CN113933254A - 一种家用光谱分析仪 - Google Patents
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Abstract
一种家用光谱分析仪。本发明涉及用于诊断目的小型家用辅助器具，特别涉及一种可见‑红外探测模块用于评估人体血糖指标和营养摄入。一种可见‑红外探测模块，包括依次设置的镜头、分光层、特定信息层和感光元件。通过分光层和特定信息层的配合，实现了对待测样品特定波长的标定，实现可见‑红外光谱测量。光谱分析仪还集成对应于的可见‑红外探测模块相连无线发送单元的无线接收单元、及连接无线接收单元用于动态转化并显示营业成分值的解释单元，结构小型，操作便利。
Description
技术领域
本发明涉及用于诊断目的小型家用辅助器具，特别涉及一种可见-红外探测模块用于评估人体营养摄入。本发明涉及食物检测以及一种小型家用医疗辅助器具，尤其是涉及一种可见-红外探测模块及带食物检测功能的光谱分析仪。
背景技术
光谱仪有许多用途，地质，有色、建材、商检，环保、卫生、食物等各个领城，在工业和科研中有广泛应用。然而，对于消费者市场来说，这些工具通常构造庞大，太昂贵。因此，实现家用以及便携，并能够通过光谱信息计算出出用户血糖、膳食营养成分，并且同步相关数据的跟踪，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种家用光谱分析仪，通过滤光片和特定信息层的配合通过不同滤光片划分多个探测区域，每个区域待测样品的一个特定波段的光谱信息，实现了连续光谱测定。并且，建立了红外校准模型来预测水、糖、脂肪、蛋白质含量，基于此，更加合理的管理用户血糖。家用便携式的光谱分析仪将可根据每日摄入的食物热量、含糖量，动态跟踪，为身体健康助力，为普通家庭提供便利。
一种家用光谱分析仪，其特征在于，可见-红外探测模块（12）以及所述的数据预处理、通信和算法（14），可见-红外探测模块包括设置的镜头（212）、分光层A（222）、分光层B（201）和特定信息层（232）和感光元件（242）。
进一步地，所述处理装置可包括用于将所述样本的光谱数据发送到所述远程服务器并接收响应的对象数据的指令。对象数据可以通过处理的设备显示给用户。可以为用户提供一种便捷的方法来测量血糖和膳食的光谱，并获取光谱解析后的信息。
进一步地，该探测模块还包括镜头（212），镜头的直径为1mm*1mm至5cm*5cm；
进一步地，光源（13）波长范围为400-3000nm，优选地，波长范围为800-1700nm；
进一步地，所述分光层A（222）通过波长范围400-2000nm，优选地，波长范围为800-1700nm；
进一步地，分光层B（201）包含多个平行设置的窄带滤光片。窄带滤光片数量为2-99个，优选的，数量为5-20个。
进一步地，感光元件（242）可以接收到光源（13）照射被测物（10）的反射光，如图3所示。
进一步地，与可见-红外探测模块（12）探测波长为500-2600nm，优选的600-1700nm。测试温度：0-40ºC，优选的10-25ºC。
进一步地，所述感光元件（242）设置在镜头（212）、分光层A（222）、分光层B（201）、特定信息层（232）下。
进一步地，特定信息层（232）在可见-红外区的透光率为10%-96%，可为一种或多种的组合，面积为感光元件（242）的5%-95%。如塑料PET（聚乙烯对苯二甲酸脂）、HDPE（高密度聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、LDPE（低密度聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）、PC(聚碳酸脂)、PA（尼龙类）、TPU、乙二醇、PE (聚乙烯)、ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、POM (聚甲醛)、环氧树脂(EP)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)、有机硅(IS)；油溶性量子点、水溶性量子点；晶体无机半导体，如Si、GaAs、GaP、Ge、PbS和InGaAs等；有机高分子聚合物A/B胶、硅胶等多种材料。
进一步地，特性信息层（232）可设置在占分光层B（201）之上或之下。
进一步地，可见-红外探测模块（12），其特征在于，所述可见-红外探测器（12）的感光面积为1µm*1µm至30mm*30mm，优选的面积为2mm*2mm至20mm*20mm。
进一步地，可见-红外探测模块，其特征在于，包括但不限于传感器材料有硫酸三甘钛（TGS）、锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、InGaAs铟镓砷、硅（Si）、锗（Ge）、铌酸钡锶、碲镉汞、锑化铟等。
进一步地，一种家用光谱分析仪，其特征在于，包含数据预处理、通信和算法（14），所述模型算法可以放在云端也可以放在本地。每次测量大约要进行1到99次扫描，在每个被测波长对应的成分浓度的值预测未知的样本。其本地或云服务器可以接收压缩、加密的数据，处理器或通信接口可以对数据进行解密（306），数字信号处理单元可以对解密信号进行信号处理（304）。
进一步地，服务器可以执行额外的预处理以及对频谱进行降噪等预处理（301）。
进一步地，可以通过处理器来执行服务器上指令，执行各种数据分析算法（302）分析处理光谱，并生成食物光谱检测血糖结果（305）。在测定的食物糖分的基础上评估血糖指数。
进一步地，可设置电磁屏蔽网，防止电磁辐射，进一步加强测试精度。
