CN108074300A - 一种利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分的门禁系统 - Google Patents

Abstract

一种利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分的门禁系统，其包括激光诱导等离子体光谱分析设备、门禁系统和计算机，其中，所述计算机同时连接并控制激光诱导等离子体光谱分析设备和门禁系统，其中，所述激光诱导等离子体光谱分析设备包括激光器、激光导入系统、待测手指甲、光谱导出及收集系统、分光系统和光谱接收系统，其中激光器和光谱接收系统由同一脉冲发生器发送指令控制。激光器发射激光通过导入系统聚焦至待测手指甲处，使待测手指甲表面形成等离子体、生成激光诱导光谱并通过导出系统将产生荧光导出至光谱收集系统，通过对收集光谱的计算、处理和分析对待测手指甲中所含元素进行定性和定量检验,其中,所述激光器为1064nm大能量大能量高稳定性脉冲激光器。

Description

一种利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分的门 禁系统

技术领域

本发明涉及一种利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分的门禁系统。

背景技术

激光诱导等离子体光谱技术(Laser Induced Plasma Spectroscopy，LIPS)也称作激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)，是一种以激光作为激发源诱导产生激光等离子体的原子发射光谱分析方法，是基于激光与物质相互作用物理学和光谱学的元素成分和浓度分析技术。LIPS是通过将一束高能量短脉冲的激光束聚焦到待检测的样品上，进而产生高温高密度并且由自由电子、离子和原子组成的激光等离子体，最后对该等离子体辐射光谱进行分析的一个过程。该方法具有许多独特的优点，如操作容易、样品处理简单、检测对象多元化(固体、液体、气体、气溶胶等)、可多元素同时分析、近似于无损检测的特性、能够检测元素周期表上绝大部分的元素、具有较高的灵敏度、无需与样品接触的纯光学方法、能远距离检测的能力等。

门禁系统是日常生活经常接触的事物。通常有两种：电子钥匙和生物识别。生物识别的优点是不用携带任何门禁卡，只要进门人本身的器官特征来验证身份，其中通过指纹识别来辨别身份的门禁系统是很常用的一种技术。现在常用的测指纹门禁系统通过检验指纹来确定是否开门，但是在特殊情况下，利用采集到的指纹数据也可以打开指纹识别的门禁系统，这在电影电视中是盗贼常用的一种手段。因此，现有的测量方法有以上的不足之处。

发明内容

本发明旨在克服现有技术中利用采集到的指纹数据也可以打开指纹识别的门禁系统这一技术缺陷，提供一种新的利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分的门禁系统及方法。本发明包括激光诱导等离子体光谱分析设备、门禁系统和计算机，其中，所述计算机同时连接并控制激光诱导等离子体光谱分析设备和门禁系统。

本发明依据的原理是每个人的指甲里所包含的元素浓度都不完全相同，尤其是同时测量多个元素，很容易根据几个主要元素浓度值来区分个人，和门禁系统结合起来就可以形成一个实时在线检测指甲成分来开门的门禁系统，而且激光诱导等离子体检测的激光聚焦焦点只有几个微米大，对人指甲的损伤可以忽略不计。利用本发明的激光诱导等离子体光谱分析设备对人类指甲表面产生的激光诱导等离子体光信号的光谱分析来准确确定个人身份并和门禁设备结合起来，而且激光诱导等离子体检测可以实时在线完成，所以可以利用激光诱导等离子光谱分析设备来完成一个检测人体生物信号的门禁系统。

为实现上述目的，在本发明中采取的技术方案如下：

根据本发明的第一个实施方案，提供一种利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分的门禁系统，其包括激光诱导等离子体光谱分析设备、用于处理和分析激光诱导等离子体光谱分析设备收集的光谱的计算机、计算机根据处理和分析结果与已储存数据的比对来控制开关的门禁系统，其中，所述计算机同时连接并控制激光诱导等离子体光谱分析设备和门禁系统，

其中，所述激光诱导等离子体光谱分析设备，其包括激光器、激光导入系统、光谱导出及收集系统、分光系统、光谱接收系统和光谱采集区，其中，光谱导出及收集系统包括光谱导出子系统及光谱收集子系统，激光器和光谱接收系统由同一脉冲发生器发送指令控制，激光器发射激光通过激光导入系统聚焦至光谱采集区，使光谱采集区上的待测手指甲表面形成等离子体、生成激光诱导光谱并通过光谱导出子系统将所产生的荧光导出至光谱收集子系统，通过对收集光谱的计算、处理和分析以便对样品中所含元素进行定性和定量检验。

所述计算机包括用于对收集光谱计算、处理和分析以便得出样品中所含元素的定性和定量数据，并将样品中所含元素的定性和定量结果与存储数据进行比对的计算分析模块，以及根据比对结果决定门禁打开和保持关闭的控制模块。

