CN110132861B - 一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统及方法，包括：宽谱光源系统、光束整型系统、传感芯片系统、光谱仪系统和信号记录与分析系统；光束整形系统包括：针孔阵列、准直透镜阵列和会聚透镜；所述宽谱光源系统、所述针孔阵列、所述准直透镜阵列、所述传感芯片系统和所述会聚透镜由下至上依次平行设置；宽谱光源系统包括多个宽谱光源，针孔阵列包括多个针孔，准直透镜阵列包括多个透镜，传感芯片系统包括多个传感单元；宽谱光源、所述针孔、所述透镜和所述传感单元上下对应设置。本发明实施例采用上述结构同时对多个样品进行光学检测，节约了检测时间，显著的提高了检测的效率。

Description

一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统及方法

技术领域

本发明涉及传感检测技术领域，更具体地，涉及一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统及方法。

背景技术

随着微电子芯片和信息技术的发展，以智能手机、平板电脑为代表的移动智能终端成为人们生活中必不可少的工具。移动智能终端强大的数据处理能力使繁琐的实验步骤在手机内部即可完成，大大压缩了进行实验的时间和资金成本。也因此，基于智能终端的各种生化传感和家庭诊疗微系统逐步进入了人们的生活中。另一方面，局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance，简称：LSPR)传感技术与微流控芯片技术的集成也成为了目前微流控光学传感领域的热点问题，已被广泛应用于蛋白质组学、药物研发、临床诊断、食品安全和环境监测等领域，较大地提高了检测效率。

然而，随着科研领域范围日益扩大，在医学、卫生、食品、环境科学等方面所需检测的样品种类与数量也随之增加。目前，基于移动智能终端的单通道光谱仪在一定程度上能减少实验环境约束并降低检测成本，但是单通道光谱仪一次只能检测单个样品，实际检测效率低下，检测数量受到限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的传感特性检测系统。

本发明实施例一方面提供一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，该系统包括：宽谱光源系统、光束整型系统、传感芯片系统、光谱仪系统和信号记录与分析系统。光束整形系统包括：针孔阵列、准直透镜阵列和会聚透镜；其中，宽谱光源系统、针孔阵列、准直透镜阵列、传感芯片系统和会聚透镜由下至上依次平行设置；宽谱光源系统包括多个宽谱光源，针孔阵列包括多个针孔，准直透镜阵列包括多个准直透镜，传感芯片系统包括多个传感单元；宽谱光源、针孔、准直透镜和传感单元上下对应设置；光谱仪系统用于将经过所述光束整型系统以及所述传感芯片系统的光信号转化为电信号；信号记录与分析系统用于根据所述电信号获取位于所述传感芯片上待测样品的透射光谱传感特性。

本发明实施例另一方面提供一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测方法，该方法包括以下步骤：将传感芯片系统设置于准直透镜阵列和会聚透镜之间的设定位置，并获取暗场光信号，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块对暗场信号进行分析，获取暗场光谱；开启宽谱光源系统；将参考样品置于传感芯片系统中的传感单元，将传感芯片系统置于准直透镜阵列和会聚透镜之间的设定位置，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块获取参考样品光谱；清除位于传感芯片系统上的参考样品；将待测样品置于传感芯片系统后，将传感芯片系统通过暗盒的取放口，设置于设定位置；通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块获取待测样品光谱；利用数据处理模块将获取的暗场光谱、参考光谱和被测样品信号光谱进行分析计算，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第二子模块获取待测样品的透射光谱传感特性。

本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，结合光谱仪的构成特点与智能终端相机构成原理，再利用光栅分光原理，将智能终端的图像传感器与光栅结合，构成基于智能终端的光谱仪，这样可有效缩小光谱仪尺寸；并通过设置同传感芯片系统一一对应的宽频光源、针孔阵列和准直透镜阵列，实现了同时对多个样品进行光学检测，节约了检测时间，显著的提高了检测的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的结构展开示意图；

