CN112326515A - 用于测量微粒物质的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于测量微粒物质的装置，该装置包括：图像获取设备，被配置为使引入到图像获取设备的空气中所包括的微粒物质粒子带电，并且基于无透镜成像来获取带电的微粒物质粒子的图像；光谱获取设备，被配置为获取带电的微粒物质粒子的拉曼光谱；以及处理器，被配置为基于所获取的图像来确定微粒物质粒子的大小和微粒物质粒子的浓度，并且基于所获取的拉曼光谱来确定微粒物质粒子的成分。

Description

用于测量微粒物质的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月5日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0094822的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开的示例实施例涉及用于测量微粒物质的技术。
背景技术
微粒物质可以包括悬浮在空气中的非常小的粒子和液滴，这些粒子和液滴是如此小以至于眼睛看不到，包括直径为10μm或更小的粒子。这样的微粒物质可能是由于化石燃料(例如，煤、石油等)的燃烧、或汽车、工厂等的废气而排出。
近来，微粒物质已经成为对人类健康和环境两者的严重威胁。长时间暴露于微粒物质可能导致免疫水平显著下降，从而引起各种健康问题，包括诸如感冒、哮喘、支气管炎等的呼吸系统疾病以及心血管疾病、皮肤疾病、眼疾等。特别地，直径为2.5μm或更小的细微粒物质易于深深地渗透到人体内的肺和支气管中，并且粘附在肺和支气管上，这可能引起各种疾病。
因此，需要开发便于用户容易地测量环境空气质量的技术。
发明内容
一个或多个示例实施例提供了一种用于同时测量微粒物质粒子的大小、浓度和成分的装置和方法。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种用于测量微粒物质的装置，所述装置包括：图像获取设备，被配置为使引入到所述图像获取设备的空气中所包括的微粒物质粒子带电，并且基于无透镜成像来获取带电的微粒物质粒子的图像；光谱获取设备，被配置为获取所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱；以及处理器，被配置为基于所获取的图像来确定所述微粒物质粒子的大小和所述微粒物质粒子的浓度，并且基于所获取的拉曼光谱来确定所述微粒物质粒子的成分。
所述图像获取设备可以包括：微粒物质吸附设备，被配置为使所述微粒物质粒子带电并吸附带电的微粒物质粒子；光源，被配置为向吸附的微粒物质粒子发射光；以及图像生成设备，被配置为通过接收已穿过所述吸附的微粒物质粒子的光、从所述吸附的微粒物质粒子反射的光、或从所述吸附的微粒物质粒子散射的光来生成所述微粒物质粒子的图像。
所述微粒物质吸附设备可以包括：第一电极，被施加正极性或负极性中的一个并且被配置为使所述微粒物质粒子带电；以及第二电极，被施加正极性和负极性中的另一个并且被配置为吸附带电的微粒物质粒子。
所述第二电极可以具有板形状。
所述第二电极可以由以下项之一形成：氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、SnO2、氧化锌(ZnO)、石墨烯、银纳米线、导电聚合物(例如，PEDOT：PSS)和碳纳米管。
所述图像生成设备可以包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)中的至少一种。
所述光谱获取设备可以包括：波导，所述带电的微粒物质粒子被引入到所述波导中；光源，被配置为向引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子发射光；以及光谱生成设备，被配置为通过接收引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子的拉曼散射光来生成所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱。
所述波导可以被配置为将所述带电的微粒物质粒子排放到所述用于测量微粒物质的装置的外部。
所述光源可以被设置为靠近所述波导的入口，并且所述光谱生成设备被设置为靠近所述波导的出口。