光谱采集区可以是一个探头，在打算进入门禁系统时，人的手指甲放置于该探头处。

优选，激光器是大能量高稳定性脉冲激光器，更优选，它是激光诱导光源脉宽为20钠秒，重复频率为10Hz，发射的激光波长为1064纳米的一种脉冲激光器。

优选，激光器通过高精度的激光能量监测单元实现脉冲激光能量的实时监测，通过反馈控制系统实现激光预燃单元的精确控制，通过精密控制单元实现对激光光源运转情况的闭环控制，从而达到提高集成分析设备的可靠性、稳定性、和安全性。

优选，激光导入系统的激光聚焦为可调焦距方式，和光谱收集子系统设计为可调焦距系统。

本发明还提供通过利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分来控制门禁系统的方法，该方法包括：

1)激光器发射的激光通过激光导入系统被聚焦至置于光谱采集区的待测手指甲，使待测手指甲表面形成等离子体，生成激光诱导光谱；2)所生成的诱导光谱通过光谱导出子系统将产生的荧光导出至光谱收集子系统；3)通过对所收集光谱的计算、处理和分析，完成对待测手指甲中所含主要元素进行定性和定量检验；4)检验的结果与计算机中已存储的数据进行比对，如果比对符合，则门禁打开，如果比对不符合，则门禁保持关闭。

在本申请中，更具体地说，本激光诱导等离子体光谱分析设备主要有激光器、激光导入系统、光谱采集区、光谱导出及收集系统、分光系统和光谱接收系统六个部分，其中激光器和光谱接收系统由同一脉冲发生器发送指令控制。激光器发射激光通过导入系统聚焦至待测手指甲处，使待测手指甲表面形成等离子体、生成激光诱导光谱并通过导出系统将产生荧光导出至光谱收集系统，通过对收集光谱的计算、处理和分析对待测手指甲中所含主要元素进行定性和定量检验，并将定性和定量数据与计算机中存储的数据比对，根据比对结果决定门禁的开放或保持关闭。研制的LIPS主要组成部分为脉冲激光器、激光聚焦和信号光收集系统、光谱仪系统和计算机系统。其中激光聚焦和信号光收集系统均设计为可调焦距系统，以实现精确测量，通过软件程序实现LIPS光谱的快速分析，得到所测手指甲的实时成分信息。系统整体示意图如图1所示。

发明的有益效果

本发明的益处在于可以准确的确定人员身份来进行门禁开关的控制，能产生这样益处的原因就在于采集申请入门人员手指甲的激光诱导等离子体光信号并实时分析激光诱导等离子体光信号的光谱，因为每一个人指甲产生的激光诱导等离子体光信号的光谱不同，从而可以确定个人身份来实现门禁开关的控制。

附图说明

图1是本发明门禁系统的整体示意图。

在附图1中：

11为激光器；

12为中阶光栅光谱仪；

13为积分延迟探测系统；

14为检测点距离动态监测系统；

15为反馈调节控制系统；

16为光束质量监测调节系统；

17为光束折转系统；

18为光谱采集区；

19为门禁系统；

21为计算机。

图2为本发明激光器原理图。

其中1为起偏器；2为法拉第隔离器；3为主振荡器；4为望远镜；5为放大器；6为λ/2波片。

具体实施方式

以下结合附图来描述本发明的具体实施方式。

如图1所示，提供一种新的利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分的门禁系统，其包括激光诱导等离子体光谱分析设备、用于处理和分析激光诱导等离子体光谱分析设备收集的光谱的计算机21、计算机根据处理和分析结果与已储存数据的比对来控制开关的门禁系统19，其中，所述计算机21同时连接并控制激光诱导等离子体光谱分析设备和门禁系统19，

其中，所述激光诱导等离子体光谱分析设备，其包括激光器11、激光导入系统、光谱导出及收集系统、分光系统、光谱接收系统和光谱采集区18，其中，光谱导出及收集系统包括光谱导出子系统及光谱收集子系统，激光器和光谱接收系统由同一脉冲发生器发送指令控制，激光器发射激光通过激光导入系统聚焦至光谱采集区，使光谱采集区上的待测手指甲表面形成等离子体、生成激光诱导光谱并通过光谱导出子系统将所产生的荧光导出至光谱收集子系统，通过对收集光谱的计算、处理和分析以便对样品中所含元素进行定性和定量检验。

所述计算机包括用于对收集光谱计算、处理和分析以便得出样品中所含元素的定性和定量数据，并将样品中所含元素的定性和定量结果与存储数据进行比对的计算分析模块，以及根据比对结果决定门禁打开和保持关闭的控制模块。

光谱采集区可以是一个探头，在打算进入门禁系统时，人的手指甲放置于该探头处。

图1中光束质量监测调节系统16用于控制激光光束的输出光强；光束转折系统17用于折转控制激光光速；检测点距离动态监测系统14用于检测待测手指甲到望远镜系统的距离；反馈调节控制系统15用于控制望远镜系统，望远镜系统用于调节激光的聚焦位置，使激光聚焦到待测手指甲上，在手指甲表面形成等离子体光信号；中阶梯光栅光谱仪12用于对采集的等离子体光信号进行光谱分析；积分延迟探测系统13用于处理采集的等离子体光信号，得到定量的光谱信息。