图2为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的整体装配示意图；

图3为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的宽频光源系统结构示意图；

图4为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的针孔阵列结构示意图；

图5为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的准直透镜阵列结构示意图；

图6为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的传感芯片系统结构示意图；

图7为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的会聚透镜系统结构示意图；

图8为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的透射光栅及其固定结构示意图；

其中：1：移动终端；2：移动终端支架；3：透射光栅卡槽；4：透射光栅固定结构；5：会聚透镜系统；6：传感芯片系统；7：准直透镜阵列；8：针孔阵列；9：宽谱光源系统；10：暗盒；11：支架；12：透射光栅；41：移动终端卡槽；42：透射光栅卡槽；43：透镜通孔；51：会聚透镜固定模块；52：会聚透镜；61：传感芯片基片；62：微流控盖片；63：微流控导管；64：样品入口；65：微流控微腔；66：样品出口；67：传感单元；71：准直透镜隔板；72：准直透镜；73：准直透镜固定模块；81针孔隔板；82：针孔；83：针孔固定模块；91：电路板；92：LED光源阵列；93：USB接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

图1为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的结构展开示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，该系统包括：宽谱光源系统9、光束整型系统、传感芯片系统6、光谱仪系统和信号记录与分析系统；光束整形系统包括：针孔阵列8、准直透镜阵列7和会聚透镜系统5；其中，宽谱光源系统9、针孔阵列8、准直透镜阵列7、传感芯片系统6和会聚透镜系统5由下至上依次平行设置；宽谱光源系统9包括多个宽谱光源，针孔阵列8包括多个针孔82，准直透镜阵列7包括多个透镜，传感芯片系统6包括多个传感单元67；宽谱光源、所述针孔82、所述准直透镜和所述传感单元67上下对应设置；光谱仪系统用于将经过光束整型系统以及传感芯片系统6的光信号转化为电信号；信号记录与分析系统用于根据电信号获取位于传感芯片上待测样品的透射光谱传感特性。

具体地，宽谱光源系统9可以是LED光源，也可以是目前市场上所存在的其他可以产生宽谱光的发光体，在本发明的所有实施例中均选取LED光源，作为宽谱光源系统9的发光体，并将该LED光源的个数指定为9个。进一步地，该宽频光源是可以实现功率连续可调的，其为整个传感性能检测系统提供光源。本发明实施例对宽谱光源系统9的类型和数量不作具体限定，以下仅以类型为LED光源，数量为9个为例进行说明。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，光束整形系统包括：针孔阵列8、准直透镜阵列7和会聚透镜系统5；

相应地，该宽谱光源系统9、针孔阵列8、准直透镜阵列7、传感芯片系统6和会聚透镜系统5由下至上依次平行设置。具体地，宽谱光源系统9、针孔阵列8、准直透镜阵列7、传感芯片系统6和会聚透镜系统5所位于的平面相互平行，且相互之间的位置关系按由下至上依次排列。

相应地，为了提升系统的性能，将针孔阵列8的针孔个数，准直透镜阵列7的透镜个数，以及传感芯片系统6上的传感单元67个数均设置为9个。并且将该每个LED光源对应一个针孔，相应的针孔对应相应的透镜，相应的透镜对应相应的传感单元67，即可以视作形成9组由LED光源、针孔82、透镜和传感单元67的光路系统，该光路系统垂直于上述宽谱光源系统9、针孔阵列8、准直透镜阵列7、传感芯片系统6和会聚透镜系统5所位于的平面。

当利用本发明实施例所提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统进行检测时，首先通过电源控制LED光源开启，此时，LED电源提供光源，针孔阵列8的针孔82对光源发出光束进行限制后，该光束进一步进入到准直透镜阵列7；准直透镜阵列7对进入的光束进行处理，使经过处理的光束垂直照射到传感芯片系统6的传感单元67上，该传感单元67上放置有待测样品，即此时所述经过处理的光束垂直照射到待测样品；出射光再经过聚透镜系统，该聚透镜系统将进入的光会聚于所述透射光栅12上，经过透射光栅12的光束会发生色散；进一步地，该发生色散的光束进入到光谱仪系统中；光谱仪系统将将接收到的该发生色散的光束作为光信号转化为电信号；进一步地，由信号记录与分析系统对该电信号进行分析、比对以及处理获取到位于传感芯片上待测样品的透射光谱传感特性。

进一步地，本实施例所提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统还可以包括有一个显示装置，所述显示装置可以将获取的待测样品的透射光谱传感特性进行显示。