所述光谱生成设备可以包括：光谱仪，被配置为将所述拉曼散射光分成不同波长的光；以及生成设备，被配置为通过接收被分成所述不同波长的光的所述拉曼散射光来获取所述拉曼光谱。
所述光谱仪可以包括棱镜、光栅和滤光器中的至少一个。
所述生成设备包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)中的至少一种。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种测量微粒物质的方法，所述方法包括：使包括在空气中的微粒物质粒子带电；基于无透镜成像来获取带电的微粒物质粒子的图像；获取所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱；基于所获取的图像来确定所述微粒物质粒子的大小和所述微粒物质粒子的浓度；以及基于所获取的拉曼光谱来确定所述微粒物质粒子的成分。
获取所述图像可以包括：吸附所述带电的微粒物质粒子；向吸附的微粒物质粒子发射光；以及通过接收已穿过所述吸附的微粒物质粒子的光、从所述吸附的微粒物质粒子反射的光、或从所述吸附的微粒物质粒子散射的光来生成所述微粒物质粒子的图像。
获取所述拉曼光谱可以包括：向引入到波导中的所述带电的微粒物质粒子发射光；以及通过接收引入到波导中的所述带电的微粒物质粒子的拉曼散射光来生成所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种用于测量微粒物质的装置，所述装置包括：图像获取设备，被配置为使引入到所述图像获取设备的空气中所包括的微粒物质粒子带电，并且基于无透镜成像来获取带电的微粒物质粒子的图像；波导，所述带电的微粒物质粒子被引入到所述波导中；光谱获取设备，被配置为通过接收引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子的拉曼散射光来获取所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱；以及处理器，被配置为基于所获取的图像来确定所述微粒物质粒子的大小和所述微粒物质粒子的浓度，并且基于所获取的拉曼光谱来确定所述微粒物质粒子的成分。
所述光谱获取设备还可以包括：光源，被配置为向引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子发射光。
所述光谱获取设备还可以包括：光谱仪，被配置为将所述拉曼散射光分成不同波长的光；以及生成设备，被配置为通过接收被分成所述不同波长的光的所述拉曼散射光来获取所述拉曼光谱。
所述图像获取设备可以包括：微粒物质吸附设备，被配置为使所述微粒物质粒子带电并吸附带电的微粒物质粒子；光源，被配置为向吸附的微粒物质粒子发射光；以及图像生成设备，被配置为通过接收已穿过所述吸附的微粒物质粒子的光、从所述吸附的微粒物质粒子反射的光、或从所述吸附的微粒物质粒子散射的光来生成所述微粒物质粒子的图像。
所述微粒物质吸附设备可以包括：第一电极，被施加正极性或负极性中的一个并且被配置为使所述微粒物质粒子带电；以及第二电极，被施加正极性和负极性中的另一个并且被配置为吸附带电的微粒物质粒子。
附图说明
通过以下结合附图的描述，特定示例实施例的上述和/或其他方面、特征和优点将更加明显，在附图中：
图1是示出根据示例实施例的用于测量微粒物质的装置的框图；
图2是示出根据示例实施例的图像获取设备的结构的图；
图3是示出根据示例实施例的光谱获取设备的结构的图；
图4是示出根据示例实施例的用于测量微粒物质的装置的结构的图；
图5是示出根据另一示例实施例的用于测量微粒物质的装置的框图；以及
图6是示出根据示例实施例的测量微粒物质的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例实施例。在整个附图和详细描述中，除非另有描述，否则相同的附图标记将被理解为表示相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明和方便起见，可能夸大了这些元件的相对尺寸和描绘。应该注意的是，即使在不同的附图中，只要有可能，相同的附图标记也表示相同的部件。在以下描述中，当本文中包含的公知功能和配置的详细描述可能使本发明的主题模糊时，将省略所述描述。
除非在本公开的上下文中明确说明了指定的顺序，否则可以与指定的顺序不同地执行本文中描述的处理步骤。也就是说，每个步骤可以以指定的顺序、基本同时地、或者以相反的顺序来执行。
