一种移动终端及基于移动终端的分析系统的制作方法

本发明涉及光谱技术领域，具体而言，涉及一种移动终端及基于移动终端的分析系统。

背景技术：

食品安全关系到广大人民群众的身体健康和生命安全，在食用前对食物进行成分检测是非常有必要的。食品安全检测方法主要有色谱法、质谱法、光谱法和生物检测法等。相对于其他检测方法，光谱分析法不需要复杂的样品前处理过程，检测时间短，可以实现物质成分的非接触时实时在线检测，从而被广泛地应用于食品安全检测中食物的物成分检测。光谱分析法以光谱测量为基础，通过辐射能与物质组成和结构之间的内在联系及表现形式实现对物质成分的检测，具有速度快、无损，无需制备样品以及成本低等优势。然而，现有的用于光谱测量的光谱仪体积较大、成本高，不适用于用户的日常使用。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的在于提供一种移动终端，通过在移动终端内部集成光谱采集装置，有效地改善了上述问题。

另外，本发明的另一目的在于提供一种基于移动终端的分析系统，通过移动终端与服务器之间的数据交互，实现了物质成分的检测。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种移动终端，其包括终端主体和光谱采集装置，所述光谱采集装置包括准直透镜、滤光器及光电探测器。所述准直透镜、所述滤光器及所述光电探测器均位于所述终端主体的壳体内。所述壳体设置有第一开口，所述准直透镜设置于所述第一开口内，所述光电探测器与所述终端主体的处理器耦合。由待测样品出射的光入射到所述第一开口内，经所述准直透镜的准直处理及所述滤光器的分光处理后入射到所述光电探测器，入射到所述光电探测器的光信号经所述光电探测器转换为电信号发送给所述处理器。

在本发明较佳的实施例中，上述移动终端还包括光源，所述壳体还设置有第二开口，所述光源位于所述第二开口内，所述光源与所述处理器耦合，所述光源用于发出预设波段的光束入射到所述待测样品上。

在本发明较佳的实施例中，上述终端主体包括摄像头，所述第二开口邻近所述摄像头设置。

在本发明较佳的实施例中，上述预设波段为210nm～2000nm。

在本发明较佳的实施例中，上述光谱采集装置还包括数据接口，所述光源与所述光电探测器均通过所述数据接口与所述处理器耦合。

在本发明较佳的实施例中，上述第一开口的形状与所述准直透镜的形状一致，且所述第一开口的尺寸也与所述准直透镜的尺寸一致。

在本发明较佳的实施例中，上述滤光器包括多个子滤光器，所述多个子滤光器的中心波长不同。

在本发明较佳的实施例中，上述光电探测器包括多个子探测器，所述多个子探测器的数量大于或等于所述多个子滤光器的数量，且每个所述子滤光器对应于一个所述子探测器。

在本发明较佳的实施例中，上述终端主体为移动通信终端或平板电脑。

本发明实施例还提供了一种基于移动终端的分析系统，包括对应有光谱数据库的服务器及上述移动终端，所述移动终端还包括远程通信装置，所述移动终端通过所述远程通信装置与所述服务器耦合。所述移动终端用于通过所述远程通信装置将采集到的待测样品的光谱数据发送给服务器。所述服务器用于将接收到的所述光谱数据与对应的光谱数据库比对以确定所述待测样品的物质成分信息，将所述物质成分信息发送回所述移动终端。所述移动终端还用于显示所述物质成分信息。

本发明实施例将光谱采集装置集成在终端主体内构成一种具有物质光谱采集功能的移动终端，并在终端主体的壳体上设置第一开口以使由待测样品出射的光入射到移动终端内部集成的光谱采集装置，从而获得待测样品的光谱数据。相对于现有的光谱采集系统，本发明实施例提供的具有物质光谱采集功能的移动终端成本更低，且有效地实现了光谱采集系统的微型化，便于用户的日常使用。

进一步地，本发明实施例提供的基于移动终端的分析系统，通过上述移动终端与对应有光谱数据库的服务器之间的数据交互，有效地实现了待测样品的物质成分的实时在线检测。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的移动终端一种实施方式的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为本发明实施例提供的移动终端另一种实施方式的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种移动终端的光源的主视图；

图5为本发明实施例提供的一种移动终端的光源的俯视图；

图6为本发明实施例提供的移动终端与服务器进行交互的示意图。

其中，附图标记分别为：

移动终端100；壳体110；第一开口111；第二开口112；光源120；灯罩121；底座122；发光元件123；反光杯124；驱动电路板125；盖片126；光谱采集装置130；准直透镜131；滤光器132；光电探测器133；外壳134；数据接口135；摄像头140；闪光灯150；存储器160；远程通信装置170；显示装置180；待测样品200；服务器300；光谱数据库310；分析系统400。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。此外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

