本发明涉及一种高通量手持自动光谱检测仪。
背景技术：
光学检测方法广泛应用于科学研究和日常生活中，可以通过光谱来测量溶液的吸光度等指标，进而反映出相应物质的浓度。现有光学检测系统通常需要用户购买单独的光源、光谱仪、光纤、样品池等组件自行搭建，并手动进行检测，需要一定的专业光学知识，同时大部分光学系统使用的是单通道检测方法，检测效率较低，并且系统体积较大，不适合现场快速检测使用。
技术实现要素：
本发明提供了一种高通量手持自动光谱检测仪，采用如下的技术方案：
一种高通量手持自动光谱检测仪，包括：检测仪上盖、检测仪中部外壳和检测仪底座；检测仪上盖、检测仪中部外壳和检测仪底座依次连接形成高通量手持自动光谱检测仪的外壳；高通量手持自动光谱检测仪还包括设置在外壳中的用于容纳待检测溶液的多孔板样品池、用于支撑多孔板样品池的多孔板支架、用于驱动多孔板支架沿着某一直线方向进行往复运动的驱动组件、用于发射检测光线的led光源、用于接收led光源发射的检测光线并将检测到的光信号转换成电信号的微型光谱传感器、用于控制微型光谱传感器的检测电路板和用于控制高通量手持自动光谱检测仪的arduino控制板；驱动组件驱动多孔板支架以使其在往复运动的过程中其上支撑的多孔板样品池中的每一个样品池均经过led光源发出的检测光线；驱动组件可驱动多孔板支架使其运动至壳体外部从而供用户往多孔板样本品池中添加待检测溶液并将多孔板样品池放入多孔板支架中。
进一步地，led光源设置于检测仪上盖；
微型光谱传感器、检测电路板和arduino控制板均设置在检测仪底座；
驱动组件、多孔板支架和多孔板样品池设置于检测仪中部外壳。
进一步地，高通量手持自动光谱检测仪还包括第一可调准直镜和第二可调准直镜；
第一可调准直镜连接至led光源以调节从led光源射出的检测光线；
第二可调准直镜连接至微型光谱传感器用于调节射入微型光谱传感器的检测光线。
进一步地，驱动组件包括：第一光轴轴承、第二光轴轴承、支撑在第一光轴轴承和第二光轴轴承上的光轴、步进电机、连接至步进电机的电机轴的丝杠联轴器、连接至丝杠联轴器的丝杠、用于支撑丝杠的另一端的丝杠轴承、套设于丝杠的法兰螺母、用于支撑步进电机的第一步进电机固定架和第二步进电机固定架；
光轴平行于丝杠；
多孔板支架滑动套设于光轴且连接至法兰螺母。
进一步地，丝杠沿着上下方向设置于检测仪中部外壳。
进一步地，检测仪中部外壳下端设置有进样口；
多孔板支架在步进电机的驱动下通过进样口滑出至检测仪外部；
进样口连接有用于封闭进样口的进样口盖。
进一步地，多孔板样品池为八路多孔板样品池。
进一步地，led光源发射的检测光线的波长范围为340nm—850nm。
进一步地，高通量手持自动光谱检测仪还包括可充电锂电池；
可充电锂电池设置于检测仪底座；
可充电锂电池连接至检测电路板和arduino控制板为其进行供电。
进一步地，检测仪上盖外侧上安装有触摸显示屏和检测仪控制按键，检测所得结果可以直接在触摸显示屏上显示，触摸显示屏通过导线与arduino控制板相连，用户能通过触摸操作对高通量手持自动光谱检测仪进行控制。
本发明的有益之处还在于所提供的高通量手持自动光谱检测仪集成宽带led光源、微型光谱传感器、可调准直镜、多孔板样品池等组件于一体，设计了手持式光谱检测仪，并创新性地设计了以步进电机、丝杠和光轴为主要部件的传动模块，实现了自动检测，并结合商用八通道多孔板，可以进行快速高通量检测，可以广泛应用于重金属检测、生物毒素检测、有机食品检测和人体唾液尿液检测等领域。
附图说明
图1是本发明的高通量手持自动光谱检测仪的示意图。
高通量手持自动光谱检测仪100，检测仪上盖11，触摸显示屏111，检测仪控制按键112，检测仪中部外壳12，进样口121，进样口盖122，检测仪底座13，多孔板样品池20，多孔板支架30，驱动组件40，第一光轴轴承41，第二光轴轴承42，光轴43，步进电机44，丝杠联轴器45，丝杠46，丝杠轴承47，法兰螺母48，第一步进电机固定架49，第二步进电机固定架50，led光源60，微型光谱传感器70，检测电路板80，arduino控制板90，第一可调准直镜61，第二可调准直镜71。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1所示为本发明的一种高通量手持自动光谱检测仪100，其主要包括：检测仪上盖11、检测仪中部外壳12和检测仪底座13。检测仪上盖11、检测仪中部外壳12和检测仪底座13依次连接形成高通量手持自动光谱检测仪100的外壳。
