一种智能拉曼光谱分析设备的制作方法

1.本技术属于检测设备技术领域，更具体地说，是涉及一种智能拉曼光谱分析设备。


背景技术：

2.目前，对于食品安全的检测，例如蔬菜的农药残留分析，主要还是使用传统的ccd(charge coupled device，电荷耦合器件)分光度、试纸色谱和化学的分析方法检测，这些检测方式需要进行采集样品、制作样品、分析样品的复杂过程，而且每一个过程中的不当处理，都会产生误差；同时，这些检测方式也比较耗费时间，最快也需要15分钟才能得出检测结果。而对其他液态食品的检测，例如对牛奶、饮用水等的检测就需要更专业昂贵的设备。在日常家庭生活中，由于高昂的设备费用和专业检测费用，对于牛奶是否变质、饮用水是否被污染，就只能请专业的团队进行检测，而无法进行家庭日常检测。在目前常见物品检测方式中，由于拉曼光谱的检测分析方法具有无需样品制备与前期处理、操作简便、测定时间短以及灵敏度高等优点，故也可用于上述食品饮用水等的检测。然而，现有的拉曼光谱检测分析设备由于体积较大，还需要连接专用的数据分析以及显示设备，故仅适用于例如实验室等特殊场合。因此，开发一种日常家庭也能实时对食品饮用水等进行检测且使用方便的家用检测设备就成了急需解决的问题。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种智能拉曼光谱分析设备，以解决现有技术中存在的拉曼光谱分析设备体积较大且检测不够便捷的技术问题。
4.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种智能拉曼光谱分析设备，用于对待检测物体进行拉曼光谱检测，智能拉曼光谱分析设备包括：
5.壳体，壳体具有安装腔、位于朝向待检测物体的一侧的检测端、与检测端相对并供握持的握持端以及设于壳体上的显示面；
6.拉曼检测模组，内置在安装腔中，拉曼检测模组包括均显露于检测端的激光探头和拉曼散射收集器；
7.测距模组，内置在安装腔中，并显露于检测端；
8.显示模组，包括显示屏，显示屏设于显示面上；以及，
9.控制模组，内置在安装腔中，控制模组包括主控板以及与主控板电连接的通信模块，主控板均分别与拉曼检测模组、测距模组以及显示模组电连接，通信模块与外界的云端服务器通信连接。
10.可选地，拉曼检测模组、测距模组均位于安装腔中邻近检测端一侧的区域，显示屏位于显示面上远离检测端的另一侧区域。
11.可选地，检测端具有与显示面邻接的检测端面，检测端面上设有间隔分布的第一通孔、第二通孔以及第三通孔；第一通孔用于显露激光探头，第二通孔用于显露拉曼散射收集器，第三通孔用于显露测距模组。
12.可选地，拉曼检测模组还包括激光发射源和拉曼散射处理器；激光发射源与激光探头连接，并位于激光探头远离第一通孔的后侧；拉曼散射处理器与拉曼散射收集器电连接，并位于拉曼散射收集器远离第二通孔的后侧。
13.可选地，测距模组包括激光测距器，激光测距器包括显露于检测端的接收端口。
14.可选地，控制模组包括还包括设于主控板上的存储模块，存储模块分别与测距模组以及拉曼检测模组电连接；
15.通信模块包括无线收发端，无线收发端用于将主控板传输至通信模块的信息通过无线网络传输至云端服务器，以及接收云端服务器的回传信息。
16.可选地，在安装腔中，于显示屏的下方设有电源装置，控制模组位于拉曼检测模组和电源装置之间。
17.可选地，智能拉曼光谱分析设备还包括内置在壳体中的测温装置，测温装置包括光学镜头和红外探测器，光学镜头显露于检测端，红外探测器设于光学镜头的远离检测端的后方。
18.可选地，智能拉曼光谱分析设备具有测距状态、测温状态、距离拉曼检测状态；
19.在测距状态，测距模组开启并用于将测得的距离数据传输至控制模组；
20.在测温状态，测温装置开启并用于将测得的温度数据传输至控制模组；
21.在拉曼光谱检测状态，拉曼检测模组开启并用于将测得的拉曼光谱数据传输至控制模组；
22.在距离拉曼检测状态，测距模组用于测得与内存在控制模组中的标准数据一致的最佳检测距离，显示模组用于提示智能拉曼光谱分析设备处于最佳检测距离，拉曼检测模组用于在测距模组测得最佳检测距离后，且智能拉曼光谱分析设备处于最佳检测距离时，拉曼检测模组开启并将测得的拉曼光谱数据传输至控制模组。
