[發(fā)明專利]一種寬場傳輸動態(tài)液體成份分析方法及裝置

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• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN111693493A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王冠學(xué);丁思同;苗玉;李月;高秀敏
• 申請（專利權(quán)）人: 量敏傳感技術(shù)（上海）有限公司
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552;G01N21/01
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1.一種寬場傳輸動態(tài)液體成份分析方法及裝置，包括樣品模塊(1)、光源整形模塊(2)、檢測模塊(3)，其特征在于：所述樣品模塊(1)由晶體(102)與盛有動態(tài)液體的容器(101)組合而成，晶體與盛有動態(tài)液體的容器間緊密貼合，光源整形模塊(2)發(fā)出平行準(zhǔn)直光束到全息相位板，經(jīng)相位調(diào)制至同一直線，該直線具有多個聚焦光斑，該組光場在晶體與裝有動態(tài)液體溶液的容器內(nèi)一定深度的液體表面上發(fā)生衰減全反射，經(jīng)反射回來的光場被檢測模塊(3)接收，利用本發(fā)明提出的一種結(jié)合本系統(tǒng)的光檢測信號放大方法對反射光場進(jìn)行相應(yīng)分析處理，其中所述光檢測信號放大方法為將檢測模塊(3)接收到的光場反映出的待測液體成份信息構(gòu)造成多個數(shù)學(xué)模型，將待測動態(tài)液體成份信息高效、靈敏的檢測出來，并且可以將動態(tài)液體成份的微小變化轉(zhuǎn)換為可檢測出來的明顯數(shù)據(jù)變化。具體方法步驟為：

1)探測器接收到反射光場在當(dāng)前時刻的一組光強(qiáng)信息，將該組光強(qiáng)數(shù)據(jù)記為矩陣A＝[A₁,A₂……A_n]。

2)考慮到各平行光場同時攜帶有待測成份信息與各種干擾信息，現(xiàn)本發(fā)明利用提出的光檢測信號放大方法將接收到的數(shù)據(jù)中有用待測信息很好的提取出來，并且將其靈敏度極高、準(zhǔn)確率極高的轉(zhuǎn)換成數(shù)字表示形式。由于各光場所攜帶的有用信息相同，而干擾信息可變，構(gòu)造矩陣B

矩陣B反映了當(dāng)前時刻攜帶待測液體信息的所有光場數(shù)據(jù)信息以及當(dāng)前時刻不同干擾信息影響下不同位置接收信息的變化差值。

3)對矩陣B內(nèi)的每一行數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積運(yùn)算，構(gòu)造矩陣C＝[C₁,C₂……C_n]，其中C₁為矩陣B第一行數(shù)據(jù)的卷積結(jié)果。

對矩陣C得到的某一時刻待測液體成份數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，且構(gòu)造后矩陣的卷積運(yùn)算可以很好的增強(qiáng)有用信號，即可利用標(biāo)定好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對比得到每一時刻待測動態(tài)液體成份信息。

4)本發(fā)明提出的光檢測信號放大方法也適用于動態(tài)液體成份變化的靈敏監(jiān)測，在1)的基礎(chǔ)上構(gòu)造矩陣B’，B’中的每一項為相比于標(biāo)定好的成份信息數(shù)據(jù)矩陣B中每一項增加一個變化量。

5)對應(yīng)矩陣C，將B’中每一行數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積運(yùn)算構(gòu)造矩陣C’＝[C₁’,C₂’……C_n’]

由于動態(tài)液體中的每一個微小變化在經(jīng)本發(fā)明提出的卷積運(yùn)算后的矩陣C’中都表現(xiàn)為相對于C的明顯數(shù)字變化，所以待測動態(tài)液體成份信息的變化可以被高效、準(zhǔn)確且極其靈敏的檢測出來，達(dá)到實時變化監(jiān)測的效果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬場傳輸動態(tài)液體成份分析方法與裝置，其特征在于：所述樣品模塊(1)由滿足全反射條件的晶體(102)與盛有動態(tài)液體容器(101)之間緊密貼合組成，該晶體可以是鍺、氯化銀、硅等中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬場傳輸動態(tài)液體成份分析方法及裝置，其特征在于：所述光源整形模塊(2)如圖2，由光源(201)、雙膠合透鏡(202)、波片(203)、全息相位板(204)和晶體表面(205)組成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬場傳輸動態(tài)液體成份分析方法及裝置，其特征在于：所述探測模塊(3)為線陣CCD、光電二極管中的一種。

5.一種采用權(quán)利要求1-4任一所述的寬場傳輸動態(tài)液體成份分析方法及裝置，其特征在于，步驟為：

1)對入射紅外光束準(zhǔn)直、調(diào)制

利用多層準(zhǔn)直、分光元件對光源發(fā)出的光場進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，發(fā)出一組平行聚焦光斑，使其能夠很好的攜帶待測動態(tài)液體成份信息。

2)基于紅外光衰減全反射方法的待測動態(tài)液體信息采集

基于衰減全反射原理，在光場射入帶測液體一定深度處與待測液體發(fā)生衰減全反射，反射光束的光強(qiáng)變化可以精確、靈敏的反映待測液體相關(guān)信息。

3)利用光檢測信號放大方法模型對待測液體信息進(jìn)行處理分析

所述探測模塊接收到的光場光強(qiáng)信息仍含有很多干擾信息，利用構(gòu)造的創(chuàng)新型光檢測信號放大方法將接收到的信息進(jìn)一步計算，將接收到數(shù)據(jù)中有用待測信息很好的提取出來，并且將其靈敏度極高、準(zhǔn)確率極高的轉(zhuǎn)換成數(shù)字表示形式。由于各光場所攜帶的有用信息相同，而干擾信息可變，構(gòu)造矩陣B，矩陣B反映了當(dāng)前時刻攜帶待測液體信息的所有光場數(shù)據(jù)信息以及當(dāng)前時刻不同干擾信息影響下不同位置接收信息的變化差值。緊接著對矩陣B內(nèi)的每一行數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積運(yùn)算，構(gòu)造矩陣C＝[C₁,C₂……C_n]，其中C₁為矩陣B第一行數(shù)據(jù)的卷積結(jié)果。對矩陣C得到的某一時刻待測液體成份數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，且構(gòu)造后矩陣的卷積運(yùn)算可以很好的增強(qiáng)有用信號，即可利用標(biāo)定好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對比得到每一時刻待測動態(tài)液體成份信息。并且由于本發(fā)明提出的放大方法可以將動態(tài)液體成份信息微小變化極好的放大，可以擴(kuò)展為對于任意時刻動態(tài)液體的實時監(jiān)測。