一种微型拉曼光谱水稻检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种微型拉曼光谱水稻检测装置及方法，装置包括：激光光源，用于产生检测用拉曼光谱的激光；拉曼探头，用于传导所述激光至待测样品，以及采集样品反射的拉曼散射光；MEMS色散模块，用于将所述拉曼散射光按照波长进行分散得到分散光；CCD模块，用于将所述分散光进行光电转换得到电信号；控制模块，用于对所述电信号进行预处理，得到水稻检测数据。该装置将MEMS色散模块与CCD模块结合，利用提取样品的拉曼光谱特征对应的图像实现对样品的检测，具有体积小、成本低、可现场使用的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种微型拉曼光谱水稻检测装置及方法
本专利技术涉及农产品检测
，特别涉及一种微型拉曼光谱水稻检测装置及方法。
技术介绍
拉曼光谱（Ramanspectra）是一种散射光谱，是由印度科学家拉曼在1928年首次发现的，其是一种基于拉曼效应的分子光谱。拉曼光谱技术作为一项间接性的检测技术，成为农产品品质检测的一种可行技术。但要想满足国家在粮食、食品安全领域所注重的标准优化和现场实时监测能力，仍然存在如下问题：①直接应用于拉曼光谱检测系统的拉曼光谱光谱仪市场价格仍过高，不便于直接携带，离不开计算机等辅助计量工具，尤其在核心技术方面基本被国外完全垄断；②基于表面增强拉曼（Surface-EnhancedRamanScattering，简称SERS）技术的活性基底检测重复性不够、稳定且成本低廉的批量化产能严重不足，限制了拉曼光谱作为粮食、食品安全现场应急检测技术标准市场化推广。且长期以来，大型拉曼光谱仪由于设备大、价格高昂等原因，仅在高校实验室以及相关科研院所使用。随着环境检测、食品安全以及实时安检等众多领域对拉曼检测系统需求越来越大，便携式和微型化的拉曼散射检测系统引起了国内科研机构和大型研发公司的关注。但在便携式系统方面国外方面许多公司都致力于拉曼光谱仪的研制与开发。国外便携式拉曼光谱仪以优良的性能在中国占有绝大部分市场份额，但国外仪器价格普遍较高，一般在几万到十几万美元左右，不利于我国大范围推广应用拉曼光谱技术进行农产品品质检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于多光谱技术的水稻品质快速检测装置及方法，以解决现有的水稻检测设备存在的成本高昂、不方便现场检测及稳定性差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种微型拉曼光谱水稻检测装置，包括：激光光源，用于产生检测用拉曼光谱的激光；拉曼探头，用于传导所述激光至待测样品，以及采集样品反射的拉曼散射光；MEMS色散模块，用于将所述拉曼散射光按照波长进行分散得到分散光；CCD模块，用于将所述分散光进行光电转换得到电信号；控制模块，用于对所述电信号进行预处理，得到水稻检测数据；其中，所述拉曼探头设置有收集光纤，用于收集所述拉曼散射光。较佳地，所述MEMS色散模块包括：反射光栅、F-P色散滤波器及F-P腔，其中，所述反射光栅用于将所述拉曼散射光按波长成分进行分光；所述F-P色散滤波器用于将分光后的色散光进行光滤波；F-P腔用于输出滤波后的分散光。较佳地，所述收集光纤的前端设置有陷波滤波器，用于滤除进入所述拉曼探头的拉曼散射光的瑞利散射部分。较佳地，还包括数据处理模块，用于对所述水稻检测数据进行拉曼光谱特征分析，得到分析结果。较佳地，所述数据处理模块通过视觉图像处理对所述水稻检测数据进行拉曼光谱特征分析，得到分析结果。较佳地，所述控制模块还包括信号放大器、A/D转换器及微型处理器，所述信号放大器用于对采集的电信号进行放大，所述A/D转换器用于将放大的电信号进行A/D转换处理得到二进制的数字图像矩阵，所述微型处理器用于对数字图像矩阵进行处理，得到所述水稻检测数据。本专利技术还提供了一种微型拉曼光谱水稻检测方法，利用上述的微型拉曼光谱水稻检测装置对水稻进行拉曼光谱监测，包括：采用激光光源产生检测水稻用的拉曼光谱的激光；采用拉曼探头传导所述激光至待测样品，以及采集样品反射的拉曼散射光；采用MEMS色散模块将所述拉曼散射光按照波长进行分散得到分散光；采用CCD模块将所述分散光进行光电转换得到电信号；利用控制模块对所述电信号进行预处理，得到水稻检测数据。较佳地，还包括利用数据处理模块对所述水稻检测数据进行拉曼光谱特征分析，得到分析结果。较佳地，所述数据处理模块通过视觉图像处理对所述水稻检测数据进行拉曼光谱特征分析，得到分析结果。本专利技术装置及方法具有以下有益效果：1、将拉曼系统进行结构设计优化，通过拉曼光谱技术和CCD图像传感技术进行集成创新应用，实现现场的微型拉曼光谱检测；2、通过在拉曼探头设置陷波滤波器实现对瑞利散射光的滤除，提高后续检测精度；3、通过使用MEMS色散模块实现分光，基于微机电系统(MEMS)技术的F-P滤波器不仅能充分展现其原有的性能，而且要具有体积小、成本低和集成度高等优点，使得装置整体具有微型化和成本低的优势；4、通过设置CCD模块，利用CCD图像传感技术与拉曼光谱技术的集成，实现基于图像处理的新型检测技术，并为进一步基于图像处理的数据分析提供技术基础。附图说明图1为本专利技术优选实施例提供的微型拉曼光谱水稻检测装置组成示意图；图2为本专利技术优选实施例二提供的微型拉曼光谱水稻检测装置组成示意图；图3为本专利技术优选实施例提供的微型拉曼光谱水稻检测方法流程图。具体实施方式以下将结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本专利技术的一部分实例，并不是全部的实例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。为了便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本专利技术实施例的限定。参考图1所示，本实施例提供了一种微型拉曼光谱水稻检测装置，该装置包括以下几个部分：激光光源10，用于产生检测水稻用的拉曼光谱的激光；拉曼探头20，用于传导所述激光至待测样品，以及采集样品反射的拉曼散射光；MEMS色散模块30，用于将所述拉曼散射光按照波长进行分散得到分散光；CCD模块40，用于将所述分散光进行光电转换得到电信号；控制模块50，用于对所述电信号进行预处理，得到水稻检测数据。此外，参考图2所示，在进一步的优选实施例二中，该装置还包括数据处理模块60。在优选实施例二中，除新增的数据处理模块60外，其他模块均与上述实施例的实施方式相同。本实施例中，数据处理模块60用于对得到的水稻检测数据进行拉曼光谱特征分析，得到分析结果。这里的数据处理模块60可以设置在装置内，方便进行本地的数据处理和分析。在其他的变形实施例中，数据处理模块60还可以设置在智能手持终端设备、台式计算机设备、云端服务器等具有计算和存储能力的设备上，通过无线或有线的形式与控制模块进行通信，方便用户远程查看分析结果。使用该装置可以进行稻种品质及水稻生长状态的检测，也即将水稻作为检测样品使用该装置完成快速的现场检测。具体地，该装置工作时，激光光源10通过拉曼探头20的输入端将监测用的激光照射到水稻的待测样品上，在待测样品处激发产生拉曼散射光。再由拉曼探头20收集在样品处被激光激发而产生的拉曼散射光后，将采集的拉曼散射光传输至上述的MEMS色散模块30，由MEMS色散模块30将拉曼散射光按照波长进行分散后入射到CCD模块40中进行光电转换，CCD模块40可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型拉曼光谱水稻检测装置，其特征在于，包括：/n激光光源，用于产生检测水稻用的拉曼光谱的激光；/n拉曼探头，用于传导所述激光至待测样品，以及采集样品反射的拉曼散射光；/nMEMS 色散模块，用于将所述拉曼散射光按照波长进行分散得到分散光；/nCCD模块，用于将所述分散光进行光电转换得到电信号；/n控制模块，用于对所述电信号进行预处理，得到水稻检测数据；/n其中，所述拉曼探头设置有收集光纤，用于收集所述拉曼散射光。/n

