CN212780517U - 智能设备荧光污染物检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于染物检测技术领域，涉及一种智能设备荧光污染物检测装置。本实用新型首次提出将荧光污染物检测与智能设备相结合，通过智能设备应用软件控制荧光激发光源照射被测对象并激发有机污染物发出荧光，同步开启智能设备摄像机采集经滤光片滤光后的被测对象图像信息，并对所采集的图像信息进行分析处理得到污染物位置和浓度信息。本实用新型将智能设备运用到对有机污染物的检测中，使用智能设备自带的摄像机对被测对象进行荧光图像的采集，无需配置额外的摄像机，同时利用智能设备强大的数据处理能力来对被测对象图像信息进行实时分析处理，具有成本低、携带方便、时效性高等显著优点，用户可随时随地对污染物进行实时检测。

Description

智能设备荧光污染物检测装置

技术领域

本实用新型属于污染物检测技术领域，结合智能设备可对食品和环境中的有机污染物进行实时便捷的检测。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，越来越多的人开始意识到健康的重要性，由此而来的食品安全和环境卫生问题也逐渐成了人们生活中关注的焦点。在人们的日常生活中，有机污染物是非常常见的一类污染物，例如粪便污染物、有机农药残留污染物以及大肠杆菌O157:H7、沙门氏菌和李斯特菌等致病菌污染物等，它们种类繁多、分布范围广，导致环境卫生遭到破坏、食品中毒屡屡发生以及病毒传播难以控制，严重影响了人们的生活健康。及时发现并清除有机污染物对保障食品安全、环境卫生并降低疾病的传播速度具有极其重要的作用。此外，及时清除食品表面的有机污染物还可以延长食品的保存时间，减少食品供应链中的浪费，进而改善整个生态环境。然而，食物表面和环境中轻微的有机污染物由于肉眼不易察觉而易被忽视。因此，如何快速、高效、便捷地鉴别有机污染物成了人们日常生活中非常关注的问题。

采用色谱分离检测技术鉴别有机污染物是传统的有机污染物检测方法，但是该方法须依赖大型设备，操作复杂、检测时间长，不适合现场检测。此外该方法在检测过程中需要使用有机溶剂，易造成环境二次污染。近年来，人们开始利用显微成像技术和光谱检测技术来检测有机污染物。基于显微成像技术的有机污染物检测方法通过对待测物体进行显微成像观察其表面的污染物载量来确定受污染情况。由于显微镜的视场非常小，为了全面检测被测对象的受污染情况，需要对被测对象进行扫描成像，因此该方法检测速度慢、检测过程繁琐、且设备昂贵复杂。基于光谱检测技术的有机污染物检测包括荧光光谱检测技术、中红外检测技术和拉曼光谱检测技术等。这些技术具有检测速度快、精度高、并且对样品不会产生损伤等优点，是目前该领域研究的热点。然而，这些技术所需的检测设备结构复杂、价格昂贵，因此只适合实验室采样检测。

上述实验室检测设备对普通消费者来说，费时费力且时效性差，因此这些设备完全不适合普通消费者使用。对普通消费者来说，他们迫切希望有一款能方便携带并且具有快速实时检测能力的有机污染物检测设备，方便在购买蔬菜水果等食物时可随时对所挑选的产品进行快速检测分析，在入住酒店时可迅速对所住酒店的卫生状况进行检查等。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出了智能设备荧光污染物检测方法与装置，通过智能设备应用软件控制荧光激发光源模块照射被测对象并激发有机污染物发出荧光，同步开启智能设备摄像机采集经滤光片滤光后的图像信息，并对所采集的图像信息进行分析处理得到污染物信息。针对现有有机污染物检测设备因为费用昂贵和体积笨重导致的检测时效性差、普通消费者适用性极低等问题，本实用新型将智能设备和有机污染物荧光检测技术相结合，具有成本低、携带方便和时效性高等显著优点，用户可随时随地对污染物进行实时检测。