此外，在整个说明书中使用的术语是考虑到根据示例实施例的功能而定义的，并且可以根据用户或管理员的目的或先例等来改变。因此，对术语的定义应基于总体上下文来进行。
将理解的是，尽管术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。除非另有明确说明，否则对单数的任何引用可以包括复数。应当理解，诸如“包括”或“具有”等术语意在指示说明书中所公开的特征、数字、步骤、动作、组件、部件或其组合的存在，并不意在排除可以存在或可以添加一个或多个其他特征、数字、步骤、动作、组件、部件或其组合的可能性。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如“……中的至少一个”的表述当在元素列表之后时修饰整个元素列表，而不修饰列表中的单独元素。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应理解为：仅包括a，仅包括b，仅包括c，包括a和b两者，包括a和c两者，包括b和c两者，或包括a、b和c的全部。
此外，仅根据主要由组件执行的功能来区分将在说明书中描述的组件。也就是说，稍后将描述的两个或更多个组件可以集成到单个组件中。此外，稍后将说明的单个组件可以分成两个或更多个组件。此外，除了每个组件的主要功能之外，每个组件还可以附加地执行由另一个组件执行的功能的一些或全部。每个组件的主要功能的一些或全部可以由另一个组件执行。每个组件可以被实现为硬件、软件或两者的组合。
图1是示出根据示例实施例的用于测量微粒物质的装置的框图，图2是示出根据示例实施例的图像获取设备的结构的图，图3是示出根据示例实施例的光谱获取设备的结构的图。
参考图1至图3，用于测量微粒物质的装置100包括图像获取设备110、光谱获取设备120和处理器130。
当包含微粒物质的空气被引入到用于测量微粒物质的装置100中时，图像获取设备110可以使用无透镜成像来获取包含在引入的空气中的微粒物质粒子的图像。例如，图像获取设备110可以使包含在引入的空气中的微粒物质粒子带电，并且可以吸附包含在引入的空气中的带电的微粒物质粒子。此外，图像获取设备110可以向吸附的微粒物质粒子发射光，并且可以通过接收已穿过微粒物质粒子的光或从微粒物质粒子反射或散射的光来生成微粒物质粒子的图像。
如图2所示，图像获取设备110包括微粒物质吸附设备210、光源220和图像生成设备230。
微粒物质吸附设备210可以使微粒物质粒子带电，并且可以吸附带电的微粒物质粒子。微粒物质吸附设备210可以包括第一电极211和第二电极212，对第一电极211施加正极性或负极性中的任一个以使微粒物质粒子带电，对第二电极212施加正极性和负极性中的另一个以吸附带电的微粒物质粒子。
一旦电力被施加到第一电极211和第二电极212，就可以在第一电极211和第二电极212之间产生电场。如果微粒物质粒子沿方向240从第一电极211流到第二电极212，则微粒物质粒子可以在穿过第一电极211时被带电。在这种情况下，当施加到第一电极211的极性为正极性时，微粒物质粒子被带正(+)电，而当施加到第一电极211的极性为负极性时，微粒物质粒子被带负(-)电。带电的微粒物质粒子可以被吸附在第二电极212上。施加到第二电极212的极性与施加到第一电极211的极性相反，使得第二电极212可以具有与带电的微粒物质粒子的电性质相反的电性质。因此，在穿过第一电极211时被带电的微粒物质粒子可以被自动地吸附在第二电极212上。
在示例实施例中，第一电极211可以具有如图2所示的条形状。然而，第一电极211不限于此，并且可以具有各种形状，例如，具有孔以使得包含微粒物质粒子的空气可以穿过其中的板形状、网格形状等。此外，如图2所示，第二电极212可以具有板形状，使得带电的微粒物质粒子可以被吸附在其上。
在示例实施例中，第一电极211和第二电极212可以形成为透明电极，以不阻碍光的通过。例如，第一电极211和第二电极212可以由氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、石墨烯、银纳米线、导电聚合物(例如，PEDOT：PSS)、碳纳米管等制成。
虽然图2示出了两个电极211和212，但是这仅是示例，并且电极的数量不限于此。
