[發明專利]基于物聯網的拉曼光譜物質監測系統及監測方法

在審

• 申請號: 201910348045.0
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN109975211A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 李鋒;何峰;殷浩
• 申請（專利權）人: 重慶冠雁科技有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/65;G01N35/00;G08C17/02
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;陳棟梁

1.一種基于物聯網的拉曼光譜物質監測系統，用于拉曼光譜物質監測，其特征在于，包括：測試終端、無線數據傳輸模塊、云端處理器三部分組成。

所述測試終端主要用于包括食品藥品在內的生產企業、政府監管機構、消費者通過采用拉曼光譜檢測儀器檢測被測物質的拉曼信號、測試數據、測試地點及測試時間在內的各項指標，對測試數據進行預處理、建模、識別，生成測試結果；

云端處理器，主要用于接收設置在各個分布式網點的測試終端發送的測試數據或測試結果，對測試數據通過去基線、濾波、歸一化、特征提取——建模后，對被測物進行識別，得到被測物體的信息，并對結果進行存儲，判斷檢測結果是否符合國家、國際標準，同時，根據預設閾值給出綜合數據的等級，等級根據所測物質在相關領域中的國家、國際標準規定的含量來制定等級，并及時將結果反饋給三方：將測試結果、等級反饋給分布于各地點的檢測終端；將測試數據、結果信息發送給平臺管理中心；將測試等級發送給相關的部門、企業。

無線數據傳輸模塊，主要用于將終端測試數據或者測試結果、測試位置、測試時間傳輸到云端處理器。

2.根據權利要求1所述的一種基于物聯網的拉曼光譜物質監測系統其特征在于，數據處理分為兩種模式：一種是在終端計算完成后將所得結果發送至云端處理器；另一種是終端將測試數據傳輸至云端處理器，由云端處理器進行計算，并將所得結果反饋給終端。

3.根據權利要求1所述的一種基于物聯網的拉曼光譜物質監測系統，其特征在于，所述無線傳輸模塊的無限數據傳輸支持WIFI、GPS、IOT、3G、4G。

4.根據權利要求1所述的一種基于物聯網的拉曼光譜物質監測系統，其特征在于，所述測試終端主要分為三種模式：部門模式、企業模式和消費者自助檢測模式；所述部門模式主要需體現在便利性，能隨時隨地的進行檢測，故為手持式、便攜式；企業模式主要在進原料、中間過程、出品時都需檢測，所以手持式、便攜式、臺式都需要；消費者自助模式主要針對消費者，在固定的地點采用臺式。

5.根據權利要求4所述的一種基于物聯網的拉曼光譜物質監測系統，其特征在于，消費者模式自助檢測的測試結果將發送至專用“APP”中，消費者需通過下載或者關注的方式得到結果。

6.根據權利要求1-5之一所述的一種基于物聯網的拉曼光譜物質監測系統，其特征在于，所述測試終端檢測的結果將發送至相關部門、企業的網絡中指定的區域，如果出現檢測結果不合格的，將會發出提醒。

7.根據權利要求1-5之一所述的一種基于物聯網的拉曼光譜物質監測系統，其特征在于，所述云端處理器對檢測數據進行計算、處理的具體步驟如下：

1.進行去基線、濾波、歸一化在內的預處理步驟；

2.采用卷積神經網絡等機器學習算法進行特征提取——建模；

3.確定所測物質。

8.根據權利要求1-5之一所述的一種基于物聯網的拉曼光譜物質監測系統，其特征在于，所述測試終端采用的拉曼光譜檢測儀器包括激光器、拉曼探頭及單色儀，所述激光器用于發射激勵激光，所述拉曼探頭用于收集激光所激發的拉曼信號，單色儀用于將拉曼信號轉換成拉曼光譜，所述拉曼探頭包括可拆分的第一部分、第二部分、第三部分及第四部分，所述第一部分包括第一鏡片(1)、窄帶濾波片，第二部分包括二向色鏡及高通濾波片，第三部分包括第二鏡片(2)，第四部分包括第三鏡片(3)及光纖，所述激光器發出的激光通過第一光纖傳輸到第一鏡片進行準直成一個半徑范圍為2.5mm的光斑，然后光斑通過窄帶濾波片到達呈45度傾斜放置的二向色片，二向色鏡將激光反射至第二鏡片(2)，激光聚焦于被測樣品表面，由于激光的激發所產生的散射光及反射的部分激光經過第二鏡片(2)到達二向色鏡，二向色片將激發的拉曼光透過，再經高通濾波器透過純度高的拉曼光，最后經第三鏡片(3)聚焦于第二光纖之中，所得的拉曼光通過狹縫到達第四鏡片(4)，經過準直后在光柵處發生衍射，衍射光再經過第五鏡片(5)反射到達探測器，將得到的拉曼光譜信號轉換成電信號。

9.一種基于權利要求1所述系統的基于物聯網的拉曼光譜物質監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

食品藥品生產企業、政府監管機構、消費者在內的測試終端通過采用拉曼光譜檢測儀器檢測被測物質的包括測試數據或者測試結果，拉曼圖譜，并記錄下采集的地點、時間在內的各項指標，所述測試終端采用的拉曼光譜檢測儀器包括激光器、拉曼探頭及單色儀，所述激光器用于發射激勵激光，所述拉曼探頭用于收集激光所激發的拉曼信號，單色儀用于將拉曼信號轉換成拉曼光譜，所述拉曼探頭包括可拆分的第一部分、第二部分、第三部分及第四部分，所述第一部分包括第一鏡片(1)、窄帶濾波片，第二部分包括二向色鏡及高通濾波片，第三部分包括第二鏡片(2)，第四部分包括第三鏡片(3)及光纖，所述激光器發出的激光通過第一光纖傳輸到第一鏡片進行準直成一個半徑范圍為2.5mm的光斑，然后光斑通過窄帶濾波片到達呈45度傾斜放置的二向色片，二向色鏡將激光反射至第二鏡片(2)，激光聚焦于被測樣品表面，由于激光的激發所產生的散射光及反射的部分激光經過第二鏡片(2)到達二向色鏡，二向色片將激發的拉曼光透過，再經高通濾波器透過純度高的拉曼光，最后經第三鏡片(3)聚焦于第二光纖之中，所得的拉曼光通過狹縫到達第四鏡片(4)，經過準直后在光柵處發生衍射，衍射光再經過第五鏡片(5)反射到達探測器，將得到的拉曼光譜信號轉換成電信號，生成測試數據，并通過無線傳輸模塊實時將生成的測試數據和圖像加密發送至云端處理器；

云端處理器接收設置在各個分布式網點的測試終端發送的檢測數據，對檢測數據通過去基線、濾波、歸一化、特征提取——建模、識別后，得到所測物質的信息，并對結果進行存儲，判斷檢測數據是否符合國家、國際標準，同時，根據預設閾值給出綜合數據的等級，根據所測物質在相關領域的國家、國際標準中規定的含量，來制定等級，并及時將結果反饋給三方：將測試結果、等級反饋給分布于各地點的檢測終端；將測試數據、結果信息發送給平臺管理中心；將測試等級發送給相關的部門、企業。