本实用新型提供了一种智能设备荧光污染物检测装置，包括智能设备，其特征在于：包括通信模块、荧光激发光源模块和滤光片；所述智能设备包括智能设备应用软件、智能设备摄像机的镜头和智能设备摄像机的图像传感器，智能设备应用软件用于控制所述荧光激发光源模块发光、控制智能设备摄像机的图像传感器采集被测对象的图像信息以及分析被测对象表面的污染物信息，智能设备摄像机的镜头用于将被测对象成像在智能设备摄像机的图像传感器上，智能设备摄像机的图像传感器用于采集被测对象的图像信息；所述通信模块用于所述智能设备应用软件和荧光激发光源模块之间的指令传输；所述荧光激发光源模块包括荧光激发光源、光源整形镜头、光源驱动电路和供电电源，所述荧光激发光源用于发出对被测对象实现荧光检测的激发光，所述光源整形镜头用于调整荧光激发光的照射区域和光束均匀程度，防止因激发光能量过于扩散而导致的荧光激发效率低以及因激光光源照射不均匀而导致探测响应一致性差的问题；所述滤光片用于滤除所述激发光波段的光信息，避免所述激发光进入智能设备摄像机的图像传感器上而干扰对有用荧光信息的识别。

本实用新型对比已有技术具有以下创新点和显著优点：

1. 本实用新型将智能设备运用到对有机污染物的检测中，使用智能设备自带的摄像机对被测对象进行荧光图像的采集，无需配置额外的摄像机，极大地简化了装置并降低了系统成本，方便用户随身携带；

2. 本实用新型利用智能设备强大的图像拍摄功能和数据处理能力来对有机污染物进行检测，可准确、快速地得到污染物所占据的区域和污染物的浓度信息；

3. 本实用新型利用智能设备强大的可视化表达能力，可将污染物位置信息和浓度信息清晰地显示在智能设备的屏幕上，并加入辅助指示功能，方便用户快速定位污染物位置并采取行动；

4. 本实用新型在智能设备上开发应用软件，精确控制荧光激发光源模块的发光时序，保证其在脉冲工作模式下和智能设备的摄像机拍摄保持同步，可大幅降低系统耗电，增加续航时间；

5. 本实用新型提出利用智能设备的电源模块直接对荧光激发光源模块进行供电，进一步降低了系统的复杂程度、成本，提高了系统便携性；

6. 本实用新型还提出利用检测装置中的供电电源能够来对其他设备进行供电，充当移动电源功能，满足了用户多维的使用需求。

附图说明

图1为本实用新型智能设备荧光污染物检测方法的示意图；

图2为本实用新型智能设备荧光污染物检测装置的示意图；

图3为本实用新型智能设备为智能手机的荧光污染物检测装置的示意图；

图4为本实用新型智能设备为平板电脑的荧光污染物检测装置的示意图

图5为本实用新型基于USB通信的智能设备荧光污染物检测实施例示意图；

图6为本实用新型智能设备荧光污染物检测装置为其他设备供电示意图；

图7为本实用新型发出激发光时对水果表面有机污染物进行检测的结果；

图8为本实用新型不发出激发光时对水果表面有机污染物进行检测的结果；

其中：1-智能设备、2-通信模块、3-荧光激发光源模块、4-滤光片、5-被测对象、6-智能手机、7-发出激发光时被测水果的图像、8-不发出激发光时被测水果的图像、9-水果表面污染物区域、10-平板电脑、101-智能设备应用软件、102-智能设备摄像机、103-智能设备图像传感器、104-智能设备镜头、201-蓝牙通信模块、202-USB通信模块、301-荧光激发光源、302-光源整形镜头、303-光源驱动电路、304-供电电源、305-LED光源、306-锂电池、601-智能手机应用软件、602-智能手机摄像机、603-智能手机图像传感器、604-智能手机镜头、1001-平板电脑应用软件、1002-平板电脑摄像机、1003-平板电脑图像传感器、1004-平板电脑镜头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型将荧光有机污染物检测技术与智能设备进行了完美的结合，可实现对被测对象表面有机污染物的快速实时检测，具有携带方便、成本低的优势，非常适合普通消费者使用。以下通过各实施例对本实用新型的实施进行详细的阐述。