光源220可以向吸附在第二电极212上的微粒物质粒子发射光。为此，光源220可以包括一个或多个光源。例如，每个光源可以向吸附在第二电极212上的微粒物质粒子发射预定波长的光，例如，可见光、近红外光、中红外光等。然而，由每个光源发射的光的波长可以根据测量目的或分析物类型而变化。此外，每个光源不必由单个发光体形成，而是可以由多个发光体的阵列形成。如果每个光源由多个发光体形成，则多个发光体可以发射相同波长的光或不同波长的光。另外，多个发光体中的一些发光体可以发射相同波长的光，而其他发光体可以发射不同波长的光。在示例实施例中，每个光源可以包括发光二极管(LED)、激光二极管、磷光体等，但是这仅是示例，并且光源不限于此。
在示例实施例中，光源220还可以包括用于选择特定波长的光的滤光器(例如，净化滤光器、带通滤光器等)和/或用于朝向期望的位置引导发射的光的光学元件(例如，反射镜等)。
图像生成设备230可以通过接收已穿过吸附在第二电极212上的微粒物质粒子的光、或从吸附在第二电极212上的微粒物质粒子反射或散射的光，来生成微粒物质粒子的图像。在示例实施例中，图像生成设备230可以通过接收已穿过吸附在第二电极212上的微粒物质粒子的光或从吸附在第二电极212上的微粒物质粒子反射或散射的光来生成微粒物质粒子的全息图像，并且可以基于微粒物质粒子的散射特性来重构全息图像。在这种情况下，图像生成设备230可以通过使用诸如深度学习等的机器学习算法来提高图像的分辨率。
图像生成设备230可以设置在第二电极212下方。例如，图像生成设备230可以设置在第二电极212的底部附近。图像生成设备230可以包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)中的至少一种。
光谱获取设备120可以获取包含在引入的空气中的微粒物质粒子的拉曼(Raman)光谱。例如，光谱获取设备120可以向包含在引入的空气中的微粒物质粒子发射光，并且可以通过接收微粒物质粒子的拉曼散射光来生成微粒物质粒子的拉曼光谱。
如图3所示，光谱获取设备120可以包括波导310、光源320和光谱生成设备330。
将微粒物质粒子引入到波导310中，并且波导310可以向光谱生成设备330传送根据光源320所发射的光而产生的微粒物质粒子的拉曼散射光。波导310可以形成为具有相对高的导电性的中空导管。
此外，微粒物质粒子可以从波导310的入口流到其出口，并且可以从波导310的出口排放到外部。
一旦微粒物质粒子被引入到波导310中，光源320就可以向引入到波导310中的微粒物质粒子发射光。为此，光源320可以包括一个或多个光源。例如，每个光源可以向引入到波导310中的微粒物质粒子发射预定波长的光，例如，可见光、近红外光、中红外光等。然而，由每个光源发射的光的波长可以根据测量目的或分析物类型而变化。此外，每个光源不必由单个发光体形成，而是可以由多个发光体的阵列形成。如果每个光源由多个发光体形成，则多个发光体可以发射相同波长的光或不同波长的光。此外，多个发光体中的一些发光体可以发射相同波长的光，而其他发光体可以发射不同波长的光。在示例实施例中，每个光源可以包括发光二极管(LED)、激光二极管、磷光体等，但是这仅是示例，并且光源不限于此。
在示例实施例中，光源320还可以包括用于选择特定波长的光的滤光器(例如，净化滤光器、带通滤光器等)和/或用于朝向期望的位置引导发射的光的光学元件(例如，反射镜等)。
光谱生成设备330可以通过接收引入到波导310中的微粒物质粒子的拉曼散射光来生成微粒物质粒子的拉曼光谱。为此，光谱生成设备330可以包括光谱仪331和生成设备332。
光谱仪331可以接收引入到波导310中的微粒物质粒子的拉曼散射光，并且可以将拉曼散射光分成多个波长。在示例实施例中，光谱仪331可以包括棱镜、光栅、滤光器等中的至少一个，但不限于此。
生成设备332可以通过接收被分成多个波长的拉曼散射光来生成拉曼光谱。在示例实施例中，生成设备332可以包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)中的至少一种，但不限于此。
处理器130可以控制用于测量微粒物质的装置100的总体操作。
一旦引入了包含微粒物质粒子的空气，处理器130就可以控制图像获取设备110以获取微粒物质粒子的图像，并且可以控制光谱获取设备120以获取微粒物质粒子的拉曼光谱。
处理器130可以通过分析微粒物质粒子的所获取的图像和所获取的拉曼光谱来获取关于微粒物质粒子的信息。在这种情况下，关于微粒物质粒子的信息可以包括微粒物质粒子的大小、浓度、成分等。
