一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置及方法，根据目标物质以及可能与其共存的其它物质之间吸收波长的区别，使用一种或者多种不同波长或波段的光源，并搭配用于滤除不必要波段光线的滤镜；测量前，关闭镜头盖，将所有光源对参照物涂层进行一次或多次的感光拍摄，形成基础的噪音归零参照数据；移除镜头盖，将被测物质放入壳体内传感器的滤镜前端，所有光源依次对被测物质进行照射，传感器接收每一个光源在被测物质上的反射波并形成图像数据；云端服务器接收图像数据并进行物质分析。本发明专利技术解决了现有光谱分析设备对光谱区间要求分布广泛，需要高等级的光源、传感器和软件导致设备价格高不利于推广使用的技术问题。

A Device and Method for Material Analysis Using Electromagnetic Reflection Imaging Map

The invention discloses a device and a method for material analysis by using electromagnetic reflection image. According to the difference of absorption wavelength between the target material and other substances that may coexist with it, one or more light sources of different wavelengths or bands are used, together with filters for filtering unnecessary band light; before measurement, the lens cap is closed and all light sources are applied to the reference object. The coating takes one or more photosensitive photographs to form the basic noise zero reference data; removes the lens cap and puts the measured substance into the front end of the filter of the sensor in the shell. All light sources irradiate the measured substance in turn. The sensor receives the reflected wave of each light source on the measured substance and forms image data; the cloud server receives image data and carries out material analysis. \u3002 The invention solves the technical problem that the existing spectral analysis equipment requires a wide distribution of spectral intervals and needs high-level light sources, sensors and software, which leads to high equipment prices and is not conducive to popularization and use.