实施例1

本实施例需要解决的问题是检测水果表面是否存在有机污染物所污染以及受污染程度。本实施例所搭建的智能设备荧光污染物检测装置如附图2和3所示，本实施例中所用的智能设备1为智能手机6，此外装置中还用到了通信模块2、荧光激发光源模块3和滤光片4。其中智能手机6包括智能手机应用软件601、智能手机摄像机602的图像传感器603和智能手机摄像机602的镜头604，智能手机应用软件601用于控制荧光激发光源模块3发光和智能手机6摄像机602的图像传感器603采集被测对象5的图像信息以及分析被测对象5表面的污染物信息，智能手机摄像机602的镜头604用于将被测对象5成像在智能手机摄像机602的图像传感器603上，智能手机摄像机602的图像传感器603用于采集被测对象5的图像信息；通信模块2为蓝牙通信模块201，用于传输智能手机应用软件601和荧光激发光源模块3之间的指令，实现智能手机应用软件601和荧光激发光源模块3之间的通信；荧光激发光源模块3包括荧光激发光源301、光源整形镜头302、光源驱动电路303和供电电源304，荧光激发光源301具体使用2个中心波长为450 nm、带宽为10 nm的LED光源305，用于发出对被测对象5实现荧光检测的波长为450 nm、脉冲长度为5 µs的激发光，光源整形镜头302用于调整LED光源305发出的波长为450 nm的激发光的照射区域和光束均匀程度，防止因激发光能量过于扩散而导致的荧光激发效率低以及因激光光源照射不均匀而导致探测响应一致性差的问题，供电电源304采用的是锂电池306；滤光片4用于滤除激发光波段的光信息，可阻断波长小于465 nm的光信息，避免激发光进入智能手机摄像机102的图像传感器103上而干扰对有用荧光信息的识别。如附图1-4所示，该系统具体检测过程如下：

智能手机应用软件601通过蓝牙通信模块201发送发光指令给荧光激发光源模块3；荧光激发光源模块3接收到指令后通过光源驱动电路303驱动LED光源305发射波长为450nm、带宽为10 nm的激发光，经光源整形镜头302聚光后照射被测对象5，被测对象5的图像由滤光片4滤除小于465 nm波段的光信息后由智能手机摄像机602的镜头604成像在智能手机摄像机的图像传感器603上；智能手机应用软件601发送发光指令的同时，同步控制智能手机摄像机602的图像传感器603采集被测对象5的图像信息；智能手机摄像机602的图像传感器603采集完被测对象5的图像信息后，智能手机应用软件601通过蓝牙通信模块201发送停止发光指令给荧光激发光源模块3，荧光激发光源模块3接收到指令后停止发射450 nm激发光，然后对所采集的被测对象5的图像信息进行分析处理后得到被测对象5表面的污染物信息。

本实施例智能手机应用软件601记录开始发射脉冲光的时刻，并设置脉冲长度5 µs，大于智能手机摄像机602的图像传感器603的最小曝光时间4 µs，在发射脉冲光的同一时刻，同步开启智能手机摄像机602拍摄经滤光片4滤光之后的被测对象5的图像信息，这样能够严格保证智能手机摄像机602的图像传感器603在拍摄图像的时候LED光源305处于发光状态，采用发射脉冲光的方式大幅降低系统耗电，增加供电电源304的续航时间。

本实施例智能手机摄像机602分别拍摄荧光激发光源模块3发出450 nm紫光和不发出450 nm紫光时被测对象5的图像；然后，智能手机应用软件601将拍摄的两张图像进行处理后得到被测对象5各位置点对应的荧光强度信息，通过各位置点的荧光强度信息得到污染物所占据的区域和污染物的浓度信息，反映在本实施例中即为水果发生腐烂的位置信息和腐烂的程度信息。通过对如图7所示发出激发光时被测水果的图像7和如图8所示不发出激发光时被测水果的图像8的处理得到水果表面污染物区域9以及受污染的程度。

实施例2

如图4所示，与实施例1不同的是，在该实施例所构建的智能设备荧光污染物检测装置中智能设备1为平板电脑10，平板电脑10包括平板电脑应用软件1001、平板电脑摄像机1002的图像传感器1003和平板电脑摄像机1002的镜头1004，平板电脑应用软件1001控制荧光激发光源模块3发光和平板电脑10摄像机1002的图像传感器1003采集被测对象5的图像信息以及分析被测对象5表面的污染物信息，平板电脑摄像机1002的镜头1004用于将被测对象5成像在平板电脑摄像机1002的图像传感器1003上，平板电脑摄像机1002的图像传感器1003用于采集被测对象5的图像信息。