本发明实施例所提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，结合光谱仪的构成特点与智能终端相机构成原理，再利用透射光栅的分光原理，将智能终端的图像传感器与透射光栅结合，构成基于智能终端的光谱仪，这样可有效缩小光谱仪尺寸；并通过设置同传感芯片系统一一对应的宽频光源、针孔阵列8和准直透镜阵列，实现了同时对多个样品进行光学检测，节约了检测时间，显著的提高了检测的效率。

结合上述实施例，进一步地，作为一种可选实施例，针孔阵列8用于通过针孔82限制通过所述针孔阵列8的宽谱光源的光束；准直透镜阵列7用于通过透镜准直由所述针孔82通过的光束，并将准直后的光束垂直通过传感芯片系统6中的传感单元67；会聚透镜52用于将通过传感芯片系统6的光束会聚，进入所述光谱仪系统；所述光谱仪系统包括透射光栅和拍照单元；透射光栅12与宽谱光源的光轴成设定角度设置于会聚透镜52上方。

具体地，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，包括但不限于，将透射光栅12与宽谱光源的光轴之间的夹角设定为48°，并设置在会聚透镜52上方。经多次实验分析，采用这个角度可以更有效的将进入到透射光栅12的会聚光束进行散射，从而进一步地提高本系统的检测性能。

结合上述实施例，进一步地，作为一种可选实施例，本发明实施例提供的传感特性检测系统，如图3所示，宽谱光源系统9包括电路板91；LED光源阵列92中的一个宽谱光源设置于所述电路板91的中心，多个所述宽谱光源中的其余宽谱光源沿以所述电路板91的中心为圆心的圆的圆周上均匀分布设置。

具体地，本发明实施例提供了一种较优的LED光源的排列情况，其中，以LED光源的数量为9个时进行说明：一个LED光源位于电路板91的中心位置，其余八个LED光源依次均匀分布于以该中心位置为圆心的圆的圆周上。本发明实施例具体如何对光源进行均匀分布不作具体限定。相应地，宽谱光源、针孔82、透镜和传感单元67也采用与LED光源相应的设置。

进一步地，所述LED光源分布于该电路板91上，并通过该电路板91实现对LED光源的功率大小的调节以及开关的功能。进一步地，该电路板91还包括有USB接口93，USB93接口连接供电电源；供电电源可以是由外部电源或本检测系统的内置电池供电。从使用安全及可持续续航方面的考虑，一般将供电电压设为直流低电压，比如5V或者24V。

本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，通过采用均匀分布的宽谱光源，能有效、快速的获取更为精确到待测样品的透射光谱传感特性，避免了因光线不符合检测的要求对检测的结果造成干扰，甚至影响到检测的顺利进行。

结合上述实施例，进一步地，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，所述透射光栅12为衍射光栅，所述衍射光栅的线数大于1200lines/mm。

图8为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的透射光栅12及其固定结构示意图；如图8所示，并结合图2，透射光栅12位于透射光栅12固定结构4上，可以设置在该光栅固定结构的光栅卡槽内。为了更好的达到实验效果，可以将该透射光栅12选型为衍射光栅；理论上该衍射光栅的线数大于1200lines/mm时，检测效果更精准。

进一步的，该透射光栅12可拆卸的安装于透射光栅12固定结构4中，根据检测对象的要求，可以对透射光栅12的安装角度进行调整；也可以选择不同线数大小的透射光栅12应对不同的测量要求。

本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，利用多缝衍射和干涉作用，将照射到透射光栅12上的光束按波长的不同进行色散，再经光谱仪系统聚焦形成光谱，进而获取到待检测样品的传感特性。

结合上述实施例，进一步地，作为一种可选实施例，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，传感芯片系统6还包括：基底和微流通道；其中，传感单元67固设于基底上，微流通道用于将待测样品注入或流出传感单元67；其中，传感单元67包括：纳米颗粒阵列、纳米孔阵列或纳米光栅阵列中的一种或多种的结合。