光谱分析法不需要复杂的样品前处理过程，检测时间短，可以实现物质成分的非接触时实时在线检测，从而被广泛地应用于食品安全检测中食物的物成分检测。光谱分析法以光谱测量为基础，通过辐射能与物质组成和结构之间的内在联系及表现形式实现对物质成分的检测，具有速度快、无损，无需制备样品以及成本低等优势。然而，现有的用于光谱测量的光谱仪体积较大、成本高，不适用于用户的日常使用。

鉴于此，本发明实施例提供了一种移动终端100，如图1和图2所示，所述移动终端100包括终端主体和光谱采集装置130。其中，终端主体包括壳体110、处理器及存储器。光谱采集装置130集成在壳体110内。本发明实施例中，所述终端主体可以为移动通信终端，例如智能手机，也可以是平板电脑。

如图1所示，壳体110设置有第一开口111，第一开口111用于使待测样品200出射的光能够入射到集成在终端主体内部的光谱采集装置130中。如图2所示，光谱采集装置130包括准直透镜131、滤光器132及光电探测器133。准直透镜131、滤光器132及光电探测器133均位于终端主体的壳体110内，且准直透镜131设置于第一开口111内。光电探测器133与终端主体的处理器耦合，终端主体的处理器可以控制光电探测器133的开启并接收光电探测器133发送的信号。

本实施例中，准直透镜131为具有准直功能的透镜或透镜组，用于将进入第一开口111内的光准直。本实施例中，准直透镜131可以为凸透镜、具有准直及消色差功能的透镜组或非球面透镜。

为了提高通过第一开口111入射到准直透镜131的光通量并使入通过第一开口111的光束尽可能地入射到准直透镜131上，本发明实施例中，第一开口111的尺寸大于等于准直透镜131的尺寸。优选的，第一开口111的尺寸与所述准直透镜131的尺寸一致，且所述第一开口111的形状也与所述准直透镜131的形状一致。例如，准直透镜131的形状为圆形，第一开口111则为圆形开口，且第一开口111的直径与准直透镜131的直径一致。

滤光器132包括多个子滤光器，每一个子滤光器可以通过预设波段的光束，且多个子滤光器的中心波长各不相同。具体的，本实施例中，滤光器132可以包括法布里-珀罗微型腔阵列，也可以包括多个滤光片，还可以为法布里-珀罗微型腔阵列与多个滤光片的组合。

为了便于滤光器132在终端主体内部的集成，本实施例中的滤光器132优选为法布里-珀罗微型腔阵列。法布里-珀罗微型腔阵列包括多个法布里-珀罗微型腔。每一个法布里-珀罗微型腔的腔长决定了该法布里-珀罗微型腔的透射光的波长。所述多个法布里-珀罗微型腔的腔长均不相同，因此，不同的法布里-珀罗微型腔允许通过的透射光的波长不同。且所述多个法布里-珀罗微型腔的腔长具体根据由待测样品200出射的光束的波长范围设置。

需要说明的是，现有技术中的光谱采集系统一般采用光栅、棱镜等色散元件作为分光元件，且为了减小像差，通常需要引入凹面反射镜或采用凹面光栅。一方面，光栅的集成度较低，不利于光谱采集系统的微型化，另一方面，凹面反射镜的引入增大了光谱采集系统的装配难度。其中，所述色散元件是指光栅、棱镜等由于复色光中各种色光的折射率不同导致各种色光的传输方向发生不同程度的偏折从而将各种色光分散开来的光学元件。

本发明实施例的光谱采集装置130采用滤光器132对由待测样品200出射的光进行分光处理。根据滤光器132的波长选择特性，设置多个子滤光器将经过准直的待测样品200出射的光分成不同波段的光束且分别入射到多个子探测器中，从而实现待测样品200的光谱数据的采集。相对于现有的具有色散元件的光谱采集系统，结构简单，与光电探测器的装配紧凑性好，有利于光谱采集装置130的微型化，进而有利于将光谱采集装置130集成在终端主体内。

