CN114813559A - 一种多维度的电化学信息与多光谱信息结合测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多维度的电化学信息与多光谱信息结合测量方法，其中，所述测量方法包括：获取被测物的表面形貌信息；根据所述表面形貌信息，确定所述电极阵列在被测物内部的探测面，其中，所述探测面与所述被测物的表面的距离为预设的深度值；根据在预设的深度值下的所述电极阵列，确定所述被测物的电化学信息；同时通过预设深度值测量多光谱信息；本发明提供一种在不同温度条件下，可精确控制探测深度的电化学和多光谱信息测量方法。

Description

一种多维度的电化学信息与多光谱信息结合测量方法
技术领域
本发明属于物质检测技术领域，具体涉及一种多维度的电化学信息与多光谱信息结合测量方法。
背景技术
电化学信息成像是通过被测物体内部的电化学信息分布生成图像的技术。在医学上，与计算机断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)相比，电化学信息成像价格更低，且对人体几乎没有损害，因此在医学上有广阔的应用前景。电化学信息成像由于有实时性、快速的特点，还可以用于食品检测、动物组织检测、工业零件检测、材料化学成分检测等多种场景下的现场测量。
光谱测量是通过不同波长的光在物体内散射、吸收的强度来测量被测物体的某些性质，如官能团结构、化学元素含量等的一种测量方法，在农业、天文、汽车、生物、化学、镀膜、色度计量、环境检测、薄膜工业、食品等领域都有广阔的应用。
但是，现有的电化学信息成像或光谱测量等方法并没有在不同温度下，精确控制探测深度的测量方法。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种在不同温度下、可精确控制探测深度的电化学信息测量与多光谱信息测量方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
根据本发明实施例的一个方面，提供一种电化学信息测量方法，应用于一电子设备，所述电子设备包括电极阵列，所述测量方法包括：
获取被测物的表面形貌信息；
根据所述表面形貌信息，确定所述电极阵列在被测物内部的探测面，其中，所述探测面与所述被测物的表面的距离为预设的深度值；
根据在预设的深度值下的所述电极阵列，确定所述被测物的电化学信息；
根据在预设的深度值下的激光发射与接收光路，确定所述被测物的多光谱信息。
在本发明的一些实施例中，所述获取被测物的表面形貌信息，包括：通过激光测距获取被测物的表面形貌信息。
在本发明的一些实施例中，所述确定所述被测物的电化学信息，包括：通过注入电流电阻抗成像方法或感应电流电阻抗成像方法确定所述被测物的电化学信息。
在本发明的一些实施例中，所述电极阵列包括激励电极和探测电极；所述通过注入电流电阻抗成像方法确定所述被测物的电化学信息，包括：
对所述激励电极施加激励电信号；
在所述探测电极测量被测物时，获取对所述激励电信号的响应信号；
根据所述激励电信号与所述响应信号，得到被测物的电化学信息图像。
在本发明的一些实施例中，所述感应电流电阻抗成像方法确定所述被测物的电化学信息，包括：
预先在所述被测物的表面放置线圈；
在所述线圈通入交变电流，所述电极阵列的探针测量所述被测物的涡流信号；
根据所述涡流信号得到被测物的电化学信息图像。
在本发明的一些实施例中，所述多光谱信息测量方法包括拉曼光谱测量方法；其中，所述多光谱测量方法包括：
预先设置激光源，其中，所述激光源的发射波长根据实际需要决定；
聚光光路将所述激光源发射的光聚焦在被测物表面或内部；
收集光路从各个角度收集散射光；
光谱仪根据不同波长，将所述散射光在空间中分开，经过滤波后探测光的强度，绘制光谱图。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种电化学信息测量装置，所述测量装置包括：
获取装置，被配置为获取被测物的表面形貌信息；
探测面确定装置，被配置为根据所述表面形貌信息，确定所述电极阵列在被测物内部的探测面，其中，所述探测面与所述被测物的表面的距离为预设的深度值；
电化学信息确定装置，被配置为根据在预设的深度值下的所述电极阵列，确定所述被测物的电化学信息。
多通道多光谱信息确定装置，被配置为在确定所述被测物的电化学信息的同时，通过预设的多光谱信息测量方法对所述被测物进行光谱测量。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如以上技术方案中的测量方法。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行如以上技术方案中的测量方法。
由上述技术方案可知，本发明至少具有如下有益效果：
在本发明实施例提供的技术方案中，通过获取被测物的表面形貌信息，确定所述电极阵列在被测物内部的探测面，由于探测面与所述被测物的表面的距离为预设的深度值，因此，可控制电极阵列中的所有电极插入被测物的深度相同，更精确地得到被测物的电化学信息，并且，可以通过预设深度值测量物体的多光谱信息，并且所述电化学信息与多光谱信息结合测量方法可以在不同的温度下工作，得到不同温度下被测物体的电化学信息与多光谱信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电化学信息测量方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的激光测距获取被测物的表面形貌信息的示意图；
