基于微型计算机Edison的线性渐变滤光片式手持智能光谱仪的制作方法

文档序号:8222145
基于微型计算机Edison的线性渐变滤光片式手持智能光谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及近红外光谱仪技术领域,具体涉及一种基于微型计算机Edison的线性渐变滤光片式手持智能光谱仪。
【背景技术】
[0002]光谱仪,特别是近红外光谱仪,可以用于食品检测,可以检测水果糖分、农药残留、食用油品质,是多用途的光谱分析设备,可以用于日常生活。近红外光谱分析基于化学计量学方法,针对每种分析成分都需要相应的分析模型,民用化的产品需要厂家提供大量的分析模型并根据应用情况不断更新。
[0003]现有的微型光谱仪多使用光栅等分光元件,很难做成非常小的手持仪器。近些年出现了使用渐变滤光片为分光元件的光谱仪,使光谱仪体积更加紧凑,很适合应用这一元件设计可独立工作的手持光谱仪系统。移动医疗、智能终端等电子设备兴起,出现了很多可随身携带的检测设备或移动终端,英特尔等大公司提供了很多一体化解决平台,这些平台功能强大,外设齐全,可以独立组成测量设备并可与手机等便携设备连接,微型光谱仪与这些智能平台结合可以组成功能强大的手持仪器。目前已经有一些智能设备,可以检测亚硝酸胺等成分,设备较智能,可以通过蓝牙与手机连接,但这些设备原理是根据电导率或者使用一两个波长,检测功能较单一。
[0004]目前,通过近红外光谱分析方法检测完整光谱、尤其是采用化学计量学方法检测的手持式智能光谱仪还未见报道。