23.可选地，智能拉曼光谱分析设备还包括放大镜，放大镜设于壳体远离检测端的另一端。
24.本技术提供的智能拉曼光谱分析设备的有益效果在于：与现有技术相比，由于本智能拉曼光谱分析设备的壳体包括检测端、握持端以及显示面，拉曼检测模组、测距模组均内置在壳体的安装腔中并通过检测端显露，故在实际使用时，使用者首先握持在壳体的握持端，并将检测端对准待检测物品；然后，启动本设备并选择对应的检测项目，例如蔬菜农药检测、水果检测、牛奶检测、饮用水检测、尿液检测等，选择好检测项目后，测距模组在控制模组的控制下启动并开始不间断地测量本设备与待检测物品的距离；然后，持有本设备从远到近慢慢移动设备，当移动至最佳检测距离时，显示屏上会出现相关提示，以使得使用者握持本设备保持在当前距离；然后，在此最佳检测距离时，控制模组会控制测距模组关闭，并同时控制拉曼检测模组开启，以使激光探头发射出的探测激光照射在待检测物品上，拉曼散射收集器再收集物品反射的拉曼散射信号；这些信号经过相关转换后传输至主控板，然后通过通信模块经通信网络发送至外界的云端服务器；最后，经过云端服务器处理好的检测信息会回传至通信模块，并通过显示屏显示出来，如此，使用者就能很方便的获取到物品的检测信息。由上述检测过程可知，由于信息的专业处理可通过云端服务器完成，故相较于直接集成设置有计算主机的常规拉曼光谱分析仪，本智能拉曼光谱分析设备体积更小，这样，使用者就可手持本智能拉曼光谱分析设备进行拉曼检测，而且检测准确、操作简
便，更加适合日常家庭使用。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术一实施例提供的智能拉曼光谱分析设备的结构示意图；
27.图2为本技术一实施例提供的智能拉曼光谱分析设备的俯视透视图；
28.图3为本技术另一实施例提供的智能拉曼光谱分析设备的结构示意图；
29.图4为本技术另一实施例提供的智能拉曼光谱分析设备的俯视透视图；
30.图5为本技术又一实施例提供的智能拉曼光谱分析设备的功能模块示意图。
31.附图标号说明：
[0032][0033]
具体实施方式
[0034]
为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅
用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0035]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0036]
还需要说明的是，本技术实施例中的左、右、上和下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
[0037]
下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0038]
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0039]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0040]
在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0041]
本技术实施例提供一种智能拉曼光谱分析设备。
[0042]
请参阅图1至图3以及图5，在一实施例中，智能拉曼光谱分析设备包括壳体100、拉曼检测模组200、测距模组300、显示模组以及控制模组500。具体地，壳体100具有安装腔110、位于朝向待检测物体的一侧的检测端120、与检测端120相对并供握持的握持端130以及设于壳体100上的显示面140；拉曼检测模组200内置在安装腔110中，拉曼检测模组200包括均显露于检测端120的激光探头210和拉曼散射收集器220；测距模组300内置在安装腔110中，并显露于检测端120；显示模组包括显示屏410，显示屏410设于显示面140上；控制模组500内置在安装腔110中，控制模组500包括主控板510以及与主控板510电连接的通信模块520，主控板510均分别与拉曼检测模组200、测距模组300以及显示模组电连接，通信模块520与外界的云端服务器900通信连接。