在示例实施例中，处理器130可以通过分析微粒物质粒子的图像来确定微粒物质粒子的大小和浓度。例如，通过确定微粒物质粒子的图像中微粒物质粒子的大小和数量，处理器130可以确定包含在引入的空气中的微粒物质粒子的大小和浓度。
在示例实施例中，处理器130可以通过分析微粒物质粒子的拉曼光谱来确定微粒物质粒子的成分。拉曼光谱峰值出现的频率可以根据粒子的成分而变化。因此，通过参考对于粒子的每种成分与拉曼光谱峰值出现的频率有关的信息，处理器130可以确定微粒物质粒子的成分。在这种情况下，可以通过实验导出对于粒子的每种成分与拉曼光谱峰值出现的频率有关的信息，并且可以将该信息存储在处理器130的内部或外部存储器中。
此外，在通过分析微粒物质粒子的拉曼光谱而确定微粒物质粒子的成分之前，处理器130可以从拉曼光谱中去除噪声。微粒物质粒子的拉曼光谱包括很多噪声，并且包括在拉曼光谱中的噪声可以分为来源于外部环境的简单加性噪声和来源于自发荧光的背景噪声。处理器130可以通过使用低通滤波器(例如，移动平均滤波器等)从拉曼光谱中去除简单加性噪声。此外，处理器130可以估计拉曼光谱的基线，并且可以通过从拉曼光谱中减去所估计的基线来去除背景噪声。在这种情况下，可以使用一阶微分方法、滚球方法等来估计基线。在此，一阶微分方法使用在整个范围内呈现出逐渐变化的背景噪声的特性。在一阶微分方法中，通过对光谱进行微分，找到明显的峰值，切除相应的峰值面积并执行内插，来估计基线。此外，在滚球方法中，将在光谱下方滚动的假想球的最高点的轨迹视为基线。
图4是示出根据示例实施例的用于测量微粒物质的装置的结构的图。图4的用于测量微粒物质的装置可以是图1的用于测量微粒物质的装置100的结构的示例。
参考图4，第一电极211设置在结构410的空气被引入到的入口附近，并且第二电极212可以设置在结构410的下方。当电力被施加到第一电极211和第二电极212并且在其之间产生电场时，包含在引入的空气中的微粒物质粒子可以在穿过第一电极211时被带电。带电的微粒物质可以沿着所产生的电场和结构410的通道向下流动，以被吸附在第二电极212上。
光源220可以设置在结构410的入口附近，以向吸附在设置在结构410下方的第二电极212上的微粒物质粒子发射光，并且图像生成设备230设置在第二电极212下方，并通过接收已穿过第二电极212的光来生成微粒物质粒子的图像。
波导310在平行于第二电极212的方向上设置在结构410下方。一旦获取了微粒物质粒子的图像，就去除在第一电极211和第二电极212之间产生的电场，将吸附在第二电极212上的微粒物质粒子解吸以引入到波导310中，并且然后可以沿着波导310流动以排放到外部。也就是说，波导310可以用作微粒物质粒子的排放口。
光源320可以设置在波导310的入口附近以向引入到波导310中的微粒物质粒子发射光，并且光谱生成设备330设置在波导310的出口附近以接收微粒物质粒子的拉曼散射光，并可以生成微粒物质粒子的拉曼光谱。
此外，为了防止或减少从第二电极212解吸的微粒物质粒子沿着除波导310之外的方向流动，用于测量微粒物质的装置100可以包括用于阻挡除波导310的入口之外的孔的阻挡部分420。阻挡部分420可以由透明材料制成以便不影响光的通过，或者可以形成为用于使预定波长的光通过的滤光器。
图5是示出根据本公开的另一实施例的用于测量微粒物质的装置的框图。
参考图5，根据本公开的另一实施例的用于测量微粒物质的装置500包括图像获取设备110、光谱获取设备120、处理器130、输入接口510、存储设备520、通信接口530和输出接口540。在本文中，以上参考图1至图4描述了图像获取设备110、光谱获取设备120和处理器130，因此将省略其详细描述。
输入接口510可以从用户接收各种操作信号的输入。在示例实施例中，输入接口510可以包括键盘、圆顶开关、静态压力或电容触摸板、滚轮、滚轮开关、硬件(H/W)按钮等。与显示器形成层结构的触摸板可以是触摸屏。
存储设备520可以存储用于操作用于测量微粒物质的装置500的程序或命令，并且可以存储输入到用于测量微粒物质的装置500并由其处理的数据。此外，存储设备520可以存储由图像获取设备110获取的图像数据、由光谱获取设备120获取的拉曼光谱数据、由处理器130确定的关于微粒物质粒子的信息、处理器130确定关于微粒物质粒子的信息所需的数据(例如，对于粒子的每种成分与拉曼光谱峰值出现的频率有关的信息)等。
