图像处理系统分析出检测结果后，就可以利用3G、4G或WIFI等无线通讯技术将检测结果传送至对应的PC应用终端和云端服务器中。即，该基于智能手机的试纸检测装置在保证了其便携性和移动性的同时，还可以实时地将检测结果传输给接收者，也实现了检测空间与数据记录空间的分离。

3.本发明实施例提供的试纸检测装置，由附加镜头与成像镜头组成的光学成像系统的放大率与智能手机的放大率相比提高了2～2.75倍，该装置的厚度也减小为50～65mm，更加小巧轻便，而且智能手机的成像镜头不用再自动调焦，提高了该装置的检测稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明实施例中的试纸检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例中的试纸检测装置的电路结构框图；

图3为本发明实施例中的试纸检测装置的一个外观结构示意图；

图4为本发明实施例中的试纸检测装置的另一个外观结构示意图；

图5为本发明实施例中的附加镜头支架的结构示意图；

图6为图1中匀光组件的结构示意图。

附图标记：

1-检测盒体；2-智能手机；3-照明组件；4-匀光组件；41-微透镜阵列；42-扩散片；5-附加镜头；51-第一镜片；52-第二镜片；6-成像镜头；7-被测试纸；8-液晶显示屏；9-PC应用终端；10-图像处理系统；11-图像采集系统；12-无线通信模块；13-试纸槽；14-试纸托架；15-开关孔；16-电源连接孔；17-附加镜头支架。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

如图1和2所示，本施例提供一种试纸检测装置，包括：检测盒体1、智能手机2、附加镜头5和匀光组件4，智能手机2包括成像镜头6、照明组件3、图像采集系统11和图像处理系统10，其中，智能手机2的成像镜头6与附加镜头5组成光学成像系统，匀光组件4与照明组件3组成照明系统，智能手机2与检测盒体1的一侧连接，形成遮挡住外部光线的暗室，被测试纸7设置于检测盒体1内与智能手机2相对的另一侧。

上述试纸检测装置，智能手机2的图像采集系统11中一般是利用CMOS传感器或CCD传感器来完成试纸的图像采集。图像处理系统10即智能手机2的处理器。另外，智能手机2的液晶显示屏8可作为该装置的结果显示系统，即试纸的定量或半定量检测结果可通过智能手机2的液晶显示屏8直观地显示出来。

本实施例的该试纸检测装置的具体工作过程如下：

1、照明系统发出均匀的光照射在被测试纸7上，被测试纸7产生漫反射光线；

2、被测试纸7产生的漫反射光线，经过由智能手机2的成像镜头6与附加镜头5组成的光学成像系统产生一个被测试纸7的实像；

3、智能手机2的图像采集系统11采集接收上述被测试纸7的实像，并将其转换为数字图像后输入给智能手机2的图像处理系统10；

4、图像处理系统10对上述数字图像进行处理及分析；

5、图像处理系统10将分析出的检测结果传输给智能手机2的液晶显示屏8以进行显示。

本实施例提供的试纸检测装置，采用智能手机2作为平台，用户只需要另外配置附加镜头5、匀光组件4和手机软件。其中，附加镜头5与智能手机2的成像镜头6组成光学成像系统，与智能手机2的图像采集系统11一起采集适于进行检测结果分析的试纸图像，从图像采集器件本身方便减小检测结果的误差；匀光组件4与智能手机2自带的照明组件3组成照明系统，该照明系统发出的光照均匀，并且被测试纸7位于由智能手机2与检测盒体1构成的暗室内，不受外界光线影响，因此该装置从图像采集时被测试纸7所在的光照环境方面减小了检测结果的误差。从而该装置大大提高试纸检测结果读取的准确性，并由智能手机2的图像处理系统10来进行最终的结果分析后，该装置即可实现利用试纸进行定量或半定量检测。该试纸检测装置对智能手机2的性能要求并不高，从硬件器件角度来说，该装置的成本大大降低。另外，其平台移植性非常好，不会因为硬件的更新换代而受影响。即，基于智能手机2的试纸检测装置结构简单、体积小便于携带，成本低廉，检测操作简单、对外界环境要求低、可以实时实地地进行检测。