[0043]
在此需说明的是，本智能拉曼光谱分析设备用于对待检测物体进行拉曼光谱检测，主要适用于家庭日常使用，待检测物品可以是固态的也可以是液态的，例如但不限于蔬菜、水果、牛奶、饮用水等。当然，本智能拉曼光谱分析设备也可以用于对检测条件合适的动植物或物品等进行检测，例如但不限于，使用本智能拉曼光谱分析设备对皮肤等进行检测，进而获取相关的检测信息用于状态或疾病的判断。智能拉曼光谱分析是根据拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法，且为获得较好的检测效果，对于不同材质的待检测物品，实际
上是有不同的拉曼检测距离的，而测距模组300可通过实时的距离检测而获得最佳检测距离。在此特别说明，本智能拉曼光谱分析设备中使用的拉曼检测模组200为一种微型化的检测模组，由于该拉曼检测模组中的微型光谱仪器件将带隙渐变纳米材料应用于光谱探测，可在单根纳米线上实现组分和带隙的调控，故本拉曼检测模组就能做得很小，适于安装在各种小型的物件中，例如但不限于，本实施例中的智能拉曼光谱分析设备就仅仅类似普通遥控器大小。
[0044]
基于此结构设计，在本实施例中，由于本智能拉曼光谱分析设备的壳体100包括检测端120、握持端130以及显示面140，拉曼检测模组200和测距模组300均内置在壳体100的安装腔110中并通过检测端120显露，故在实际使用时，使用者首先握持在壳体100的握持端130，并将检测端120对准待检测物品；然后，启动本设备并选择对应的检测项目，例如蔬菜农药检测、水果检测、牛奶检测、饮用水检测等，选择好检测项目后，测距模组300在控制模组500的控制下启动并开始不间断地测量本设备与待检测物品的距离；然后，持有本设备从远到近慢慢移动设备，当移动至最佳检测距离时，显示屏410上会出现相关提示，以使得使用者握持本设备保持在当前距离；然后，在此最佳检测距离时，控制模组500会控制测距模组300关闭，并同时控制拉曼检测模组200开启，以使激光探头210发射出的探测激光照射在待检测物品上，拉曼散射收集器220再收集物品反射的拉曼散射信号；这些信号经过相关转换后传输至主控板510，然后通过通信模块520经通信网络发送至外界的云端服务器900；最后，经过云端服务器900处理好的检测信息会回传至通信模块520，并通过显示屏410显示出来，如此，使用者就能很方便的获取到物品的检测信息。由上述检测过程可知，由于信息的专业处理可通过云端服务器900完成，故相较于直接集成设置有计算主机的常规拉曼光谱分析仪，本智能拉曼光谱分析设备体积更小，这样，使用者就可手持本智能拉曼光谱分析设备进行拉曼检测，而且检测准确、操作简便，更加适合日常家庭使用。
[0045]
请参阅图1和图2，在一实施例中，壳体100具体呈类似遥控器的扁形长条盒状，检侧端和握持端130分设于其沿长度方向的两侧，以方便握持和检测，在实际使用时，壳体100上面向使用者眼部的一面通常为显示面140，拉曼检测模组200、测距模组300均位于安装腔110中邻近检测端120一侧的区域，如此，可方便检测信号的发送与接收，而显示屏410则位于显示面140上远离检测端120的另一侧区域，以方便使用者查看显示屏410。当然，于其他实施例中，壳体100还可以设计成其他结构合适的形状，拉曼检测模组200、测距模组300以及显示屏410的设置位置也可以是其他情况，在此不做限制。
[0046]
如图1所示，在一实施例中，检测端120具有与显示面140邻接的检测端面150，检测端面150上设有间隔分布的第一通孔151、第二通孔152以及第三通孔153；第一通孔151用于显露激光探头210，第二通孔152用于显露拉曼散射收集器220，第三通孔153用于显露测距模组300的探头。具体地，第一通孔151、第二通孔152以及第三通孔153在检测端面150上沿其长度方向即壳体100的宽度方向依次间隔排布，当然，第一通孔151、第二通孔152以及第三通孔153也可以根据实际需求排布，例如但不限于第一通孔151位于第二通孔152以及第三通孔153之间。