具体地，图6为本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的传感芯片系统6结构示意图，如图6所示，传感芯片系统6包括：传感芯片基片61、传感单元67和微流体通道；传感单元67与微流体通道位于传感基片上；所述微流通道由微流控导管63、样品入口64、微流控微腔65和样品出口66构成，微流通道控制待测样品进入微流控微腔65或者排出微流控微腔65的待测样品。具体的微流控盖片62位于所述微流控微腔65的上部，样品入口64连接所述微流微流控盖片62，控制待测样品进入所述微流控微腔65。

其中，传感单元67可以是：纳米颗粒阵列、纳米孔阵列或纳米光栅阵列的一种或多种的结合。其中，该传感芯片基片61为石英材质，传感单元67为金属纳米材质，所述微流通道为聚二甲基硅氧烷(简称为：PDMS)材质；微流控盖片62可以是由PDMS材质构成。

结合上述实施例，当宽谱光源为9个时，所述微流控盖片62内有9个圆形的微流控微腔65单元，每个微流控微腔65下方都有一个对应的传感单元67。每个传感单元67有一个样品入口64和一个样品出口66，该样品入口64和样品出口66分别由微流腔导管连接到所述微流控微腔65。该微流控微腔65为待测样品的暂时储存，使待测样品与传感单元67进行充分反应或吸附。进一步地，所述传感单元67可以是金属纳米结构单元。

具体地，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，传感芯片系统6的具体执行过程为：当需要对待测样品进行检测时，将待测样品利用微流控导管63通过样品入口64进入到微流控微腔65，所述待测样品与位于微流控微腔65底部的传感单元67进行充分反应或吸附后，完成对传感芯片系统6装载待测样品的过程。进一步地，当检测完成或者需要更换不同的样品时，需要排出微流控微腔65内的样品，此时可以将微流控微腔65内的样品利用微流控导管63，通过样品出口66排出。进一步地，为了方便待测样品的排入和排出，传感芯片系统6还可以包括一个微泵。该微泵可以提供样品排入和排出的压力。

本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，通过设置包括有传感芯片基片、传感单元和微流体通道的传感芯片系统，实现了同时对多个样品进行光学检测的同时，在某个样品需要更换时无需中断所有的检测，而只需要对某一个独立的传感芯片单元进行样品的排入和排出，有效的提高了检测的效率，同时节省了大量的人力和物力。

结合上述实施例，进一步地，作为一种可选实施例，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，光谱仪系统为移动终端1的拍照单元，该拍照单元包括透镜和电荷耦合元件；其中透镜用于接收通过传感芯片系统6的光信号，并将该光信号会聚至电荷耦合元件；电荷耦合元件用于将接收到的光信号转化为电信号。

拍照单元的透镜接收到有透射光栅12所产生的散射光束后，将其收集并会聚到电荷耦合元件上，并由所述电荷耦合元件将接收到的光信号转换成相应的电信号。根据待测样品的不同状态，必然经过透射光栅12所产生的散射光束会产生相应的变化，由此电荷耦合元件将接收到的光信号相应的会产生变化，从容导致其产生的电信号在信号强弱或者信号频率上均产生相应的变化。进一步的根据所产生的变化，经过信号记录与分析系统的分析处理就可以反馈出待测样品的透射光谱传感特性。

本发明实施例所提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，通过利用移动终端的拍照单元充当光谱仪系统，缩小了检测系统的体积，实现了方便移动的同时，可以结合移动终端的通讯能力，实现了可随身携带目的，进一步提升了检测的效率。

结合上述实施例，进一步地，作为一种可选实施例，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，信号记录与分析系统设置于所述移动终端1上，所述信号记录与分析系统包括：数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和数据储存模块；数据采集模块用于采集所述光谱仪系统发送的所述电信号；数据处理模块用于对所述电信号进行处理和分析，获取所述待测样品的光谱信息；数据传输模块用于将所述光谱信息上传至云平台，或者传输至数据存储模块；云平台用于对接收到的所述光谱信息进行远程处理；数据存储模块用于接收所述光谱信息并进行存储；数据处理模块还用于基于所述光谱信息并结合暗场光谱和参考样品光谱获取所述待测样品的透射光谱传感特性。

作为本发明的一个实施例，用于对经过上述光谱仪系统所获取的电信号进行分析处理的信号记录与分析系统可以和上述光谱仪系统同时整合在同一个移动终端1内，也可以另设一个终端；如果是另设的一个终端，则该终端可以同时对多个检测系统的光谱仪系统所获取的电信号进行集中的分析和处理。