另外，如图2所示，本实施例中的智能手机2还包括无线通信模块12，用于将检测数据传输到其他终端和/或服务器中。即在图像处理系统10分析出检测结果后，就可以利用3G、4G或WIFI等无线通讯技术将检测结果传送至对应的PC应用终端9和云端服务器中。例如，当利用金标试纸进行人体检测时，即使此时距离医院有几万公里，也可以实时地将检测结果传输到医生的PC应用终端9上以进行病情诊断，并且同时也可以将检测结果传输至云端病历库中。病人即使在不同医院看病，医生也可以通过云端服务器快速获取病人以前的相关病历，以便于快速了解相关病情和进行病情诊断。即，该基于智能手机2的试纸检测装置在保证了其便携性和移动性的同时，还可以实时地将检测结果传输给接收者，也实现了检测空间与数据记录空间的分离。

作为具体的实施方式，如图3和4所示，检测盒体1上设有试纸槽13，试纸槽13内配合设置试纸托架14，试纸托架14用于支撑固定被测试纸7，试纸托架14与检测盒体1滑动连接以能够伸出于试纸槽13外和缩入试纸槽13内，在试纸托架14缩入试纸槽13内时试纸托架14能够与检测盒体1紧密配合以阻挡外界光线进入检测盒体1内。另外，检测盒体1上还设有开关孔15，与智能手机2的开关键相配合，以在智能手机2固定于检测盒体1上后便于启动和关闭智能手机2，也即便于启动和关闭该试纸检测装置。检测盒体1上还设有电源连接孔16，与智能手机2的充电孔相配合，以在智能手机2固定与检测盒体1上后便对其进行充电。

作为具体的实施方式，本实施例提供的试纸检测装置要求被测试纸7与附加镜头5之间的距离小于等于附加镜头5的焦距，以保证被测试纸7通过由附加镜头5与成像镜头6组成的光学成像系统能够成清晰的像，从而保证后续试纸检测的准确性。

作为优选的实施方式，附加镜头5包括至少一个镜片，附加镜头5的焦距为40～55mm。智能手机2自带的成像镜头6的焦距一般都很小，小于4.5mm，从而其放大率小于0.045，某些试纸的显色带比较窄，例如金标试纸的T带(检测带)和C带(质控带)宽度大约为2mm，其成像的大小小于90μm。即在传感器上成的像非常小，成像分辨率不足，会引起较大的检测误差。因此，本实施例提供的试纸检测装置通过加装附加镜头5来增大焦距，提高放大率，从而扩大成像、减小检测结果的分析误差。

作为进一步优选的实施方式，如图1所示，附加镜头5包括第一镜片51和第二镜片52，第一镜片51的第一面曲率半径为23～29mm、第二面曲率半径为16～24mm、中心厚度为2.5～4.5mm、折射率是1.4～1.7、色散是60～68，第二镜片52的第一面曲率半径为19～26mm、第二面曲率半径为85～100mm、中心厚度为1～3mm、折射率是1.5-1.8、色散是30-36，第二镜片52靠近成像镜头6设置，第一镜片51的第一面远离成像镜头6设置，第二镜片52的第一面远离成像镜头6设置。作为优选的实施方式，上述第一镜片51的折射率还可以是1.5～1.6，进一步优选是1.51～1.53，最优选的折射率是1.5168；上述第一镜片51的色散还可以是64～65，进一步优选是64.1～64.2，最优选的色散是64.17；上述第二镜片52的折射率还可以是1.6-1.7，进一步优选是1.63-1.66，最优选的是1.64769；上述第二镜片52的色散还可以是33-34，进一步优选是33.8-33.9，最优选的色散是33.82。