【技术特征摘要】
1.一种微型拉曼光谱水稻检测装置，其特征在于，包括：
激光光源，用于产生检测水稻用的拉曼光谱的激光；
拉曼探头，用于传导所述激光至待测样品，以及采集样品反射的拉曼散射光；
MEMS色散模块，用于将所述拉曼散射光按照波长进行分散得到分散光；
CCD模块，用于将所述分散光进行光电转换得到电信号；
控制模块，用于对所述电信号进行预处理，得到水稻检测数据；
其中，所述拉曼探头设置有收集光纤，用于收集所述拉曼散射光。


2.根据权利要求1所述的微型拉曼光谱水稻检测装置，其特征在于，所述MEMS色散模块包括：反射光栅、F-P色散滤波器及F-P腔，其中，所述反射光栅用于将所述拉曼散射光按波长成分进行分光；所述F-P色散滤波器用于将分光后的色散光进行光滤波；F-P腔用于输出滤波后的分散光。


3.根据权利要求1所述的微型拉曼光谱水稻检测装置，其特征在于，所述收集光纤的前端设置有陷波滤波器，用于滤除进入所述拉曼探头的拉曼散射光的瑞利散射部分。


4.根据权利要求1所述的微型拉曼光谱水稻检测装置，其特征在于，还包括数据处理模块，用于对所述水稻检测数据进行拉曼光谱特征分析，得到分析结果。


5.根据权利要求4所述的微型拉曼光谱水稻检测装置，其特征在于，所述数据处理模块通过视觉图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈化东，赵慕阶，刘可，王庚，
申请(专利权)人：南京艾龙信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32