优选，激光器是大能量高稳定性脉冲激光器，更优选，它是激光诱导光源脉宽为20钠秒，重复频率为10Hz，发射的激光波长为1064纳米的一种脉冲激光器。

优选，激光器通过高精度的激光能量监测单元实现脉冲激光能量的实时监测，通过反馈控制系统实现激光预燃单元的精确控制，通过精密控制单元实现对激光光源运转情况的闭环控制，从而达到提高集成分析设备的可靠性、稳定性、和安全性。

优选，激光导入系统的激光聚焦为可调焦距方式，和光谱收集子系统设计为可调焦距系统。

使用上述设备检测待测手指甲成分来控制门禁系统的方法包括：

1)激光器发射的激光通过激光导入系统被聚焦至置于光谱采集区的待测手指甲，使待测手指甲表面形成等离子体，生成激光诱导光谱；

2)所生成的诱导光谱通过光谱导出子系统将产生的荧光导出至光谱收集子系统；

3)通过对所收集光谱的计算、处理和分析，完成对待测手指甲中所含主要元素进行定性和定量检验；

4)检验的结果与计算机中已存储的数据进行比对，如果比对符合，则门禁打开，如果比对不符合，则门禁保持关闭。

图2为1.06μm红外激光器光路原理图，主振荡器采用闪光灯泵浦Nd:YAG晶体棒，采用电光调Q实现频率1～20Hz可调，脉冲能量～50mJ红外激光输出。放大器选用闪光灯泵浦Nd:YAG晶体棒，经过一级或者二级双程放大获得不小于1J的1.06μm基模激光输出。图2中1为起偏器；2为法拉第隔离器；3为主振荡器；4为望远镜；5为放大器；6为λ/2波片。

本发明依据的原理是每个人的指甲里所包含的元素浓度都不完全相同，尤其是同时测量多个元素，很容易根据几个主要元素浓度值来区分个人，和门禁系统结合起来就可以形成一个实时在线检测指甲成分来开门的门禁系统，而且激光诱导等离子体检测的激光聚焦焦点只有几个微米大，对人指甲的损伤可以忽略不计。利用本发明的激光诱导等离子体光谱分析设备对人类指甲表面产生的激光诱导等离子体光信号的光谱分析来准确确定个人身份并和门禁设备结合起来，而且激光诱导等离子体检测可以实时在线完成，所以可以利用激光诱导等离子光谱分析设备来完成一个检测人体生物信号的门禁系统。

Claims (6)

1.一种利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分的门禁系统，其包括激光诱导等离子体光谱分析设备、用于处理和分析激光诱导等离子体光谱分析设备收集的光谱的计算机、计算机根据处理和分析结果与已储存数据的比对来控制开关的门禁系统，其中，所述计算机同时连接并控制激光诱导等离子体光谱分析设备和门禁系统，

其中，所述激光诱导等离子体光谱分析设备，其包括激光器、激光导入系统、光谱导出及收集系统、分光系统、光谱接收系统和光谱采集区，其中，光谱导出及收集系统包括光谱导出子系统及光谱收集子系统，激光器和光谱接收系统由同一脉冲发生器发送指令控制，激光器发射激光通过激光导入系统聚焦至光谱采集区，使光谱采集区上的待测手指甲表面形成等离子体、生成激光诱导光谱并通过光谱导出子系统将所产生的荧光导出至光谱收集子系统，通过对收集光谱的计算、处理和分析以便对样品中所含元素进行定性和定量检验。

2.根据权利要求1所述的门禁系统，其特征在于，所述计算机包括用于对收集光谱计算、处理和分析以便得出样品中所含元素的定性和定量数据，并将样品中所含元素的定性和定量结果与存储数据进行比对的计算分析模块，以及根据比对结果决定门禁打开和保持关闭的控制模块。

3.根据权利要求1或2所述的门禁系统，其特征在于，所述激光器是大能量高稳定性脉冲激光器，更优选，它是激光诱导光源脉宽为20钠秒，重复频率为10Hz，发射的激光波长为1064纳米的一种脉冲激光器。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的门禁系统，其特征在于，所述激光器通过高精度的激光能量监测单元实现脉冲激光能量的实时监测，通过反馈控制系统实现激光预燃单元的精确控制，通过精密控制单元实现对激光光源运转情况的闭环控制，从而达到提高集成分析设备的可靠性、稳定性、和安全性。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的门禁系统，其中激光导入系统的激光聚焦为可调焦距方式，和光谱收集子系统设计为可调焦距系统。

6.通过利用激光诱导等离子体光谱分析设备测量指甲成分来控制门禁系统的方法，该方法包括：

1)激光器发射的激光通过激光导入系统被聚焦至置于光谱采集区的待测手指甲，使待测手指甲表面形成等离子体，生成激光诱导光谱；2)所生成的诱导光谱通过光谱导出子系统将产生的荧光导出至光谱收集子系统；3)通过对所收集光谱的计算、处理和分析，完成对待测手指甲中所含主要元素进行定性和定量检验；4)检验的结果与计算机中已存储的数据进行比对，如果比对符合，则门禁打开，如果比对不符合，则门禁保持关闭。