存储设备520可以包括以下至少一种存储介质：闪存类型存储器、硬盘类型存储器、多媒体卡微型存储器、卡类型存储器(例如，SD存储器、XD存储器等)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘和光盘等。此外，用于测量微粒物质的装置500可以操作在互联网上执行存储设备520的存储功能的诸如网络存储等的外部存储介质。
通信接口530可以与外部设备通信。例如，通信接口530可以向外部设备发送通过输入接口510从用户输入的数据、由图像获取设备110获取的图像数据、由光谱获取设备120获取的拉曼光谱数据、由处理器130确定的关于微粒物质粒子的信息、处理器130确定关于微粒物质粒子的信息所需的数据(例如，对于粒子的每种成分与拉曼光谱峰值出现的频率有关的信息)等；或者通信接口530可以从外部设备接收可用于确定关于微粒物质粒子的信息的各种数据。
在这种情况下，外部设备可以是使用由图像获取设备110获取的图像数据、由光谱获取设备120获取的拉曼光谱数据、由处理器130确定的关于微粒物质粒子的信息、处理器130确定关于微粒物质粒子的信息所需的数据(例如，对于粒子的每种成分与拉曼光谱峰值出现的频率有关的信息)等的设备、打印出结果的打印机、或者显示结果的显示器。此外，外部设备可以是数字电视(TV)、台式计算机、蜂窝电话、智能电话、平板个人计算机(PC)、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、导航设备、MP3播放器、数字相机、可穿戴设备等，但不限于此。
通信接口530可以通过使用以下方式与外部设备进行通信：蓝牙通信、蓝牙低能量(BLE)通信、近场通信(NFC)、WLAN通信、Zigbee通信、红外数据协会(IrDA)通信、Wi-Fi直连(WFD)通信、超宽带(UWB)通信、Ant+通信、WIFI通信、射频识别(RFID)通信、3G通信、4G通信、5G通信等。然而，实施例不限于此。
输出接口540可以输出由图像获取设备110获取的图像数据、由光谱获取设备120获取的拉曼光谱数据、由处理器130确定的关于微粒物质粒子的信息、处理器130确定关于微粒物质粒子的信启、所需的数据(例如，对于粒子的每种成分与拉曼光谱峰值出现的频率有关的信息)等。在示例实施例中，输出接口540可以通过使用声学方法、视觉方法和触觉方法中的至少一种方法来输出由图像获取设备110获取的图像数据、由光谱获取设备120获取的拉曼光谱数据、由处理器130确定的关于微粒物质粒子的信息、处理器130确定关于微粒物质粒子的信息所需的数据(例如，对于粒子的每种成分与拉曼光谱峰值出现的频率有关的信息)等。为此，输出接口540可以包括显示器、扬声器、振动器等。
图6是示出根据示例实施例的测量微粒物质的方法的流程图。图6的测量微粒物质的方法可以由图1或图5的用于测量微粒物质的装置100或500来执行。
参考图6，用于测量微粒物质的装置可以使用无透镜成像来获取包含在引入的空气中的微粒物质粒子的图像(610)。例如，用于测量微粒物质的装置可以使包含在引入的空气中的微粒物质粒子带电，并且可以吸附带电的微粒物质粒子。此外，用于测量微粒物质的装置可以向吸附的微粒物质粒子发射光，并且可以通过接收已穿过微粒物质粒子的光或从微粒物质粒子反射或散射的光来生成微粒物质粒子的图像。
通过向第一电极和第二电极施加电力，用于测量微粒物质的装置可以在第一电极和第二电极之间产生电场。微粒物质粒子可以在穿过第一电极时被带电，并且带电的微粒物质粒子可以被吸附在第二电极上。用于测量微粒物质的装置可以向吸附在第二电极上的微粒物质粒子发射光，并且可以通过接收已穿过微粒物质粒子的光或从微粒物质粒子反射或散射的光来生成微粒物质粒子的图像。例如，用于测量微粒物质的装置可以通过接收已穿过微粒物质粒子的光或从微粒物质粒子反射或散射的光来生成微粒物质粒子的全息图像，并且可以基于微粒物质粒子的散射特性来重构全息图像。
用于测量微粒物质的装置可以获取包含在引入的空气中的微粒物质粒子的拉曼光谱(620)。例如，当微粒物质粒子从第二电极解吸以被引入到波导中时，用于测量微粒物质的装置可以向微粒物质粒子发射光，并且可以通过接收微粒物质粒子的拉曼散射光来生成微粒物质粒子的拉曼光谱。在这种情况下，波导可以用作微粒物质粒子的排放口。
用于测量微粒物质的装置可以通过分析微粒物质粒子的所获取的图像和拉曼光谱来获取关于微粒物质粒子的信息(630)。在这种情况下，关于微粒物质粒子的信息可以包括微粒物质粒子的大小、浓度、成分等。
