基于智能手机的手持式分光光度计制造技术

本发明专利技术公开了基于智能手机的手持式分光光度计，包含有样品皿、全反镜、聚光透镜、分光系统和成像系统，其中智能手机作为成像系统对样品的光谱进行成像和分析。使用太阳光源作为分光光度计提供了宽光谱的检测范围，同时有效的节省了分光光度计的体积。基于智能手机的手持式分光光度计体积小巧，光路结构简单，使用操作方便同时具有较高的分辨率和灵敏度，能够推动分光光度计向户外、家庭以及偏远山区等更加普遍的环境条件下使用。

Handheld Spectrophotometer Based on Smart Phone

【技术实现步骤摘要】
基于智能手机的手持式分光光度计
本专利技术涉及基于智能手机的手持式分光光度计，属于小型化生物检测设备

技术介绍
如今智能手机的使用十分普及，同时智能手机具有数据处理、数据存储和数据云端传输等优势，现已出现了许多与智能手机相结合的生物检测平台。分光光度计是生物，医疗，农业和化学分析等众多领域中最重要的检测平台之一。目前多数分光光度计体积庞大，结构复杂，价格昂贵，不便于携带，只能局限于实验室等专业条件下使用。通常许多小型化分光光度计配置的宽光谱光源多采用卤素灯，这对光路体积减小造成了一定的限制并且需要为检测平台提供电源，同时，分光光度计使用光电传感器接收信号以后需要再由计算机对测量结果进行分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种便于携带、光路结构简单，利用太阳光作为分光光度计的光源，智能手机作为传感器拍摄得到高精度的测量结果，并且能用开发的软件对光谱曲线结果进行分析的基于智能手机的手持式分光光度计。本专利技术的第一个目的是提供一种便携式分光光度计，包括全反镜、聚光透镜和分光系统；所述全反镜、聚光透镜和分光系统所处的光轴的总长度不超过120mm；所述分光系统包括滤光针孔、短焦距透镜、分光光栅。在本专利技术的一种实施方式中，所述滤光针孔设置在聚光透镜的焦点处，滤除汇聚光以外的在散光。在本专利技术的一种实施方式中，所述聚光透镜为聚光双凸透镜，其焦距为25.4mm。在本专利技术的一种实施方式中，所述分光光度计还含有放置样品皿的区域，该区域设置在全反镜之前。在本专利技术的一种实施方式中，所述放置样品皿的区域开设孔，可使外界光源的光线通过孔照射进光路。在本专利技术的一种实施方式中，所述分光光度计适用的光源的光谱光强范围为可见光350nm-800nm内。在本专利技术的一种实施方式中，所述分光光栅的表面转角与光轴的夹角在顺时针26°-28°方向能够满足只让一级衍射光谱反射到智能手机的后置摄像头的视场范围内。本专利技术的第二个目的是提供一种检测吸光度的方法，所述方法应用上述任一所述的分光光度计，配合具有拍照功能的智能手机，通过智能手机采集分光光度计呈现的吸收光谱图，并通过运算方法将光谱图像转化为吸光度数据。在本专利技术的一种实施方式中，所述运算方法包括：如下步骤：(1)选择标定点的个数，对像素点位置和波长之间的关系进行标定；(2)选取拍摄得到的激光标定点进行对应像素位置的读取；(3)标定图读取结束后分析得出成像系统的像素点和波长对应的线性关系曲线；(4)读取任意拍摄得到的样品吸收谱线图即可转换成吸收光谱曲线。在本专利技术的一种实施方式中，所述运算方法具体为：S1，设定标定点个数。S2，读入标定激光点经过光学系统后的拍摄图，读取光谱分布在一行像素中，强度峰值对应的像素位置，确定标定激光波长所对应的像素位置。S3，在读完设定好个数的标定图以后，通过得到的三个标定波长和它们分别对应的像素点位置，对波长和像素位置之间的对应关系进行线性拟合，从而确定出成像范围内每个像素点所对应波长值。S4，在完成标定以后，读入拍摄得到的样品光谱图，把图像行像素的强度转换成强度值的曲线分布，再通过标定的对应关系确定出坐标位置，即可把强度图转化成光谱分布曲线。有益效果：本专利技术所包含的元件体积小，质量轻，价格低，极大的节省了整个平台的成本，同时光路结构紧凑，体积小，平台的尺寸为140.2×67.1×80.5mm(长×宽×高)。本专利技术拍摄得到的光谱分布均匀，分辨精度高，对浓度变化的响应线性系数为0.998，与传统商业的分光光度计的线性响应系数相当。并且手机内配有应用软件，可以将拍摄得到的光谱图转化成一条定量的连续谱线，便于进一步精确的观测和分析。本专利技术可以采用3D打印技术对光路结构以及分光系统与成像系统之间的连接进行封装和固定，以便于携带和使用。可实现在野外或家庭等更普遍的环境对样品进行现场测量和分析。附图说明图1是本专利技术的光路结构图；其中，1，样品皿；2，全反镜,；3，聚光透镜；4，滤光针孔；5，短焦距透镜；6，分光光栅；7，智能手机。图2是本专利技术的手机应用程序的界面图。