本方案利用光谱技术，实现了可见-红外光谱信息的采集，并将所收集的食物的糖份、卡路里等数字信息传输至本地／云端处理器（307）。样本的光谱数据发送到所述远程服务器并接收响应的对象数据的指令。对象数据可以通过此家用光谱分析仪显示给用户，如图2所示。
采用本发明的家用光谱分析仪，相比于现有技术，至少具有以下有益效果：
1. 本发明的可见-红外探测模组，可见-红外探测模块的尺寸小，进而组装的家用光谱分析仪能够实现微型化和轻量化；并且，可以实现可见-红外光谱中多个波段的标定同时进行；
2. 本发明提供了用于测量血糖及食物营养成分的方法，可以根据测得光谱信息，计算出血糖含量和构成消费者膳食的各个食品的含糖量，还进而可用于评估一种或多种食品所对应的血糖指数。
3. 本发明所述家用光谱分析仪无需单独制备样品，具有实时、快速、无损的智能化物质信息探测获取能力。
从上可见，本发明的家用光谱分析仪集成食物营养成分分析功能、血糖检测功能于一体，光谱分析仪结构小型化，使用方便，操作便利。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图说明
图1是本发明实施例提供的可见-红外探测模块结构示意图；
图2是数据预处理、通信和算法算法共同协作流程图；
图3是本发明实施例可见-红外探测器、光源、被测物状态示意图；
图4是本发明测定蔗糖浓度变化光谱图。
Claims (9)
1.一种家用光谱分析仪，其特征在于，可见-红外探测模块（12）以及数据预处理、通信和算法（14），光源（13），其中，可见-红外探测模块包括镜头（212）、分光层A（222）、分光层B（201）、特定信息层（232）和感光元件（242）。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，光源波长范围为400-3000nm，优选地，波长范围为800-1700nm；与可见-红外探测模块（12）探测波长为500-2600nm，优选的600-1700nm；可见-红外探测模块（12）可以接收到被测物（10）被光源（13）照射所反射的光，如图3所示；其特征在于，所述感光元件（242）设置在镜头（212）、分光层A（222）、分光层B（201）、特定信息层（232）之下；测试温度：0-40ºC，优选的10-25ºC。
3.根据权利要求1所述的分光层A（222），其通过波长范围400-2000nm，优选地，波长范围为800-1700nm，通常设置在分光层B（201）之上或之下。
4.根据权利要求1所述的分光层B（201），其特征在于，包含多个平行设置的窄带滤光片；窄带滤光片数量为2-99个，优选的，数量为5-20个。
5.根据权利要求1所述的特定信息层（232）在可见-红外区域的透光率应为10%-96%之间的有机或无机材料，可为一种或多种的组合，面积为感光元件（242）的5%-95%；可选的，包含塑料PET（聚乙烯对苯二甲酸脂）、HDPE（高密度聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、LDPE（低密度聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）、PC(聚碳酸脂)、PA（尼龙类）、TPU、乙二醇、PE (聚乙烯)、ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、POM (聚甲醛)、环氧树脂(EP)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)、有机硅(IS)；油溶性量子点、水溶性量子点；晶体无机半导体，如Si、GaAs、GaP、Ge、PbS和InGaAs等；有机高分子聚合物A/B胶、硅胶等多种材料。
6.根据权利要求1所述可见-红外探测模块（12），其特征在于，可见-红外探测器（12）的感光面积为1µm*1µm至30mm*30mm，优选的面积为2mm*2mm至20mm*20mm；可见-红外传感器材料包括但不限于硫酸三甘钛（TGS）、锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、InGaAs铟镓砷、硅（Si）、锗（Ge）、铌酸钡锶、碲镉汞、锑化铟等。
7.根据权利要求1所述一种家用光谱分析仪，其特征在于，包含数据预处理、通信和算法（14），所述数据预处理、通信和算法（14）可以放在云端也可以放在本地。
8.根据权利要求7所述的数据预处理、通信和算法（14），每次测量大约要进行1到99次扫描，在每个被测波长对应的成分浓度的值预测未知的样本；其本地或云服务器可以接收压缩、加密的数据，处理器或通信接口可以对数据进行解密（306），数字信号处理单元可以对解密信号进行信号处理（304）；服务器可以执行额外的预处理以及对频谱进行降噪等预处理（301）；可以通过处理器来执行服务器上指令，执行各种数据分析算法（302）分析处理光谱，并生成食物光谱检测血糖结果（305），在测定的食物糖分的基础上评估血糖指数；可设置电磁屏蔽网，防止电磁辐射，进一步加强测试精度。
9.本方案利用光谱技术，实现了可见-红外光谱信息的采集，并将所收集的食物的糖份、卡路里等数字信息传输至本地／云端处理器（307）；样本的光谱数据发送到所述远程服务器并接收响应的对象数据的指令；对象数据可以通过此家用光谱分析仪显示给用户，如图2所示。
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2021
- 2021-10-26 CN CN202111245377.XA patent/CN113933254A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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