上述附加镜头5是包括第一镜片51与第二镜片52的消色差镜头。由于智能手机2自带的成像镜头6的成像最近距离大约为110mm，并且每次都要进行自动调焦以后才能对110mm处的物体成像，如果调焦不准会导致成像模糊，试纸的检测将出现很大的误差。而且，物距为110mm的话，那么试纸检测仪器的厚度至少要大于120mm才能满足成像需求，导致检测仪器体积较大、不便于携带。附加镜头5则很好地解决了直接利用智能手机2的成像镜头6来检测试纸所带来的问题：1、焦距小，传感器上成的像非常小，成像分辨率不足，容易导致较大的检测误差；2、物距大，导致试纸检测仪器的体积大，不便于携带；3、需要调焦，调焦不准会导致成像模糊，从而导致试纸检测误差。该试纸检测装置中智能手机2自带的成像镜头6处于初始状态，对无穷远物体成像，被测试纸7置于附加镜头5的前焦点处(距离附加镜头5的光心40～55mm处，即被测试纸7与附加镜头5之间的距离小于等于附加镜头5的焦距，也即被测试纸7与第一镜片51的第一面之间的距离小于等于附加镜头5的焦距)，附加镜头5将对此被测试纸7条成一个位于无穷远处的虚像，然后此虚像通过智能手机2的成像镜头6后在其CMOS或CCD传感器上成一个清晰的实像。因此，由附加镜头5与成像镜头6组成的光学成像系统的放大率与智能手机2的放大率相比提高了2～2.75倍，该装置的厚度也减小为50～65mm，更加小巧轻便，而且智能手机2的成像镜头6不用再自动调焦，提高了该装置的检测稳定性。

作为优选的实施方式，第一镜片51与第二镜片52的直径为4-10mm。由于附加镜头5要与智能手机2的成像镜头6一起构成光学成像系统，因此其直径大小要与成像镜头6的直径相适应，即需要大于或等于成像镜头6的直径，并能够满足对试纸进行检测的成像需要。上述第一镜片51与第二镜片52的直径可以进一步优选为6mm。

作为具体的实施方式，该试纸检测装置还包括附加镜头支架17，附加镜头5通过附加镜头支架17固定在智能手机2上，且与成像镜头6所在位置相对应。具体地，如图5所示，附加镜头支架17为扁圆柱形，具有共轴的台阶通孔，即该通孔的一端直接大于另一端的直径，该附加镜头支架17孔径小的一端与智能手机2的成像镜头6相配合，孔径大的一端用于固定支撑附加镜头5。

在其他的具体实施方式中，附加镜头5也可以通过其他方式与智能手机2相对固定，以保障附加镜头5能与成像镜头6相配合构成光学成像系统。例如，附加镜头5可以先与检测盒体1固定，然后智能手机2再按照对应的位置与检测盒体1固定。

作为优选的实施方式，如图6所示，匀光组件4包括微透镜阵列41，微透镜阵列41包括多个焦距相同、边长相等的正方形微透镜，微透镜阵列41与照明组件3的光的发射方向垂直设置，用于与照明组件3一起形成均匀面光源。该均匀面光源使得照射到被测试纸7上的各个位置的光线一致，从而避免了因光照不均匀导致被测试纸7不同位置间出现色差，而影响检测结果的精确度与稳定性。

作为具体的实施方式，微透镜的焦距为3～5mm、边长为300-500μm，微透镜阵列41的边长为6-12mm，微透镜阵列41与照明组件3的发光点之间的距离为2～4.5mm。保证了光能利用率。智能手机2自带的照明组件3一般使用的是LED灯，即LED灯发出的光源经过微透镜阵列41后，相当于很多子光源都在发光，而且都带有离焦像差，这样会形成比较均匀的一个个光斑，连接在一起，形成的就是一个很大的均匀面光源。作为优选的实施方式，上述微透镜的边长优选为400μm，上述微透镜阵列优选是由20×20个上述微透镜组成。