进一步地，所述信号记录与分析系统包括但不限于以下结构：数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和数据储存模块。当数据采集模块接收到由光谱仪系统所产生的电信号，并将该信号传输至数据处理模块；数据处理模块接收到上述电信号，对该电信号进行处理和分析，并通过分析结果获取到待测样品的光谱信息。一方面，数据传输模块可以将数据处理模块所获取的光谱信息传输至数据存储模块，并有存储模块进行存储，以便需要读取该光谱信息时可以随时进行读取；另一方面数据传输模块可以将数据处理模块所获取的光谱信息传输至云平台，所述云平台可以将收到的光谱信与其他的数据进行对比和分析处理，从而获取到待测样品的透射光谱传感特性。

进一步地，当存储系统接收并存储该光谱信息后，当需要对该光谱信息进行即时的分析处理时，数据处理模块还用于基于该光谱信息并结合暗场光谱信息和参考样品光谱信息获取所述待测样品的透射光谱传感特性。其中，暗场光谱为特检测系统的初始状态，具体为：将传感芯片系统6设置于准直透镜阵列7和会聚透镜52之间的设定位置，此时，宽谱光源系统9是关闭状态，并且在传感器芯片系统中不放入任何样品，将此时获取到的光谱信息定义为暗场光谱信息。其中，参考样品光谱信息为：将传感芯片系统6设置于准直透镜阵列7和会聚透镜52之间的设定位置，此时，宽谱光源系统9是正常开启状态，并且此时整个检测系统的工作状态和检测待测样品的工作状态设置成相同，将参考样品置于传感芯片系统6，并获取到此时信号记录与分析系统所获取的光谱信息，此时的光谱信息定义为参考样品光谱信息。

本发明实施例提供的传感特性检测系统，通过设置信号记录与分析系统，可以实时的对待测样品进行分析，也可以先对样品进行检测，并将检测的结果进行上传云系统或者进行存储，提供了多种检测实施的方式，使得检测的实施变得灵活、高效。

结合上述实施例，进一步地，作为一种可选实施例，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，还包括支架11、暗盒10、透射光栅12固定结构4和移动终端1支架11；支架11与所述暗盒10紧密连接，支架11与所述暗盒10的上表面形成连续的倾斜表面，透射光栅12固定结构4设置于倾斜表面，透射光栅12固定结构4与宽谱光源的光轴呈设定角度。

结合图1、图2所示，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统本发明实施例提供的传感特性检测系统，还包括有支架11和暗盒10，两者紧密且可拆卸的连接，这样在对于宽频光源的更换或者对于暗盒10内的针孔阵列8、准直透镜阵列7和会聚透镜系统5之间的距离关系进行调整时更加的方便。进一步地，所述支架11和暗盒10构成了整个检测系统的基座，该基座的底面平行于水平面，进而针孔阵列8、准直透镜阵列7和会聚透镜系统5所在的平面也平行于水平面。

进一步地，该透射光栅12固定结构4可活动的设置于支架11与所述暗盒10的上表面，且该上表面所述宽谱光源的光轴成设定角度倾斜设置，因此，透射光栅12形成的平面和针孔阵列8、准直透镜阵列7和会聚透镜系统5所各自形成的平面之间所形成的角度这位该设定角度，经反复实验论证，当该设定角度为48°左右时，所获取到的检测结果更为精确。

如图8所示，光栅固定结构包括：透射光栅卡槽42、透镜通孔43和终端卡槽；透射光栅卡槽42用于固定所述透射光栅12；所述透镜通孔43用于通过由所述准直透镜阵列7输出的光线并使所述光线进入到所述透射光栅12；移动终端卡槽41用于固定移动终端支架2；移动终端1设置于移动终端支架2，且移动终端1的拍照单元正对透镜通孔43。

此时，可以有效的保证由准直透镜阵列7所会聚的光束，通过透镜通孔43从而被光谱仪系统完全的接收到，而有效的减少检验误差。

结合上述实施例，进一步地，作为一种可选实施例，本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，宽谱光源系统9、针孔阵列8、准直透镜阵列7和会聚透镜系统5由下至上依次平行设置于暗盒10内；暗盒10上设有与传感芯片系统6相对应位置处的传感芯片系统取放口。