[0047]
进一步地，如图2所示，在一实施例中，显示屏410第二通孔152位于第一通孔151和第三通孔153之间，第二通孔152与第一通孔151之间的间距小于第二通孔152与第三通孔153之间的间距。可以理解，虽然本设备使用的是微型化的拉曼检测模组200，由于功率较小
且检测时间也就是很短的几秒，故工作时产生的热量也较小，但出于尽可能散热方面的考虑，测距模块距离拉曼检测模组200特别是激光探头210更远，是一种更合适的设计。
[0048]
进一步地，如图2所示，在一实施例中，拉曼检测模组200还包括激光发射源230和拉曼散射处理器240；激光发射源230与激光探头210连接，并位于激光探头210远离第一通孔151的后侧；拉曼散射处理器240与拉曼散射收集器220电连接，并位于拉曼散射收集器220远离第二通孔152的后侧。如此，可使得拉曼检测模组200更加集成化，有利于设备的小型便捷设计。此外，为进一步提高拉曼检测模组200的散热性能，在安装腔110中，于激光发射源230附近还可以设置散热装置，该散热装置可以但不限于是金属散射片等。
[0049]
请参阅图2，在一实施例中，测距模组300包括激光测距器，激光测距器包括均显露于检测端120的发送端口与接收端口。其中，激光测距器可从发送端口发出测距激光，接收端口可接收待检测物品反射回的光线信息，然后，这些光线信息经相关转化后，可在显示屏410上显示出具体的距离信息。在此，激光测距器还包括设于发送端口与接收端口前方的透明防护罩，然后，两端口和透明防护罩均通过第三通孔153显露，当然，于其他实施例中，两端口也可以分别通过一个通孔显露。
[0050]
进一步地，在如图5所示的另一实施例中，为实现更好的集成化设计，进一步减少成本和体积，测距模组300可以与拉曼检测模组200共用激光探头210和激光发射源230等部件；换言之，测距模组300的发送端口即激光探头210，激光发射源230可根据主控板510发出的不同的激光发射要求而产生对应的激光光线，并通过激光探头210发出。在此，测距模组300还包括可显露于检测端120的激光接收器310和激光信号处理器320，激光接收器310可作为测距模组300的接收端口，激光接收器310接收到被物品反射回的激光光线，以获取相关的光线信息，这些光线信息传输至激光信号处理器320后，可进一步转换为对应的电信号并传输至主控板510中。
[0051]
请参阅图2，在一实施例中，控制模组500包括还包括设于主控板510上的存储模块(未示出)，存储模块分别与测距模组300以及拉曼检测模组200电连接。在出厂前，该存储模块中存有各种物质的拉曼检测的最佳检测距离数据即标准数据，在使用时，当持有本设备从远到近慢慢移动设备，其实时测得的距离数据与存储的标准数据一致时，主控板510发送出最佳检测距离的提示信号至显示屏410，向使用者告知此时已到达最佳拉曼检测距离，当然，显示模组的提示方式具有多种，例如但不限于声音提示、灯光闪烁提示等。例如在本实施例以及图5所示的另一实施例中，显示模组还包括与主控板510电连接的扬声器420，该扬声器420可用于发出声音提示。具体在本实施例中，当使用者手持本设备移动至最佳拉曼检测距离时，显示屏410会闪烁并声音提示保持当前距离，同时启动激光探头210以发射激光照射至被测距的物品，以完成拉曼检测。
[0052]
具体地，通信模块520包括无线收发端，无线收发端用于将主控板510传输至通信模块520的信息通过无线网络传输至云端服务器900，以及接收云端服务器900的回传信息。在此，通信模块520为无线传输模式，可以但不限于是蓝牙、wi-fi、3g至5g等，通信模块520可以集成设置在主控板510上，也可以与主控板510分体设置并通过导线连接。在实际使用时，拉曼散射收集器220收集到的光信号会被传输至拉曼散射处理器240中而转化为数字信息，然后这些数字信息经过主控板510后传输至通信模块520中，然后通信模块520将这些数字信息通过无线网络发送到云端服务器900，云端服务器900对这些数字信息进行处理，并
