一种基于激光光谱的集成化人体呼气检测系统技术方案

本发明专利技术涉及医疗检测技术领域，尤其涉及一种基于激光光谱的集成化人体呼气检测系统，波长TDLAS可调谐半导体激光光源发出经过波长调制的不同波段的红外光，经由光纤耦合器汇集到一条光纤中，再由光纤分路器分成两束相同强度的红外激光，一束照射采样气室内含有标志物气体的气体样品，另一束经过光纤衰减器将光强调节与空气室输出光强相同大小后输出，所述MEMS

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光光谱的集成化人体呼气检测系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种基于激光光谱的集成化人体呼气检测系统。

技术介绍

[0002]人体呼出气检测作为非侵入性生物标识物诊断技术，可以用于多种重大疾病的诊断，具有巨大的临床应用价值。然而，根据美国胸科学会联合欧洲呼吸学会(ATS/ERS)技术标准，下呼吸道的甲烷等气体的浓度在2ppm以下，传统的电化学等传感器的探测精度难以满足。
[0003]但是现有技术中的呼气检测装置体积巨大、价格昂贵，检测装置波长单一，无法同时检测多种气体。
[0004]因此通过光谱传感器对气体成分进行检测，监测病灶代谢物产生特征的微量气标志物的成分和浓度，在体外呼气检测领域具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于激光光谱的集成化人体呼气检测系统，以解决上述
技术介绍
中存在的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于激光光谱的集成化人体呼气检测系统，包括：TDLAS可调谐半导体激光光源、双路MEMS
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SPI光谱传感器、长光程采样气室、光纤耦合器、信号放大模块、FPGA处理核心和光纤衰减器，所述TDLAS可调谐半导体激光光源发出经过波长调制的不同波长红外光并经由光纤耦合器分成两束相同光强的红外光，其中一束红外光照射长光程采样气室内含有标志物气体的气体样品，另一束红外光通过光纤衰减器，所述双路MEMS
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SPI光谱传感器一路采集由TDLAS可调谐半导体激光光源发出并被标志物气体吸收特定波长红外光后的光信号，所述双路MEMS
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SPI光谱传感器另一路采集由TDLAS可调谐半导体激光光源发出经由光纤衰减器产生的差分光信号，所述信号放大模块将双路MEMS
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SPI光谱传感器对光信号处理后生成的电信号进行锁相放大并转换成数字信号进而传入FPGA处理核心，所述FPGA处理核心对数字信号进行识别并分析出样品中所含标志物气体的浓度。
[0008]进一步的，还包括波长调制激光光源驱动电路，所述波长调制激光光源驱动电路由若干个TDLAS可调谐半导体激光器、恒流控制电路和TEC温控芯片组成，所述波长调制激光光源驱动电路构建能够进行波长调制并发出不同波长红外光的TDLAS可调谐半导体激光光源。
[0009]进一步的，所述双路MEMS
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SPI光谱传感器由两个MEMS
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SPI光谱传感器组成。
[0010]进一步的，所述FPGA处理核心采用DDS波形耦合模块产生调制波形，所述TDLAS可调谐半导体激光光源通过FPGA处理核心控制DDS波形耦合模块产生调制信号驱动波长调制激光光源驱动电路进行波长调制。
[0011]进一步的，所述信号放大模块包括飞安级输入偏置电流运算放大器、锁相放大器和AD转换模块，所述电信号经由飞安级输入偏置电流运算放大器和锁相放大器放大后传入AD转换模块，所述AD转换模块用于将双路MEMS
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SPI光谱传感器对光信号处理后得到的电信号转换成数字信号并传入FPGA处理核心中。
[0012]进一步的，所述飞安级输入偏置电流运算放大器与锁相放大器组成高灵敏度多级放大电路。
[0013]进一步的，所述MEMS
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SPI光谱传感器还设置有用于滤波的微机电控制电路。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0015]1.利用若干个TDLAS可调谐半导体激光器与波长调制激光光源驱动电路构建波长可调的TDLAS可调谐半导体激光光源，通过FPGA处理核心控制DDS波形耦合模块产生调制信号驱动波长调制激光光源驱动电路进行波长调制。与目前单一波长半导体激光器相比，该系统可以探测多种波长的红外信息，并通过气体吸收峰判断混合气体的成分和浓度。与昂贵的量子级联QCL激光器相比，该系统的使用寿命显著提升，对温湿度等实验环境要求降低，拓宽了使用范围。
[0016]2.采用双路MEMS
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SPI光谱传感器对光源发出得的红外光信号进行采集，同时使用高精度运算放大器、锁相放大器进行采集放大，实现了对多种波长的红外光进行高效的采集与识别，采用波长调制光谱检测技术提高了气体传感的精度。
[0017]3.采用FPGA处理核心对采集的数据进行处理与分析，通过分析不同波长的红外光转化成的电信号，检测出样品中不同标志物气体的浓度，实现在癌症检测领域应用的作用。
附图说明
[0018]图1是本专利技术结构连接视图；
[0019]图2是本专利技术MEMS
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SPI光谱传感器与信号放大模块的结构视图；