作为进一步优选的实施方式，如图6所示，匀光组件4还包括扩散片42，扩散片42与照明组件3相对设置在微透镜阵列41的两侧，用于对照明组件3发出的光进行再次匀光。经过微透镜阵列41处理的光再经过扩散片42后，由于扩散片42的散射、折射、反射等光学现象，会对光源再次进行匀光，从而照射在被测试纸7上的光就已经非常均匀，满足检测的照明需求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种试纸检测装置，其特征在于，包括：检测盒体(1)、智能手机(2)、附加镜头(5)和匀光组件(4)，所述智能手机(2)包括成像镜头(6)、照明组件(3)、图像采集系统(11)和图像处理系统(10)，其中，所述智能手机(2)的成像镜头(6)与所述附加镜头(5)组成光学成像系统，所述匀光组件(4)与所述照明组件(3)组成照明系统，所述智能手机(2)与所述检测盒体(1)的一侧连接，形成遮挡住外部光线的暗室，被测试纸(7)设置于所述检测盒体(1)内与所述智能手机(2)相对的另一侧。

2.如权利要求1所述的试纸检测装置，其特征在于，所述附加镜头(5)包括至少一个镜片，所述附加镜头(5)的焦距为40～55mm。

3.如权利要求2所述的试纸检测装置，其特征在于，所述附加镜头(5)包括第一镜片(51)和第二镜片(52)，所述第一镜片(51)的第一面曲率半径为23～29mm、第二面曲率半径为16～24mm、中心厚度为2.5～4.5mm、折射率为1.4～1.7、色散为60～68，第二镜片(52)的第一面曲率半径为19～26mm、第二面曲率半径为85～100mm、中心厚度为1～3mm、折射率为1.5～1.8、色散为30～36，所述第二镜片(52)靠近所述成像镜头(6)设置，所述第一镜片(51)的第一面远离所述成像镜头(6)设置，所述第二镜片(52)的第一面远离所述成像镜头(6)设置。

4.如权利要求1-3中任一项所述的试纸检测装置，其特征在于，所述被测试纸(7)与所述附加镜头(5)之间的距离小于等于所述附加镜头(5)的焦距。

5.如权利要求1-4中任一项所述的试纸检测装置，其特征在于，还包括附加镜头支架(17)，所述附加镜头(5)通过所述附加镜头支架(17)固定在所述智能手机(2)上，且与所述成像镜头(6)所在位置相对应。

6.如权利要求1-5中任一项所述的试纸检测装置，其特征在于，所述匀光组件(4)包括微透镜阵列(41)，所述微透镜阵列(41)包括多个焦距相同、边长相等的正方形微透镜，所述微透镜阵列(41)与所述照明组件(3)的光的发射方向垂直设置，用于与所述照明组件(3)一起形成均匀面光源。

7.如权利要求6所述的试纸检测装置，其特征在于，所述微透镜的焦距为3～6mm、边长为300-500μm，所述微透镜阵列(41)的边长为6-12mm，所述微透镜阵列(41)与所述照明组件(3)的发光点之间的距离为2～4.5mm。

8.如权利要求1-7中任一项所述的试纸检测装置，其特征在于，所述匀光组件(4)还包括扩散片(42)，所述扩散片(42)与所述照明组件(3)相对设置在所述微透镜阵列(41)的两侧，用于对所述照明组件(3)发出的光进行再次匀光。

9.如权利要求1-8中任一项所述的试纸检测装置，其特征在于，所述智能手机(2)包括无线通信模块(12)，用于将检测数据传输到其他终端和/或服务器中。

10.如权利要求1-9中任一项所述的试纸检测装置，其特征在于，所述检测盒体(1)上设有试纸槽(13)，所述试纸槽(13)内配合设置试纸托架(14)，所述试纸托架(14)用于支撑固定被测试纸(7)，所述试纸托架(14)与所述检测盒体(1)滑动连接以能够伸出于所述试纸槽(13)外和缩入所述试纸槽(13)内，在所述试纸托架(14)缩入所述试纸槽(13)内时所述试纸托架(14)能够与所述检测盒体(1)紧密配合以阻挡外界光线进入所述检测盒体(1)内。