通过无线网络再回传至通信模块520，最后，显示屏410上可直接显示云端服务器900回传的检测结构信息。此外，使用者也可以通过各种移动终端，例如但不限于手机等扫描本设备上的二维码，进入对应的应用app，从而可查询显示本次检测的更多、更丰富的结果信息。
[0053]
请参阅图2，在一实施例中，在安装腔110中，于显示屏410的下方设有用于提供电能的电源装置600，控制模组500位于拉曼检测模组200和电源装置600之间，此设置充分利用了安装腔110内的空间，有利于本智能拉曼光谱分析设备的进一步小型化。当然，在本实施例中，显示屏410具体为触控屏，其屏幕在显示面140上所占的面积较大。然本设计不限于此，于其他实施例中，显示屏410还可以仅为显示作用，相关功能控制可通过例如但不限于按键或旋钮等方式完成。
[0054]
请参阅图3至图4，在另一实施例中，智能拉曼光谱分析设备还包括内置在壳体100中的测温装置700，这样，使用者还可以利用本设备上的测温装置700，而实现对待检测物品的温度实时检测功能。具体地，测温装置700具体包括光学镜头710、红外探测器720以及电信号处理器730等部件，测温装置700优选设置在测距模组300远离拉曼检测模组200的一侧，相应地，在检测端面150上设有可供光学镜头710显露的第四通孔154，红外探测器720设于光学镜头710远离检测端150的后方，电信号处理器730位于红外探测器720的后方。其中，红外探测器720接收到经光学镜头传入的红外光线后，就能将红外光能量信息转变为相应的电信号，这些电信号经过电信号处理器730进行相应处理后，再传输至主控板510中，并最终可通过显示屏410而显示出正确的温度信息。当然，于其他实施例中，本设备还可以增加其他功能且结构适合安装的检测模块，以进一步实现本设备的多功能化。
[0055]
进一步地，如图3所示，在一实施例中，为进一步增加设备的其他实用功能，本智能拉曼光谱分析设备还包括放大镜800，放大镜800设于壳体100远离检测端120的另一端。具体地，放大镜800的一端与壳体100枢接，另一端可相对壳体100旋转伸出。然本设计不限于此，在不影响其他功能的情况下，放大镜800的设置位置以及与壳体100的连接方式还可以根据需求设置。
[0056]
在此需特别说明的是，在实际使用中，本智能拉曼光谱分析设备具有测距状态、拉曼光谱检测状态、测温状态以及距离拉曼检测状态等不同类型的工作模式，在设备开启后，在显示屏410上会显示开机后的功能选择菜单，使用者可根据自己的检测需求选择对应的工作模式。
[0057]
具体地，在测距状态，测距模组300开启并用于将测得的距离数据传输至控制模组500；在拉曼光谱检测状态，拉曼检测模组200开启并用于将测得的拉曼光谱数据传输至控制模组500；在测温状态，测温装置700开启并用于将测得的温度数据传输至控制模组500，具体地，当测温装置700开启后，会将实时测得的温度数据传输至主控板510，并不间断地进行温度测量直至温度稳定，此时，显示屏410上会出现相关的温度显示。
[0058]
在距离拉曼检测状态，测距模组300用于测得与内存在控制模组500中的标准数据一致的最佳检测距离，显示模组用于提示智能拉曼光谱分析设备处于最佳检测距离，拉曼检测模组200用于在测距模组300测得最佳检测距离后，且智能拉曼光谱分析设备处于最佳检测距离时，拉曼检测模组200开启并将测得的拉曼光谱数据传输至控制模组500。具体来说，在该状态时，首先，测距模组300开启，使用者持有本智能拉曼光谱分析设备从远到近慢慢移动，在设备移动的过程中，测距模组300将实时检测到的距离数据传输至控制模组500；
当设备移动至最佳检测距离时，即检测到的距离数据与标准数据对比一致后，主控板510会发送出提示信号至显示模组，然后显示模组会通过显示屏410等发出提示信息，向使用者告知此时已到达适用于拉曼检测的最佳检测距离；然后，主控板510会控制测距模组300关闭，同时控制拉曼检测模组200开启，并将测得的拉曼光谱数据传输至主控板510。
[0059]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。