具体的，如图4所示，针孔阵列8包括针孔隔板81、针孔固定模块83和针孔82，其中，针孔固定模块83用于将针孔82固定于针孔隔板81上，针孔82为贯穿针孔隔板81的通孔。

如图5所示，准直透镜阵列7由准直透镜隔板71、准直透镜72和准直透镜固定模块组成，其中，准直透镜固定模块73用于将准直透镜72固定于准直透镜隔板71。

如图7所示，会聚透镜系统5由会聚透镜52和会聚透镜固定模块51所组成。

上述的宽谱光源系统9的电路板91、所述针孔阵列8的针孔隔板81、准直透镜隔板71和会聚透镜固定模块51的面积大小和由暗盒10和支架11构成的基座的水平面方向的截面积相同。且宽谱光源系统9的电路板91、针孔阵列8的针孔隔板81、准直透镜隔板71和会聚透镜固定模块51封装与所述暗盒10内，以保证在检测时的光线不会衰减。进一步的在暗盒10上设有与传感芯片系统6相对应位置的取放口，具体地，该取放口设置在会聚透镜52和准直透镜阵列7之间。进一步地所述暗盒10内有用于固定宽谱光源系统9的电路板91、针孔阵列8的针孔隔板81、准直透镜隔板71和会聚透镜固定模块51的固定装置，例如：该固定装置可以为卡扣式的固定装置。

本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，通过设置暗盒，从而保证了光谱仪系统中光束不受外界的干扰，从而有效的减少检验误差。

进一步地，本发明实施例提供一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测方法，该方法基于上述实施例的传感特性检测系统，包括以下步骤：将传感芯片系统6设置于准直透镜阵列7和会聚透镜52之间的设定位置，并获取暗场光信号，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块对暗场信号进行分析，获取暗场光谱；开启宽谱光源系统9；将参考样品置于传感芯片系统6中的传感单元67，将传感芯片系统6置于准直透镜阵列7和会聚透镜52之间的设定位置，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块获取参考样品光谱；清除位于传感芯片系统6上的参考样品；将待测样品置于所述传感芯片系统6后，将传感芯片系统6通过暗盒10的所述取放口，设置于设定位置；通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块获取待测样品光谱；利用数据处理模块将暗场光谱、参考光谱和被测样品信号光谱进行分析计算，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第二子模块获取所述待测样品的透射光谱传感特性。

本发明实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，结合光谱仪的构成特点与智能终端相机构成原理，再利用光栅分光原理，将智能终端的图像传感器与光栅结合，构成基于智能终端的光谱仪，这样可有效缩小光谱仪尺寸；并通过设置同传感芯片系统6一一对应的宽频光源、针孔阵列8和准直透镜阵列7，实现了同时对多个样品进行光学检测，节约了检测时间，显著的提高了检测的效率。另外，本检测方法采用结合暗场光谱、参考光谱和被测样品信号光谱进行分析计算，使检测的结果更加精确。

需要说明的是：本发明实施提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测方法是基于上述实施例装置侧的方法，其具体的实施方式与系统测的实施方式一致，在此不再一一赘述。

最后应说明的是：以上所有实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，包括：宽谱光源系统、光束整形系统、传感芯片系统、光谱仪系统和信号记录与分析系统；所述光束整形系统包括：针孔阵列、准直透镜阵列和会聚透镜系统；

其中，所述宽谱光源系统、所述针孔阵列、所述准直透镜阵列、所述传感芯片系统和所述会聚透镜系统由下至上依次平行设置；

所述宽谱光源系统包括多个宽谱光源，所述针孔阵列包括多个针孔，所述准直透镜阵列包括多个准直透镜，所述传感芯片系统包括多个传感单元；所述宽谱光源、所述针孔、所述准直透镜和所述传感单元上下对应设置；

所述针孔阵列用于通过所述针孔限制通过所述针孔阵列的所述宽谱光源的光束；

所述准直透镜阵列用于通过所述透镜准直由所述针孔通过的光束，并将准直后的光束垂直通过所述传感芯片系统中的所述传感单元；

所述会聚透镜用于将通过所述传感芯片系统的光束会聚，进入所述光谱仪系统；所述光谱仪系统包括透射光栅和拍照单元；其中，所述透射光栅与宽谱光源的光轴成设定角度设置于所述会聚透镜上方，所述设定角度为48°；