图3为本发明实施例提供的电极阵列和电极控制器的示意图；
图4为本发明实施例提供的在注入电流电阻抗成像模式下的示意图；
图5为本发明实施例提供的在感应电流电阻抗成像模式下的示意图；
图6为本发明实施例提供的拉曼光谱成像示意图；
图7为本发明实施例提供的电化学信息测量装置的结构框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
电化学信息成像中，距离被测物的表面同一深度的电化学信息更有意义，但是现有的电化学信息成像没有精确控制探测深度的方法。
本发明实施例提供的一种电化学信息测量方法，应用于一电子设备，电子设备包括电极阵列，电子设备可以包括桌面计算机、笔记本电脑、智能型手机、个人数字助理(PDA)、平板计算机或任何其他具有显示屏幕的装置。
请参阅图1，本发明实施例提供的电化学信息测量方法，包括步骤S10、S20、S30和S40，其中：
在步骤S10中，获取被测物的表面形貌信息。
在一实施例中，通过激光测距获取被测物的表面形貌信息。电子设备包括测距激光阵列，测距激光阵列中的每一激光点都包含激光源和探测器，激光源之间的距离足够小，激光源发射的光斑也足够小，以保证被测物的表面形貌的测量分辨率。
如图2所示，每一激光源的发射方向与被测物的表面垂直。探测器接收到激光源出射的光照射到被测物体表面后反射的光，激光源的强度可以进行调制，并且通过强度测量识别激光源出射的光信号与噪声光信号，通过激光强度的相位变化得到每一激光源距离被测物体表面的距离，即得到被测物的表面形貌。
在步骤S20中，根据所述表面形貌信息，确定所述电极阵列在被测物内部的探测面，其中，所述探测面与所述被测物的表面的距离为预设的深度值。由于在步骤S10中，已经获取了被测物的表面形貌，因此，只需加载电极阵列插入被测物的预设深度值，即可确定电极阵列在被测物内部的探测面。由于被测物可以是食品、动物组织、工业零件等，预设深度值由被测物的特性决定。
在步骤S30中，根据在预设的深度值下的所述电极阵列，确定所述被测物的电化学信息。
如图3所示，电子设备包括电极阵列和电极控制器，电极控制器控制每个电极接入激励或探测，成为激励电极或探测电极；电极控制器还可以控制每个探针上的电极插入被测物的深度。在一实施方式中，通过注入电流电阻抗成像方法(applied currentelectrical impedance tomography，ACEIT)或感应电流电阻抗成像方法(inducedcurrent electrical impedance tomography，ICEIT)确定所述被测物的电化学信息，其中，电化学信息包括电阻率和/或电导率。
在一实施方式中，所述电极阵列包括激励电极和探测电极；所述通过注入电流电阻抗成像方法确定所述被测物的电化学信息，包括：对所述激励电极施加激励电信号；在所述探测电极测量被测物时，获取对所述激励电信号的响应信号；根据所述激励电信号与所述响应信号，得到被测物的电化学信息分布。
具体的，在注入电流电阻抗成像的模式下，如图3和图4所示，电极控制器控制每个电极(图3中的实线或虚线)接入激励或探测，电极阵列中的电极成为激励电极或探测电极。激励电极驱动对所有接入激励的电极进行控制，使得激励电极可以有不同的激励模式。电极控制器可以令一部分电极作为激励电极可以控制产生强度、频率、相位可调的激励信号，另一部分电极作为探测电极，探测电极采集在激励下被测物内部的响应信号，经过处理得到被测物体内部的电化学信息。
在一实施方式中，所述感应电流电阻抗成像方法确定所述被测物的电化学信息，包括：预先在所述被测物的表面放置线圈；在所述线圈通入交变电流，所述电极阵列的探针测量所述被测物的涡流信号；根据所述涡流信号得到被测物的电化学信息分布。
具体的，如图3和图5所示，在感应电流电阻抗成像模式下，电极控制器控制所有电极或部分电极作为探测电极。在被测物的表面放置通入交变电流的线圈，交变电流线圈内产生的磁场在被测物的内部感应出涡流，通过探测电极测量被测物体内部的涡流信息得到被测物体内部的电化学信息。
在步骤S40中，在确定所述被测物的电化学信息的同时，还可以进行多光谱信息测量。其中，多光谱信息包括拉曼光谱、共振吸收谱等。
在一实施方式中，多光谱信息测量方法包括拉曼光谱测量方法；其中，所述拉曼光谱测量方法包括：预先设置激光源，其中，所述激光源的发射波长根据被测物相适应；聚光光路将所述激光源发射的光聚焦在被测物表面或内部；收集光路从各个角度收集散射光；光谱仪根据不同波长，将所述散射光在空间中分开，经过滤波后探测光的强度，绘制拉曼光谱图。
具体的，拉曼光谱是一种散射光谱。光通过透明介质，被分子散射后散射光的频率改变的现象就是拉曼散射。散射光频率与入射光相同的叫瑞利散射，频率对称分布在入射频率υ0两侧的谱线υ0±υ1称为拉曼散射。频率较小的是斯托克斯散射，频率较大的是反斯托克斯散射。靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。小拉曼光谱与分子的转动能级有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0-υ1的光子，同时分子从低能态跃迁到高能态(斯托克斯散射)；分子释放频率为υ0的光子，发射υ0+υ1的光子，同时分子从高能态跃迁到低能态(反斯托克斯散射)。拉曼光谱在物理、化学、医学研究中对于材料成分的现场表征有很大的应用价值。