光电探测器133包括多个子探测器，且所述多个子探测器的工作波段不尽相同。为了确保光电探测器133能够较好地接收到滤光器132的透射光，所述多个子探测器的数量大于或等于所述多个子滤光器的数量，以使得每个子滤光器至少对应于一个子探测器，且子探测器的工作波段与其对应的子滤光器的透射光波段相匹配。优选的，光电探测器133为电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)探测器阵列。当然，也可以采用多个其它光电探测器，例如光电倍增管或光电二极管。CCD探测器按工作波段可分为：可见光CCD探测器、红外光CCD探测器阵列和紫外光CCD探测器。具体的，本发明实施例中的光电探测器133所包括的每个子探测器根据其对应的子滤光器132的透射光波段设置。

为了便于光谱采集装置130在终端主体的壳体110内的装配，如图2所示，光谱采集装置130还包括外壳134和数据接口135。准直透镜131、滤光器132及光电探测器133均封装在外壳134中，光电探测器133通过数据接口135与终端主体的处理器耦合。

优选地，由于散射的环境光的强度较弱，因此，上述移动终端100要实现待测样品200光谱数据的采集，还需要结合光源120。光源120可以包括一个宽光谱的发光元件123，也可以包括多个发光元件123。所述光源120可以包括但不限于激光器、发光二极管、卤素灯或卤钨灯中的一种或多种。具体的，可以根据用户的需要设计光源120的结构及波长覆盖范围。需要说明的是，该光源120可以为与移动终端100分离的独立器件，也可以为集成在移动终端100中的内部构件。

为了方便移动终端100对待测样品200光谱数据的采集，所述光源120优选集成在移动终端100中，即移动终端100还包括光源120。优选的，如图2所示，光源120封装在光谱采集装置130的外壳134中，且可以通过数据接口135与终端主体的处理器耦合。此时，终端主体的壳体110还设置有第二开口112，光源120位于第二开口112内。由终端主体的处理器发送控制指令控制光源120的开启和关闭。光源120用于发出预设波段的光束入射到待测样品200上，以便于光谱采集装置130采集由待测样品200出射的光，实现对待测样品200光谱数据的采集。其中，由待测样品200出射的光包括光源120照射时待测样品200的反射光、光源120照射时待测样品200的散射光、光源120照射时待测样品200的透射光以及光源120照射时待测样品200所含的光致发光物质所发出的光。

如图1所示，所述终端主体还包括摄像头140，在本实施例的一种具体实施方式中，可以将第二开口112邻近摄像头140设置，第一开口111邻近第二开口112设置。此时，上述光源120除了用于照射待测样品200，还可以作为移动终端100的闪光灯，即还可以用于照明及辅助拍照。此时，该光源120优选为发光二极管，其光谱范围位于可见波段至近红外波段。

需要说明的是，摄像头140可以用于拍摄待测样品200的图像。在后续对移动终端100采集到的待测样品200的光谱数据进行处理，分析待测样品200的物质成分的过程中，当待测样品200具有完整且可分辨的形貌时，所拍摄的待测样品200的图像可以用于辅助待测样品200的物质成分的分析。具体的，可以先对所拍摄的待测样品200图像进行图像处理，识别待测样品200的名称。根据待测样品200的名称可以缩小用于进行光谱比对的光谱数据库的范围，从而提高待测样品200的物质成分的分析效率。另外，移动终端可以显示摄像头140拍摄的待测样品200的图像，有利于直观地向用户展示所检测的待测样品200。

另外，在本实施例的另一种具体实施方式中，如图3所示，终端主体还包括摄像头140及邻近摄像头140设置的闪光灯150，上述光源120与所述闪光灯150为相互独立的元件。此时，壳体110上的第一开口111和第二开口112邻近设置，优选的，第一开口111和第二开口112设置在终端主体背面的壳体110上部。此时，所述光源120的光谱范围优选包括紫外波段、可见波段及红外波段，例如，所述光源120的光谱范围可以为210nm～2000nm。

在上述的另一种具体实施方式中，优选的，所述光源120发出平行光。具体的，所述光源120可以包括多个发光元件123，且所述多个发光元件123具有不同的光谱范围。所述多个发光元件123可以是但不限于发光二极管、卤素灯或卤钨灯中的一种或多种。具体的，如图4和图5所示，光源120包括底座122和两端开口的灯罩121。所述灯罩121的一个开口端与所述底座122连接，所述灯罩121的另一个开口端设置有透光盖片126，所述盖片126优选为玻璃盖片126。所述灯罩121内设置有反光杯124和多个发光元件123，所述多个发光元件123设置在反光杯124底部。所述底座122上设置有驱动电路板125，所述驱动电路板125与多个发光元件123耦合，用于驱动所述多个发光元件123发光。本实施例中，所述反光杯124用于汇聚多个发光元件123发出的发散光以控制光源120出射光的光照面积。优选的，所述反光杯124为凹面反射镜，所述凹面反射镜可以汇聚多个发光元件123发出的发散光并使之平行射出，此时，光源120发出的光为平行光。