所述宽谱光源系统还包括：电路板；

多个所述宽谱光源中的一个宽谱光源设置于所述电路板的中心，多个所述宽谱光源中的其余宽谱光源沿以所述电路板的中心为圆心的圆的圆周上均匀分布设置；

所述传感芯片系统还包括：基底和微流通道；

其中，所述传感单元固设于所述基底上，所述微流通道用于将待测样品注入或流出所述传感单元；

其中，所述传感单元包括：纳米颗粒阵列、纳米孔阵列或纳米光栅阵列中的一种或多种的结合；

所述微流通道包括：微流控导管、样品入口、微流控微腔和样品出口；

其中，所述微流控微腔上部设有微流控盖片，所述样品入口连接所述微流控盖片；

所述光谱仪系统用于将经过所述光束整形系统以及所述传感芯片系统的光信号转化为电信号；

所述信号记录与分析系统用于根据所述电信号获取位于所述传感芯片上待测样品的透射光谱传感特性。

2.根据权利要求1所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述透射光栅为衍射光栅，所述衍射光栅的线数大于1200lines/mm。

3.根据权利要求1所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述拍照单元包括透镜和电荷耦合元件；

所述透镜用于接收通过所述传感芯片系统的光信号，并将所述光信号会聚至所述电荷耦合元件；

所述电荷耦合元件用于将所述光信号转化为电信号。

4.根据权利要求3所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述信号记录与分析系统设置于移动终端上，所述信号记录与分析系统包括：数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和数据储存模块；

所述数据采集模块用于采集所述光谱仪系统发送的所述电信号；

所述数据处理模块用于对所述电信号进行处理和分析，获取所述待测样品的光谱信息；

所述数据传输模块用于将所述光谱信息上传至云平台，或者传输至数据存储模块；

所述云平台用于对接收到的所述光谱信息进行远程处理；

所述数据存储模块用于接收所述光谱信息并进行存储；

所述数据处理模块还用于基于所述光谱信息并结合暗场光谱和参考样品光谱获取所述待测样品的透射光谱传感特性。

5.根据权利要求3所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，还包括：支架、暗盒、透射光栅固定结构和移动终端支架；

所述支架与所述暗盒紧密连接，所述支架与所述暗盒的上表面形成连续的倾斜表面，所述透射光栅固定结构设置于所述倾斜表面，所述透射光栅固定结构与所述宽谱光源的光轴呈所述设定角度；

所述光栅固定结构包括：透射光栅卡槽、透镜通孔和终端卡槽；

所述透射光栅卡槽用于固定所述透射光栅；所述透镜通孔用于通过由所述准直透镜阵列输出的光线并使所述光线进入到所述透射光栅；所述终端卡槽用于固定所述移动终端支架；移动终端设置于所述的移动终端支架，且所述移动终端的拍照单元正对所述透镜通孔。

6.根据权利要求5所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述宽谱光源系统、所述针孔阵列、所述准直透镜阵列和所述会聚透镜系统由下至上依次平行设置于所述暗盒内；所述暗盒上设有与所述传感芯片系统相对应位置处的传感芯片系统取放口。

7.一种基于权利要求5或6所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的传感特性检测方法，包括：

将传感芯片系统设置于准直透镜阵列和会聚透镜之间的设定位置，并获取暗场光信号，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块对所述暗场信号进行分析，获取暗场光谱；

开启宽谱光源系统；将参考样品置于所述传感芯片系统中的传感单元，将所述传感芯片系统置于准直透镜阵列和会聚透镜之间的设定位置，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块获取所述参考样品光谱；

清除位于传感芯片系统上的所述参考样品；

将所述待测样品置于所述传感芯片系统后，将所述传感芯片系统通过暗盒的取放口，设置于设定位置；通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块获取所述待测样品光谱；

利用所述数据处理模块将所述暗场光谱、参考样品 光谱和待测样品光谱进行分析计算，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第二子模块获取所述待测样品的透射光谱传感特性。

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