一种物质含量检测芯片及其检测方法与流程

本发明涉及一种检测芯片及其检测方法，特别是一种物质含量检测芯片及其检测方法，属于半导体芯片。

背景技术：

1、物质检测，尤其是水分检测在食品、纺织、造纸、木材、制药等行业有着重要的应用。比如在食品行业，一定的水分含量可保持食品品质，延长食品保藏。例如，奶粉要求水分为3.0～5.0%，水分提高后奶粉易变色，贮藏期降低。从含水量来讲，食品的含水量高低还影响到食品的风味、腐败和发霉。食品的含水量对食品的鲜度、硬软性、流动性、呈味性、保藏性、加工性等许多方面有着至为重要的关系。

2、常见的近红外水分检测仪器主要通过将窄带滤光片组合放置在钨灯之后，通过转动滤光片阵列，从而发出特定波长的光，再经过透镜、反射镜等光学原件后将平行光反射到被测样品物料上。其中部分，红外光被样品吸收，另外一部分红外光散射后聚集到近红外传感器中，传感器的内部数字处理器将光信号的参比光和测量光经过数字处理器处理后传送给仪器主机，主机通过内部已有的模型，显示被测物的水分含量。这种近红外水分检测仪器设备体积大，功耗大，且含有机械转动装置，难以实现微型化、节能和在振动环境中工作。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种物质含量检测芯片及其检测方法，以小尺寸芯片实现高精度的物质检测。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种物质含量检测芯片，包含物质特征峰激光器、至少一个参考特征峰激光器、探测器和处理电路，物质特征峰激光器和至少一个参考特征峰激光器向自由空间发射激光并照射到待测物体上，待测物体反射的激光由探测器接收，物质特征峰激光器、至少一个参考特征峰激光器和探测器分别与处理电路连接由处理电路控制。

4、进一步地，所述物质特征峰激光器的激光波长对应物质的吸收特征峰，参考特征峰激光器的激光波长远离物质的特征吸收峰。

5、进一步地，所述物质特征峰激光器的激光波长为1430-1520nm。

6、进一步地，所述参考特征峰激光器的激光波长为1290-1340nm。

7、进一步地，所述参考特征峰激光器的数量超过1时，多个参考特征峰激光器之间的激光波长相互不同。

8、进一步地，所述处理电路至少包含数模转换、放大和高频时钟功能。

9、进一步地，所述物质特征峰激光器和至少一个参考特征峰激光器在处理电路的控制下按照时间顺序依次发射激光到自由空间，激光照射到待测物体上并反射后被探测器按时间顺序依次接收。

10、进一步地，所述探测器上镀有滤光薄膜，滤光薄膜只在物质特征峰激光器和至少一个参考特征峰激光器的波长存在高的透过率。

11、进一步地，所述物质特征峰激光器、至少一个参考特征峰激光器、探测器和处理电路以单片集成或混合集成方式集成在硅基底上。

12、一种物质含量检测芯片的水分含量检测方法，包含以下步骤：

13、在测试之前，物质特征峰激光器和至少一个参考特征峰激光器在不同电压驱动下发射激光并分别测试物质特征峰激光器的发射功率w1和至少一个参考特征峰激光器的发射功率w2；

14、测试时，物质特征峰激光器和至少一个参考特征峰激光器按照时间顺序以相同的驱动电压向自由空间发射激光；

15、激光经过待测物体反射后按照时间顺序依次被探测器接收，探测器依次接收到物质特征峰激光器的反射信号强度p1和至少一个参考特征峰激光器的反射信号强度p2；

16、将物质特征峰激光器的反射信号强度p1与物质特征峰激光器的发射功率w1相除得到待测物体对于物质特征峰激光器发出的激光的反射率r1=p1/w1；

17、将至少一个参考特征峰激光器的反射信号强度p2与至少一个参考特征峰激光器的发射功率w2相除得到待测物体对于至少一个参考特征峰激光器发出的激光的反射率r2=p2/w2；

18、若r1=r2,则判断待测物体中没有物质；

19、若r1≠r2，则判断待测物体中含有物质，并计算待测物体中物质对激光的吸收度x=1-（1-p1/w1）/（1-p2/w2），并按照x的值通过查表法得到待测物体的物质含量。

20、本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明将激光器、探测器和处理电路集成在同一衬底上，实现对物质含量的检测，由于采用了激光器，无需昂贵的窄带滤光片，可有效降低成本；本发明采用处理电路控制激光器和探测器的工作时序，无需任何机械转动装置，便可以实现对不同时刻波长信号的精确识别，系统稳定性得到极大提升；本发明与传统的近红外水分检测设备相比，体积小、功耗低，无任何机械装置，可以与智能设备集成，实现对水分等物质的高精度检测。

技术特征：

1.一种物质含量检测芯片，其特征在于：包含物质特征峰激光器、至少一个参考特征峰激光器、探测器和处理电路，物质特征峰激光器和至少一个参考特征峰激光器向自由空间发射激光并照射到待测物体上，待测物体反射的激光由探测器接收，物质特征峰激光器、至少一个参考特征峰激光器和探测器分别与处理电路连接由处理电路控制。

2.根据权利要求1所述的一种物质含量检测芯片，其特征在于：所述物质特征峰激光器的激光波长对应物质的吸收特征峰，参考特征峰激光器的激光波长远离物质的特征吸收峰。

3.根据权利要求2所述的一种物质含量检测芯片，其特征在于：所述物质特征峰激光器的激光波长为1430-1520nm。

4.根据权利要求2所述的一种物质含量检测芯片，其特征在于：所述参考特征峰激光器的激光波长为1290-1340nm。

5.根据权利要求1所述的一种物质含量检测芯片，其特征在于：所述参考特征峰激光器的数量超过1时，多个参考特征峰激光器之间的激光波长相互不同。

6.根据权利要求1所述的一种物质含量检测芯片，其特征在于：所述处理电路至少包含数模转换、放大和高频时钟功能。

7.根据权利要求1所述的一种物质含量检测芯片，其特征在于：所述物质特征峰激光器和至少一个参考特征峰激光器在处理电路的控制下按照时间顺序依次发射激光到自由空间，激光照射到待测物体上并反射后被探测器按时间顺序依次接收。

8.根据权利要求1所述的一种物质含量检测芯片，其特征在于：所述探测器上镀有滤光薄膜，滤光薄膜只在物质特征峰激光器和至少一个参考特征峰激光器的波长存在高的透过率。

9.根据权利要求1所述的一种物质含量检测芯片，其特征在于：所述物质特征峰激光器、至少一个参考特征峰激光器、探测器和处理电路以单片集成或混合集成方式集成在硅基底上。

10.一种权利要求1-9任一项所述的物质含量检测芯片的水分含量检测方法，其特征在于包含以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种物质含量检测芯片及其检测方法，包含物质特征峰激光器、至少一个参考特征峰激光器、探测器和处理电路，物质特征峰激光器和至少一个参考特征峰激光器向自由空间发射激光并照射到待测物体上，待测物体反射的激光由探测器接收，物质特征峰激光器、至少一个参考特征峰激光器和探测器分别与处理电路连接由处理电路控制。本发明成本低、系统稳定性好、体积小、功耗低，无任何机械装置，可以与智能设备集成，实现对物质的高精度检测。

技术研发人员：许新星,郑志明
受保护的技术使用者：江苏联格科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17