为了使本发明实施例的技术方案更为清楚，下面对本发明实施例提供的移动终端100采集待测样品200的光谱数据的工作过程进行描述：

终端主体中的处理器接收到外部指令后，发出第一控制指令至光源120控制光源120开启，发出第二控制指令至光电探测器133，控制光电探测器133按照预设采样频率开始采集光信号。

光源120发出的光照射到待测样品200上，待测样品200在光源120照射下出射的光入射到第一开口111内的准直透镜131。入射到准直透镜131的光经准直透镜131准直后进入滤光器132，经过滤光器132的波长选择后，形成不同波段的光信号入射到光电探测器133。光电探测器133按照预设采样频率将采集的光信号转换为电信号发送至终端主体的处理器中。进一步地，所述处理器将接收到的待测样品200的光谱数据存储到终端主体的存储器中。

其中，所述预设采样频率根据用户的需要设置。例如，可以设置采样时间为10秒，且在所述采样时间内每间隔2秒采样一次。优选的，所述处理器先对接收到的多次采样的待测样品200的光谱数据求平均，再将多次采样的待测样品200的光谱数据的平均结果存储到终端主体的存储器中。

综上所述，本发明实施例将上述光谱采集装置130集成在终端主体内构成一种具有物质光谱采集功能的移动终端100，并在终端主体的壳体110上设置第一开口111以使由待测样品200出射的光入射到移动终端100内部集成的光谱采集装置130，从而获得待测样品200的光谱数据。相对于现有的光谱采集系统，本发明实施例提供的具有物质光谱采集功能的移动终端100成本更低，且有效地实现了光谱采集系统的微型化，便于用户的日常使用。

另外，如图6所示，本发明实施例还提供了一种基于移动终端的分析系统400，包括服务器300及上述移动终端100。移动终端100包括终端主体和光谱采集装置130。其中，终端主体除了包括壳体110、处理器、存储器160之外，还包括远程通信装置170。远程通信装置170支持3G、4G、WIFI、GPRS以及GSM中的一种或多种无线通信方式。移动终端100通过远程通信装置170与服务器300耦合。

移动终端100将采集到的待测样品200的光谱数据发送给服务器300。具体的，光谱采集装置130将采集到的待测样品200的光谱数据发送到终端主体中的存储器160中存储之后，处理器将存储在存储器160中的光谱数据通过远程通信装置170发送到服务器300。

服务器300将接收到的所述光谱数据与相应的光谱数据库310比对，从而确定所述待测样品200的物质成分信息。所述光谱数据库可以包括拉曼光谱、荧光光谱、红外反射光谱或紫外可见反射光谱中的一种或多种。具体的，所述服务器300对接收到的光谱数据进行处理，得到待测样品200的特定类型的光谱，将待测样品200的特定类型的光谱与相应的光谱数据库310比对即可确定所述待测样品200的物质成分信息。其中，所述特定类型的光谱根据所述光谱数据库的具体光谱类型设定。

进一步地，服务器300获得所述待测样品200的物质成分信息后，将待测样品200的物质成分信息发送到移动终端100。所述移动终端100还用于显示所述物质成分信息。具体的，服务器300将待测样品200的物质成分信息发送到终端主体的存储器160，所述终端主体还包括显示装置180，可以显示存储器160中所存储的待测样品200的物质成分信息。

需要说明的是，用户可以通过移动终端100上的摄像头140拍摄待测样品200的图像。所拍摄的待测样品的图像存储在移动终端的存储器中，一方面可以通过显示装置180直观地向用户展示待测样品200的图像，另一方面可以通过远程通信装置170将所拍摄的待测样品200的图像发送到服务器300中，用于后续的物质成分分析。服务器300在将接收到的所述光谱数据与相应的光谱数据库310比对之前，可以通过处理待测样品200的图像识别待测样品200的名称。进而根据待测样品200的名称选择需要比对的光谱数据库310范围，这样有利于缩小光谱数据的比对范围，提高待测样品200物质成分的分析效率。

因此，本发明实施例提供的基于移动终端的分析系统400，通过上述移动终端100与对应有光谱数据库310的服务器300之间的数据交互，有效地实现了待测样品200的物质成分的实时在线检测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。