【发明内容】

[0005]为了解决现有近红外光谱仪存在的检测功能单一,无法检测完整光谱的问题,本发明提供一种基于微型计算机Edison的线性渐变滤光片式手持智能光谱仪。
[0006]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]本发明的基于微型计算机Edison的线性渐变滤光片式手持智能光谱仪,包括:壳体,固定在壳体内部的光源组、毛玻璃、柱面镜、线性渐变滤光片、线阵列CMOS探测器、信号处理器、锂电池、微型计算机Edison、模数转换器、3.3V电源、电压基准和充电管理器,固定在壳体外部的总开关和液晶触控屏;
[0008]所述光源组、毛玻璃、柱面镜和线阵列CMOS探测器依次设置,所述线性渐变滤光片贴在线阵列CMOS探测器前表面,所述线阵列CMOS探测器、信号处理器、模数转换器和电压基准依次相连,所述锂电池、充电管理器和总开关依次相连,所述线阵列CMOS探测器、信号处理器、模数转换器、总开关、液晶触控屏和电压基准均与3.3V电源相连,所述线阵列CMOS探测器、模数转换器、总开关和液晶触控屏均与微型计算机Edison相连;
[0009]所述光源组的光线依次经毛玻璃均化、柱面镜聚光、线性渐变滤光片分光处理后入射至线阵列CMOS探测器上,通过液晶触控屏向微型计算机Edison发送控制指令,微型计算机Edison分别向线阵列CMOS探测器和模数转换器发送控制信号,此时线阵列CMOS探测器将接收的光信号转换为电信号传输给信号处理器,电信号经信号处理器运放调整后输出模拟信号并通过电压基准传输给模数转换器,模拟信号经模数转换器转换成数字信号传输给微型计算机Edison,微型计算机Edison运用其内部的光谱数据分析处理软件对数字信号进行分析处理得到光谱数据,采用化学计量学方法从光谱数据中得到物质成分信息,同时将光谱数据及成分信息储存在微型计算机Edison内部的存储空间中,通过液晶触控屏显示光谱数据及成分信息;微型计算机Edison运用其内部的WIFI模块与网络连接,根据需要上传光谱数据至网络数据库、更新微型计算机Edison内部储存的光谱仪分析模型。
[0010]所述光源组由六个相同的光源组成,六个光源对称固定在毛玻璃前端两侧;所述光源为微型卤素灯或LED灯。
[0011]所述线性渐变滤光片的光谱范围为600nm?IlOOnm ;所述锂电池采用3.7V锂聚合物电池,为微型计算机Edison供电。
[0012]所述线阵列CMOS探测器采用Dynamax公司的ELIS-1024,有1024个像元,通过MO、Ml两个引脚控制像元合并,可以实现1024、512、256、128的像素分辨率,默认像素分辨率为256像元,根据光强大小通过软件自动调整线阵列CMOS探测器的积分时间。
[0013]所述信号处理器主要通过两个型号均为0PA320的放大器实现。
[0014]所述微型计算机Edison带有70针的I/O 口插座,长35.5mm,宽25mm,高不超过3.9mm ;双核500MHz,内部安装有操作系统和光谱数据分析处理软件;内部集成IGB LPDDR3和4G的内部存储空间,用于存储光谱数据和光谱仪分析模型,满足近红外分析对运算能力和存储空间的需求;内置蓝牙、WIFI模块、GPS模块,利用GPS模块为得到的光谱数据增加位置信息。
[0015]所述模数转换器采用低功耗芯片ADS8860,分辨率16位,采样速率最高IMHz。
[0016]所述3.3V电源主要通过型号为LT1117-3.3的低压差线性稳压器实现,所述低压差线性稳压器的输出与线阵列CMOS探测器、信号处理器、模数转换器、液晶触控屏和电压基准相连,为线阵列CMOS探测器、信号处理器、模数转换器、液晶触控屏和电压基准提供3.3V电源。
[0017]所述电压基准主要通过型号为REF3330的电压基准芯片和型号为0PA333的放大器实现,所述电压基准为模拟转换器提供3V基准电压。
[0018]所述充电管理器主要通过型号为XC6802的充电管理芯片和发光二极管实现,所述充电管理芯片的输出与锂电池相连,用于管理锂电池充电过程,所述发光二极管用于指示充电状态。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]1、本发明的手持智能光谱仪采用线性渐变滤光片分光,采用线阵列CMOS探测器接收光信号,光学部分结构紧凑。
[0021]2、本发明的手持智能光谱仪为手持式,体积小,结构紧凑,可置于口袋中,可随身携带。
[0022]3、本发明的手持智能光谱仪采用微型计算机Edison作为微控制器,其余电路有模数转换电路、电压基准电路、电源管理电路,电路系统采用低功耗的设计,需求电压也较低,整个光谱仪使用锂电池供电。
[0023]4、本发明的手持智能光谱仪运算功能较强,能存储较多的光谱仪分析模型,通过微型计算机Edison集成的WIFI模块能够与手机等上位机进行通讯,通过液晶触控屏控制,显示光谱数据及成分信息,记录位置信息,并可以与网络数据库进行数据交换以及更新光谱仪分析模型。
[0024]5、本发明的手持智能光谱仪适合普通消费者用于日常食品检测,可以进行食品含水量、糖分、脂肪含量、含油量检测、部分添加剂检测以及食用油种类、品质等的检测。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的基于微型计算机Edison的线性渐变滤光片式手持智能光谱仪的正视图。
[0026]图2为图1所示的光谱仪的俯视图。
[0027]图3为图1所示的光谱仪的左视图。
[0028]图4为本发明的基于微型计算机Edison的线性渐变滤光片式手持智能光谱仪的原理示意图。
[0029]图5为信号接收及处理的电路图。
[0030]图6为模数转换的电路图。
[0031]图7为充电管理器与3.3V电源通过总开关相连后的电路图。
[0032]图中:1、光源组,2、毛玻璃,3、柱面镜,4、线性渐变滤光片,5、线阵列CMOS探测器,6、信号处理器,7、锂电池,8、壳体,9、微型计算机Edison,10、模数转换器,11、3.3V电源,12、总开关,13、液晶触控屏,14、电压
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