[0020]图3是本专利技术TDLAS可调谐半导体激光光源的结构视图；
[0021]图4a是本专利技术恒流驱动电路图；
[0022]图4b是本专利技术TEC温控芯片的温控电路图；
[0023]图5a是本专利技术飞安级输入偏置电流运算放大器与AD转换模块的电路图；
[0024]图5b是本专利技术锁相放大器的电路图；
[0025]图5c是本专利技术低噪声电源模块的电路图；
[0026]图6是本专利技术对20ppm的二氧化碳、甲烷、盐酸的混合气体检测与识别的结果图；
[0027]附图中的标号为：1
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TDLAS可调谐半导体激光光源，2
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双路MEMS
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SPI光谱传感器，3
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长光程采样气室，4
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波长调制激光光源驱动电路，5
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光纤耦合器，6
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信号放大模块，7
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FPGA处理核心，8
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光纤衰减器，9
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MEMS
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SPI光谱传感器，10
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飞安级输入偏置电流运算放大器，11
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锁相放大器，12
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AD转换模块，13
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TDLAS可调谐半导体激光器，14
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恒流驱动电路，15
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TEC温控芯片。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]参见图1～6所示，一种基于激光光谱的集成化人体呼气检测系统，包括：TDLAS可
调谐半导体激光光源1、双路MEMS
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SPI光谱传感器2、长光程采样气室3、光纤耦合器5、信号放大模块6、FPGA处理核心7和光纤衰减器8，TDLAS可调谐半导体激光光源1发出经过波长调制的不同波长红外光并经由光纤耦合器5分成两束相同光强的红外光，其中一束红外光照射长光程采样气室3内含有标志物气体的气体样品，另一束红外光经过光纤衰减器8将光强调节至与长光程采样气室3输出的光强相同大小后输出，双路MEMS
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光光谱的集成化人体呼气检测系统，其特征在于，包括：TDLAS可调谐半导体激光光源(1)、双路MEMS
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SPI光谱传感器(2)、长光程采样气室(3)、光纤耦合器(5)、信号放大模块(6)、FPGA处理核心(7)和光纤衰减器(8)，所述TDLAS可调谐半导体激光光源(1)发出经过波长调制的不同波长红外光并经由光纤耦合器(5)分成两束相同光强的红外光，其中一束红外光照射长光程采样气室(3)内含有标志物气体的气体样品，另一束红外光通过光纤衰减器(8)，所述双路MEMS
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SPI光谱传感器(2)一路采集由TDLAS可调谐半导体激光光源(1)发出并被标志物气体吸收特定波长红外光后的光信号，所述双路MEMS
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SPI光谱传感器(2)另一路采集由TDLAS可调谐半导体激光光源(1)发出经由光纤衰减器(8)产生的差分光信号，所述信号放大模块(6)将双路MEMS
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SPI光谱传感器(2)对光信号处理后生成的电信号进行锁相放大并转换成数字信号进而传入FPGA处理核心(7)，所述FPGA处理核心(7)对数字信号进行识别并分析出样品中所含标志物气体的浓度。2.根据权利要求1所述的一种基于激光光谱的集成化人体呼气检测系统，其特征在于：还包括波长调制激光光源驱动电路(4)，所述波长调制激光光源驱动电路(4)由若干个TDLAS可调谐半导体激光器(13)、恒流控制电路(14)和TEC温控芯片(15)组成，所述波长调制激光光源驱动电路(4)构建能够进行波长调制并发出...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向，刘兆海，房孝猛，秦永敏，
申请(专利权)人：苏州捷准智能科技研发有限公司，
类型：发明
国别省市：