在一实施方式中，拉曼光谱测量包含下列步骤：提供激光源、聚光光路、收集光路和光谱仪。激光源可以与激光测距部分所用激光源不同，其可以根据被测物的不同选择合适的发射波长。聚光光路把激光源发射的光聚焦在被测物体表面或内部，收集光路从各个角度收集散射光，光谱仪把散射光根据不同波长在空间中分开，经过滤波后探测其强度，绘制拉曼光谱图。如图6所示的拉曼光谱成像示意图，多光谱光源发射合适波长的光到入射光纤，再由散射光光纤收集散射光进入多通道分光光谱仪滤波、放大后测量光谱。每一组电极上都连接光纤，光纤随探针刺入被测物体内部。在确定被测物的电化学信息的同时，通过预设的多通道多光谱信息测量方法对所述被测物进行测量，提供电化学和光谱信息同步测量，方法更精确。
接下来结合具体实施过程对本实施例做进一步说明：
以被测物为肉块作为例子，把肉类放置于如图2所示的激光阵列下方，通过激光阵列照射肉块的表面，再接收反射回的激光信号之间的时间差，得到肉类每个位置的表面形貌信息。
当需要测量肉块距离表面某一深度的电化学信息时，就可以通过已知的表面形貌信息控制电极插入的深度，特定测量某一深度下的表面形貌信息。当决定了要测量的电化学信息后，可以通过电极控制器控制电极为激励电极或探测电极。
如果进行注入电流电阻抗成像，则需要对激励电极和探测电极作好设计，一部分电极为激励电极，一部分为探测电极，激励电极产生特定的信号，探测电极探测肉块对激励信号的响应，以确定肉块的电化学信息，如图4所示；如果进行感应电流电阻抗成像，那么只需要把所有电极都设计为探测电极，然后把线圈放在肉块另一面激发感应电流，用探测电极探测肉块内部产生的感应电流信号，以确定肉块的电化学信息，如图5所示；通过预设拉曼光谱测量方法对所述被测物进行同步测量，如图6所示。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种电化学信息测量装置100，如图7所示，所述测量装置100包括：
获取装置110，被配置为获取被测物的表面形貌信息；
探测面确定装置120，被配置为根据所述表面形貌信息，确定所述电极阵列在被测物内部的探测面，其中，所述探测面与所述被测物的表面的距离为预设的深度值；
电化学信息确定装置130，被配置为根据在预设的深度值下的所述电极阵列，确定所述被测物的电化学信息；
多通道多光谱信息确定装置140，被配置为在确定所述被测物的电化学信息，同时通过预设的多通道多光谱信息测量方法对所述被测物进行光谱测量。
本发明中的实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器与存储器。存储器用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时实现本发明实施例提供的任一项电化学信息测量方法。
应当理解的是，处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多维度的电化学信息与多光谱信息结合测量方法，其特征在于，所述电化学信息测量方法在不同温度下，对被测物不同深度进行电化学信息和多光谱信息测量，应用于一电子设备，所述电子设备包括电极阵列，所述测量方法包括：
获取被测物的表面形貌信息；
根据所述表面形貌信息，确定所述电极阵列在被测物内部的探测面，其中，所述探测面与所述被测物的表面的距离为预设的深度值；
根据在预设的深度值下的所述电极阵列，确定所述被测物的电化学信息；
根据在预设深度值下的所述光路，确定所述被测物的多光谱信息。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述获取被测物的表面形貌信息，包括：通过激光测距获取被测物的表面形貌信息。
3.根据权利要求1所述的电化学信息测量方法与多光谱信息测量方法的结合可以测量不同温度下被测物体的电化学信息和多光谱信息。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：确定所述被测物的电化学信息，包括：
通过注入电流电阻抗成像方法或感应电流电阻抗成像方法确定所述被测物的电化学信息。
5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：所述电极阵列包括激励电极和探测电极；所述通过注入电流电阻抗成像方法确定所述被测物的电化学信息，包括：
对所述激励电极施加激励电信号；
在所述探测电极测量被测物时，获取对所述激励电信号的响应信号；
根据所述激励电信号与所述响应信号，得到被测物的电化学信息图像。
6.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：所述感应电流电阻抗成像方法确定所述被测物的电化学信息，包括：
预先在所述被测物的表面放置线圈；
在所述线圈通入交变电流，所述电极阵列的探针测量所述被测物的涡流信号；
根据所述涡流信号得到被测物的电化学信息图像。
7.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述多光谱信息测量方法包括：
预先设置激光源，其中，所述激光源的发射波长根据实际用途决定；
聚光光路将所述激光源发射的光聚焦在被测物表面或内部；
收集光路从各个角度收集散射光；
光谱仪根据不同波长，将所述散射光在空间中分开，经过滤波后探测光的强度，绘制光谱图。
8.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：可以在不同温度下测量被测物体的电化学信息与多光谱信息。
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