【技术实现步骤摘要】
一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置及方法
本专利技术涉及物质分析领域，尤其涉及一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置及方法。
技术介绍
在医学、刑侦、科研、食品、农业以及日常使用等领域中,都存在对不同物质的定性和定量分析的需求，其中光谱分析是很常用的方法之一，通过使用不同波长的电磁波，尤其是通过紫外线，可见光，或者近红外光波段的反射或者激发光谱分析，可以确定物质种类。现有的光谱分析技术核心原理是在尽可能的波区间内长通过记录每个不同波长时物质对该波长的吸收率来绘制目标物质的曲线光学图谱，通过提取峰值特征点和数据库信息进行对比，来进行物质分析。不同的物质存在不同的波峰和光谱曲线形状，因此通过对比数据库模型，可以对物质进行定性。常见的光源和传感器的物理全宽半高(FWHM)区间在10nm左右,对应图像中约为130/cm,若直接使用可见解析度极差,因此需要复杂的元件和软件方法补偿，导致整体设备昂贵庞大。由于对光谱区间要求尽可能分布广泛,其所采用的光源价格昂贵,比如在近红外线区间里,传统光谱仪必须采用特殊光源诸如钨卤素灯产生900-2500nm以上的波段分布才能有效形成上述图谱，其他廉价而小型的光源比如LED灯由于波段太窄,无法被传统设备应用。在传感器上，传统方法对于传感器检测的波段范围的要求很高，导致常用的廉价传感器无法被使用，比如炭基传感器（CCD）的采样范围只能向上检测到1100nm的红外线波段,约等于9100/cm,无法用于上述图谱的绘制，必须采用少见的铟镓砷（InGaSn）传感器等，其复杂度和价格往往是前者的上千倍。另外受到设计原理的影响，必须采用分光设计，较为廉价的方案包括使用基于MEMES的傅立叶滤片进行分光分时的方法，但是系统间误差大，对于传统方式精度和解析度至上的要求来说是致命的缺陷，其余的高端分光系统则生产复杂价格昂贵，比如LVF线性渐变滤光片，需要通过各种化合物进行数十上百层镀膜，价格是前者的数百倍。目前市场上使用的设备分析方法皆为尽可能创建完整的对应物质的光谱图，并通过提高全图谱的分辨率，来对物质进行定性分析，这种方法虽然具有广谱适应性，可以检测和区别成千上万种物质，但是设备体积庞大，价格昂贵，绝大多数设备在数十万到数百万人民币，不适合作为初筛设备在第一线被大量使用。
技术实现思路
为了解决现有光谱分析设备对光谱区间要求分布广泛，需要高等级的光源、传感器和软件导致设备价格高不利于推广使用的技术问题，本专利技术提出了一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置及方法。本专利技术采用如下技术方案：一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置，包括壳体、传感器、光源、控制模块和通讯模块，所述壳体由不透光阻磁材料制成，所述壳体的前端包括可打开的镜头盖，所述镜头盖的材质与壳体相同，所述镜头盖对应壳体内一侧涂有一层参照物涂层，所述参照物涂层用于系统归零使用，所述传感器安装于所述壳体内部，所述传感器用于采集所需电磁波波段范围内的电磁波信号，所述光源安装在所述传感器周边，所述控制模块用于控制光源输出光线、传感器采集反射波段，所述通讯模块用于接收传感器数据并发送到云端服务器中，所述云端服务器用于将传感器采集的图像数据进行分析和输出。作为优选，所述光源的数量为复数个，所述复数个光源用于发射不同波段或波长的光线。作为优选，所述传感器信号接收端和光源的发射端还设置有滤镜，所述滤镜用于过滤多余的电磁波波段。作为优选，所述传感器、光源、控制模块、通讯模块还连接有供电模块。作为优选，所述控制模块、通讯模块、供电模块位于壳体外。一种使用上述装置进行物质分析的方法，所述方法的步骤如下：根据目标物质以及可能与其共存的其它物质之间吸收波长的区别，使用一种或者多种不同波长或波段的光源，并搭配用于滤除不必要波段光线的滤镜；测量前，关闭镜头盖，将所有光源对参照物涂层进行一次或多次的感光拍摄，形成基础的噪音归零参照数据；移除镜头盖，将被测物质放入壳体内传感器的滤镜前端，所有光源依次对被测物质进行照射，传感器接收每一个光源在被测物质上的反射波并形成图像数据；云端服务器接收图像数据并进行物质分析。作为优选，所述云端服务器进行物质分析的步骤如下：预先将被测物质的纯净样本，以及被测物质和其他可能存在的混合物以不同比例和方式混合的各种样本，分别进行多次测试，形成基础数据库存储于云端服务器中；云端服务器将传感器收集的图像数据以像素为单位进行区域分割，云端服务器将分割后的图像数据与基础数据进行比对；将不同波段下整体图像反射率、单位区域反射率与基础数据对比，确定相似度最高的基础数据对被测物质进行定性分析；通过整体图像反射率、形成反射的单位区域数量与基础数据对比得到被测物质的定量分析。作为优选，通过整体图像形成反射的区域位置还可以对被测物质进行简单定位。本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的使用电磁波反射的成像图对已知物质的定性和定量分析设备及方法,是针对特定一种或者几种已知物质所使用的，利用不同物质对特定波长的电磁波吸收程度的差别所得到反射成像图，配合计算方法，对未知物质进行定性定量分析的方法，也可在几种物质的混合物中对特定物质进行定性定量分析，并可以通过快速更换光源或者滤镜，迅速改装成适用于其他物质的设备，具备了殊途同归的广谱特性。附图说明图1是本专利技术展示的典型红外波段的光谱图；图2是本专利技术装置的结构示意图；图3是本专利技术装置的控制示意图；图4是本专利技术使用物质分析装置的流程示意图；图5是本专利技术进行物质分析的流程示意图；图6是本专利技术实施例中盐酸可卡因的紫外线吸收率曲线图；图7是本专利技术实施例中芬太尼柠檬酸盐的紫外线吸收率曲线图；图8是本专利技术实施例中盐酸可卡因、芬太尼柠檬酸盐混合物的不同波段紫外线成像图。图1-8中：1、壳体，2、光源，3、滤镜，4、参照物涂层，5、传感器，6、镜头盖，7、控制模块，8、通讯模块，9、供电模块，10、云端服务器。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的具体描述：实施例：现有的光谱分析技术核心原理是在尽可能的波区间内长通过记录每个不同波长时物质对该波长的吸收率来绘制目标物质的曲线光学图谱，通过提取峰值特征点和数据库信息进行对比，来进行物质分析，如附图1所示，是一个典型的红外波段的光谱图，横坐标是厘米波数(1/cm)，纵坐标是吸收/反射率，不同的物质存在不同的波峰和光谱曲线形状，因此通过对比数据库模型，可以对物质进行定性。常见的光源和传感器的物理全宽半高(FWHM)区间在10nm左右,对应图像中约为130/cm,若直接使用可见解析度极差,因此需要复杂的元件和软件方法补偿，导致整体设备昂贵庞大。由于对光谱区间要求尽可能分布广泛,其所采用的光源价格昂贵,比如在近红外线区间里,传统光谱仪必须采用特殊光源诸如钨卤素灯产生900-2500nm以上的波段分布才能有效形成上述图谱，其他廉价而小型的光源比如LED灯由于波段太窄,无法被传统设备应用，本专利技术中阐述的实施例是根据物质吸收紫外线能力的不同进行物质分析，也不排除使用可见光、红外线、微波等各种电磁波波段进行物质分析。如附图2-3所示为一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置和该装置的控制示意图，包括壳体1、传感器5、光源2、控制模块7和通讯模块8，所述壳体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置，包括壳体、传感器、光源、控制模块和通讯模块，其特征是，所述壳体由不透光阻磁材料制成，所述壳体的前端包括可打开的镜头盖，所述镜头盖的材质与壳体相同，所述镜头盖对应壳体内一侧涂有一层参照物涂层，所述参照物涂层用于系统归零使用，所述传感器安装于所述壳体内部，所述传感器用于采集所需电磁波波段范围内的电磁波信号，所述光源安装在所述传感器周边，所述控制模块用于控制光源输出光线、传感器采集反射波段，所述通讯模块用于接收传感器数据并发送到云端服务器中，所述云端服务器用于将传感器采集的图像数据进行分析和输出。

【技术特征摘要】
1.一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置，包括壳体、传感器、光源、控制模块和通讯模块，其特征是，所述壳体由不透光阻磁材料制成，所述壳体的前端包括可打开的镜头盖，所述镜头盖的材质与壳体相同，所述镜头盖对应壳体内一侧涂有一层参照物涂层，所述参照物涂层用于系统归零使用，所述传感器安装于所述壳体内部，所述传感器用于采集所需电磁波波段范围内的电磁波信号，所述光源安装在所述传感器周边，所述控制模块用于控制光源输出光线、传感器采集反射波段，所述通讯模块用于接收传感器数据并发送到云端服务器中，所述云端服务器用于将传感器采集的图像数据进行分析和输出。2.根据权利要求1所述的一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置，其特征是，所述光源的数量为复数个，所述复数个光源用于发射不同波段或波长的光线。3.根据权利要求1所述的一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置，其特征是，所述传感器信号接收端和光源的发射端还设置有滤镜，所述滤镜用于过滤多余的电磁波波段。4.根据权利要求1所述的一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置，其特征是，所述传感器、光源、控制模块、通讯模块还连接有供电模块。5.根据权利要求1或4所述的一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置，其特征是，所述控制模块、通讯模块、供电模块均位于壳体外。6.一种使用上述装...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文佳，
申请(专利权)人：黄文佳，
类型：发明
国别省市：浙江,33