实施例3

与实施例1不同的是，在该实施例所构建的智能设备荧光污染物检测装置中滤光片4为可调谐滤光片，通过改变可调谐滤光片的光波透过波长，进而改变智能设备摄像机102拍摄的被测对象5的荧光图像。每改变一次波长，对应智能设备摄像机102拍摄一幅被测对象5的荧光图像，进而得到一系列不同波长的被测对象5的荧光光谱图像，根据荧光光谱信息对污染物的种类进行更为精确的判断。

实施例4

与实施例3不同的是，在该实施例所构建的智能设备荧光污染物检测装置中，采用人工智能的算法对智能手机摄像机602所采集的被测对象5的一系列不同波长的被测对象荧光光谱图像进行分析处理，能够更加准确快速的提取污染物类别、分布区域以及浓度等信息。

实施例5

如附图5所示，与实施例1不同的是，在该实施例所构建的智能设备荧光污染物检测装置中智能手机6通过USB通信模块202和荧光激发光源模块3实现通信。智能设备应用软件101通过USB通信模块202发送相关指令给荧光激发光源模块3，本实施例采用USB通信能够提高传输稳定性。

实施例6

与实施例5不同的是，在该实施例所构建的智能设备荧光污染物检测装置的荧光激发光源模块3中不包括锂电池306，本实施例中荧光激发光源模块3由智能设备内部锂电池配置超级电容的方式通过USB数据线直接供电，通过切换充放电开关的通断为荧光激发光源3供电，这样降低了系统的复杂度和成本，使整个系统更加便捷。

实施例7

如附图6所示，与实施例1不同的是，在该实施例所构建的智能设备荧光污染物检测装置的荧光激发光源模块3中的锂电池306通过USB通信模块202给手机、平板电脑等其他电子设备供电，增加了装置的多功能性，在满足检测系统供电需求的同时还能作为移动电源使用，满足用户的多维需求。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本实用新型的适用范围，本实用新型的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本实用新型权利要求基础上的改动都是本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.智能设备荧光污染物检测装置，包括智能设备，其特征在于：包括通信模块、荧光激发光源模块和滤光片；所述智能设备为智能手机、平板电脑中的一种，所述智能设备包括智能设备应用软件、智能设备摄像机的镜头和智能设备摄像机的图像传感器，所述智能设备应用软件用于控制所述荧光激发光源模块发光、控制所述智能设备摄像机的图像传感器采集被测对象的图像信息以及分析被测对象表面的污染物信息，所述智能设备摄像机的镜头用于将被测对象成像在所述智能设备摄像机的图像传感器上，所述智能设备摄像机的图像传感器用于采集被测对象的图像信息；所述通信模块用于所述智能设备应用软件和所述荧光激发光源模块之间的指令传输；所述荧光激发光源模块包括荧光激发光源、光源整形镜头、光源驱动电路和供电电源，利用外接电源对所述供电电源进行充电，所述荧光激发光源用于发出对被测对象实现荧光检测的激发光，所述光源整形镜头用于调整荧光激发光的照射区域和光束均匀程度，防止因激发光能量过于扩散而导致的荧光激发效率低以及因激光光源照射不均匀而导致探测响应一致性差的问题；所述滤光片用于滤除所述激发光的光信息，避免所述激发光进入所述智能设备摄像机的图像传感器上而干扰对有用荧光信息的识别。

2.根据权利要求1所述的智能设备荧光污染物检测装置，其特征在于：所述滤光片为可调谐滤光片，通过改变所述可调谐滤光片的光波透过波长并结合所述荧光激发光源模块和所述智能设备摄像机拍摄得到一系列不同波长的被测对象荧光光谱图像，进而对污染物的种类进行更为精确的判断。

3.根据权利要求1所述的智能设备荧光污染物检测装置，其特征在于：所述通信模块为无线通信模块。

4.根据权利要求1所述的智能设备荧光污染物检测装置，其特征在于：将所述荧光激发光源模块的供电电源去掉，由智能设备供电电源直接对荧光激发光源模块进行供电。

5.根据权利要求1所述的智能设备荧光污染物检测装置，其特征在于：使用所述荧光激发光源模块中的供电电源来对外进行供电，为其他设备提供充电电源。

Images