在示例实施例中，用于测量微粒物质的装置可以通过分析微粒物质粒子的图像来确定微粒物质粒子的大小和浓度。例如，通过确定微粒物质粒子的图像中微粒物质粒子的大小和数量，用于测量微粒物质的装置可以确定包含在引入的空气中的微粒物质粒子的大小和浓度。
在示例实施例中，用于测量微粒物质的装置可以通过分析微粒物质粒子的拉曼光谱来确定微粒物质粒子的成分。拉曼光谱峰值出现的频率可以根据粒子的成分而变化。因此，通过参考对于粒子的每种成分与拉曼光谱峰值出现的频率有关的信息，用于测量微粒物质的装置可以确定微粒物质粒子的成分。在这种情况下，可以通过实验导出对于粒子的每种成分与拉曼光谱峰值出现的频率有关的信息，并且可以将该信息存储在内部或外部存储器中。
本公开可以被实现为写在计算机可读记录介质上的计算机可读代码。本领域的普通计算机编程技术人员可以容易地推断出用于实现本公开所需的代码和代码段。计算机可读记录介质可以是其中以计算机可读方式存储数据的任何类型的记录设备。计算机可读记录介质的示例包括ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘、光盘等。此外，可以将计算机可读记录介质分布在连接到网络的多个计算机系统上，使得计算机可读记录介质以分散的方式被写入其中并从中执行。
尽管已经参考附图描述了示例实施例，但是本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离由随附权利要求定义的本公开的精神和范围的情况下对本发明进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种用于测量微粒物质的装置，所述装置包括：
图像获取设备，被配置为使引入到所述图像获取设备的空气中所包括的微粒物质粒子带电，并且基于无透镜成像来获取带电的微粒物质粒子的图像；
光谱获取设备，被配置为获取所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱；以及
处理器，被配置为基于所获取的图像来确定所述微粒物质粒子的大小和所述微粒物质粒子的浓度，并且基于所获取的拉曼光谱来确定所述微粒物质粒子的成分。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述图像获取设备包括：
微粒物质吸附设备，被配置为使所述微粒物质粒子带电并吸附带电的微粒物质粒子；
光源，被配置为向吸附的微粒物质粒子发射光；以及
图像生成设备，被配置为通过接收已穿过所述吸附的微粒物质粒子的光、从所述吸附的微粒物质粒子反射的光、或从所述吸附的微粒物质粒子散射的光来生成所述微粒物质粒子的图像。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述微粒物质吸附设备包括：
第一电极，被施加正极性或负极性中的一个，并且被配置为使所述微粒物质粒子带电；以及
第二电极，被施加正极性和负极性中的另一个，并且被配置为吸附带电的微粒物质粒子。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第二电极具有板形状。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第二电极由以下项之一形成：氧化铟锡ITO、氧化铟锌IZO、氧化锡SnO2、氧化锌ZnO、石墨烯、银纳米线、导电聚合物和碳纳米管。
6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述图像生成设备包括电荷耦合器件CCD和互补金属氧化物半导体CMOS中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光谱获取设备包括：
波导，所述带电的微粒物质粒子被引入到所述波导中；
光源，被配置为向引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子发射光；以及
光谱生成设备，被配置为通过接收引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子的拉曼散射光来生成所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述波导被配置为将所述带电的微粒物质粒子排放到所述用于测量微粒物质的装置的外部。