图3是对图1装置进行像素位置和波长关系进行标定的光谱图。图4是图1装置成像系统中像素和波长之间关系的拟合曲线。图5是本专利技术拍摄得到的不同浓度(2ug/ml,4ug/ml,6ug/ml,8ug/ml,10ug/ml)罗丹明(R6G)样品溶液的吸收光谱图。图6是不同浓度(2ug/ml,4ug/ml,6ug/ml,8ug/ml,10ug/ml)罗丹明(R6G)样品溶液的吸收光谱曲线。图7是本专利技术测量得到的样品浓度和吸光度之间的线性关系图。图8是本专利技术测量得到的不同浓度的禽流感样品和吸光度之间的线性关系图和传统商用分光光度计的线性响应曲线图。具体实施方式在不做特别说明的情况下，本专利技术中提及的智能手机是指具有拍照功能的智能手机，手机的传感器感光范围能够覆盖可见光350nm-800nm的宽光谱区域。下面结合附图以具体的实施例对本专利技术作进一步描述，参见图1-8：实施例1：如图1所示，本专利技术的分光光度计包括全反镜2、聚光透镜3、滤光针孔4、短焦距透镜5和分光光栅6；全反镜2、聚光透镜3、滤光针孔4、短焦距透镜5和分光光栅6按顺序设置在同一光轴方向上；所述滤光针孔4设置在聚光透镜3的焦点处，所述聚光透镜3可选用双凸透镜，双凸透镜将光束聚焦到滤光针孔上，滤除汇聚光以外的在散光，提高信噪比；所述滤光针孔4出射的光为点光源，点光源发散后备短焦距透镜5会聚，光束以汇聚光的形式照射到分光光栅6表面；所述短焦距透镜5为小孔径短焦距的透镜；所述分光光栅6为反射式光栅(1200对刻线)，分光光栅6的表面转角与光轴的夹角在顺时针26°-28°方向能够满足只让一级衍射光谱反射到智能手机7的后置摄像头的视场范围内。短焦距透镜5与滤光针孔4和分光光栅6的间距为36.15mm，可使吸收光谱被智能手机拍摄的成像达到0.28nm/pix的分辨率。所述全反镜2前放置样品皿1；所述聚光透镜3可选用大孔径短焦距的双凸透镜；所述样品皿1前开设孔，可使外界光源的光线通过孔照射进光路。光源的光谱在可见光350nm-800nm内光强均匀分布。本专利技术的分光系统(包括全反镜2、聚光透镜3、滤光针孔4、短焦距透镜5和分光光栅6)在光轴上的总长度不大于手机的长度，其光轴方向和手机平面平行。所述智能手机能够将图像信息转化为吸光度的数值信息，具体步骤如下：S1，设定标定点个数。S2，读入标定激光点经过光学系统后的拍摄图，读取光谱分布在一行像素中，强度峰值对应的像素位置，确定标定激光波长所对应的像素位置。S3，在读完设定好个数的标定图以后，通过得到的三个标定波长和它们分别对应的像素点位置，对波长和像素位置之间的对应关系进行线性拟合，从而确定出成像范围内每个像素点所对应波长值。S4，在完成标定以后，读入拍摄得到的样品光谱图，把图像行像素的强度转换成强度值的曲线分布，再通过标定的对应关系确定出坐标位置，即可把强度图转化成光谱分布曲线。实现上述步骤的软件的操作界面如图2，其中A是应用软件的图标，B是初始界面提供标定、测量、使用说明以及结束的选项，C是选择标定点个数的界面，选择好标定点个数后即可进入标定界面；D、F、H界面都是读取激光标定光谱图，E、G、I则是得到的标定激光光斑图所对应的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式分光光度计，其特征在于，包括全反镜、聚光透镜和分光系统；所述全反镜、聚光透镜和分光系统所处的光轴的总长度不超过120mm；所述分光系统包括滤光针孔、短焦距透镜、分光光栅。

【技术特征摘要】
1.一种便携式分光光度计，其特征在于，包括全反镜、聚光透镜和分光系统；所述全反镜、聚光透镜和分光系统所处的光轴的总长度不超过120mm；所述分光系统包括滤光针孔、短焦距透镜、分光光栅。2.根据权利要求1所述的便携式分光光度计，其特征在于，所述滤光针孔设置在聚光透镜的焦点处，滤除汇聚光以外的在散光；所述聚光透镜为聚光双凸透镜。3.根据权利要求1或2所述的便携式分光光度计，其特征在于，所述分光光度计还含有放置样品皿的区域，该区域设置在全反镜之前。4.根据权利要求1～3任一所述的便携式分光光度计，其特征在于，所述分光光度计适用的光源的光谱光强范围为可见光350nm-800nm内。5.根据权利要求1～4任一所述的便携式分光光度计，其特征在于，所述分光光栅的表面转角与光轴的夹角在顺时针26°-28°方向能够满足只让一级衍射光谱反射到智能手机的后置摄像头的视场范围内。6.一种检测吸光度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绶玙，简丹，孟鑫，孔艳，刘诚，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32