9.根据权利要求7所述的装置，其中：
所述光源被设置为靠近所述波导的入口；并且
所述光谱生成设备被设置为靠近所述波导的出口。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述光谱生成设备包括：
光谱仪，被配置为将所述拉曼散射光分成不同波长的光；以及
生成设备，被配置为通过接收被分成所述不同波长的光的所述拉曼散射光来获取所述拉曼光谱。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述光谱仪包括棱镜、光栅和滤光器中的至少一个。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述生成设备包括电荷耦合器件CCD和互补金属氧化物半导体CMOS中的至少一种。
13.一种测量微粒物质的方法，所述方法包括：
使包括在空气中的微粒物质粒子带电；
基于无透镜成像来获取带电的微粒物质粒子的图像；
获取所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱；
基于所获取的图像来确定所述微粒物质粒子的大小和所述微粒物质粒子的浓度；以及
基于所获取的拉曼光谱来确定所述微粒物质粒子的成分。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，获取所述图像包括：
吸附所述带电的微粒物质粒子；
向吸附的微粒物质粒子发射光；以及
通过接收已穿过所述吸附的微粒物质粒子的光、从所述吸附的微粒物质粒子反射的光、或从所述吸附的微粒物质粒子散射的光来生成所述微粒物质粒子的图像。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，获取所述拉曼光谱包括：
将所述带电的微粒物质粒子引入到波导中；
向引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子发射光；以及
通过接收引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子的拉曼散射光来生成所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱。
16.一种用于测量微粒物质的装置，所述装置包括：
图像获取设备，被配置为使引入到所述图像获取设备的空气中所包括的微粒物质粒子带电，并且基于无透镜成像来获取带电的微粒物质粒子的图像；
波导，所述带电的微粒物质粒子被引入到所述波导中；
光谱获取设备，被配置为通过接收引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子的拉曼散射光来获取所述带电的微粒物质粒子的拉曼光谱；以及
处理器，被配置为基于所获取的图像来确定所述微粒物质粒子的大小和所述微粒物质粒子的浓度，并且基于所获取的拉曼光谱来确定所述微粒物质粒子的成分。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述光谱获取设备包括：光源，被配置为向引入到所述波导中的所述带电的微粒物质粒子发射光。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述光谱获取设备还包括：
光谱仪，被配置为将所述拉曼散射光分成不同波长的光；以及
生成设备，被配置为通过接收被分成所述不同波长的光的所述拉曼散射光来获取所述拉曼光谱。
19.根据权利要求16所述的装置，其中，所述图像获取设备包括：
微粒物质吸附设备，被配置为使所述微粒物质粒子带电并吸附带电的微粒物质粒子；
光源，被配置为向吸附的微粒物质粒子发射光；以及
图像生成设备，被配置为通过接收已穿过所述吸附的微粒物质粒子的光、从所述吸附的微粒物质粒子反射的光、或从所述吸附的微粒物质粒子散射的光来生成所述微粒物质粒子的图像。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述微粒物质吸附设备包括：
第一电极，被施加正极性或负极性中的一个，并且被配置为使所述微粒物质粒子带电；以及
第二电极，被施加正极性和负极性中的另一个，并且被配置为吸附带电的微粒物质粒子。
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