高通量手持自动光谱检测仪100还包括设置在外壳中的多孔板样品池20、多孔板支架30、驱动组件40、led光源60、微型光谱传感器70、检测电路板80和arduino控制板90。其中，多孔板样品池20用于容纳待检测溶液。多孔板样品池20为透明材料制成，在本发明中，多孔板样品池20为八路多孔板样品池20。多孔板支架30用于支撑多孔板样品池20。驱动组件40用于驱动多孔板支架30沿着某一直线方向进行往复运动。led光源60用于发射检测光线，led光源60发射的检测光线的波长范围为340nm—850nm。微型光谱传感器70用于接收led光源60发射的检测光线并将检测到的光信号转换成电信号。检测电路板80用于控制微型光谱传感器70。arduino控制板90用于控制高通量手持自动光谱检测仪100。led光源60，驱动组件40和检测电路板80均电连接至arduino控制板90。
在本发明中，驱动组件40驱动多孔板支架30以使其在往复运动的过程中其上支撑的多孔板样品池20中的每一个样品池均经过led光源60发出的检测光线，这样，在多孔板支架30运动的过程中，多孔板样品池20中的待检测溶液均能够被检测光线照射到。驱动组件40可驱动多孔板支架30使其运动至壳体外部从而供用户往多孔板样本品池中添加待检测溶液，并将多孔板样品池20放入多孔板支架30中。
作为一种优选的实施方式，led光源60设置于检测仪上盖11。微型光谱传感器70、检测电路板80和arduino控制板90均设置在检测仪底座13。驱动组件40、多孔板支架30和多孔板样品池20设置于检测仪中部外壳12。
作为一种优选的实施方式，高通量手持自动光谱检测仪100还包括第一可调准直镜61和第二可调准直镜71。第一可调准直镜61连接至led光源60以调节从led光源60射出的检测光线。第二可调准直镜71连接至微型光谱传感器70用于调节射入微型光谱传感器70的检测光线。
作为一种优选的实施方式，驱动组件40包括：第一光轴轴承41、第二光轴轴承42、支撑在第一光轴轴承41和第二光轴轴承42上的光轴43、步进电机44、连接至步进电机44的电机轴的丝杠联轴器45、连接至丝杠联轴器45的丝杠46、用于支撑丝杠46的另一端的丝杠轴承47、套设于丝杠46的法兰螺母48、用于支撑步进电机44的第一步进电机固定架49和第二步进电机固定架50。光轴43平行于丝杠46。多孔板支架30滑动套设于光轴43且连接至法兰螺母48。其中，第一光轴轴承41、第二光轴轴承42、丝杠联轴器45、第一步进电机固定架49和第二步进电机固定架50可选择固定至检测仪上盖11、检测仪中部外壳12和检测仪底座13中的任意一个上。
具体的，当步进电机44接收到正转电信号后，将通过丝杠联轴器45带动丝杠46正转，从而驱动法兰螺母48正向移动，同时法兰螺母48带动多孔板支架30和多孔板样品池20正向移动，多孔板样品池20完全穿过光线后，完成第一次扫描。此后，步进电机44接收到反转电信号后，将通过丝杠联轴器45带动丝杠46反转，从而驱动法兰螺母48反向移动，同时法兰螺母48带动多孔板支架30和多孔板样品池20反向移动，多孔板样品池20再次完全穿过光线后，完成第二次扫描，此时完成了完整的一组扫描。
作为一种优选的实施方式，丝杠46沿着上下方向设置于检测仪中部外壳12。检测仪中部外壳12下端设置有进样口121。多孔板支架30在步进电机44的驱动下通过进样口121滑出至检测仪外部。进样口121连接有用于封闭进样口121的进样口盖122。
作为一种优选的实施方式，高通量手持自动光谱检测仪100还包括可充电锂电池10。可充电锂电池10设置于检测仪底座13。可充电锂电池10连接至检测电路板80和arduino控制板90为其进行供电。
作为一种优选的实施方式，检测仪上盖11外侧上安装有触摸显示屏111和检测仪控制按键112，检测所得结果可以直接在触摸显示屏111上显示，触摸显示屏111通过导线与arduino控制板90相连，用户能通过触摸操作对高通量手持自动光谱检测仪100进行控制。
具体的，首先通过开机按钮使仪器开机，用户将进样口盖122推下，并在触摸显示屏111上按下“放样”选项，指令传输给arduino控制板90，arduino控制板90向步进电机44发送正转指令，步进电机44接收到正转电信号后，将通过丝杠联轴器45带动丝杠46正转，从而驱动法兰螺母48正向移动，同时法兰螺母48带动多孔板支架30正向滑动，多孔板支架30根据程序预先设定好的距离完全弹出，此时用户向多孔板样品池20中加入待检测液和相应的检测试剂后，将多孔板样品池20轻轻放入多孔板支架30中，并在触摸显示屏111上按下“完成放样”的选项，指令传输给arduino控制板90，arduino控制板90向步进电机44发送反转指令，步进电机44接收到反转电信号后，通过丝杠联轴器45带动丝杠46反转，从而驱动法兰螺母48反向移动，同时法兰螺母48带动多孔板支架30和多孔板样品池20反向滑动，多孔板支架30根据程序预先设定好的距离完全收回，用户将进样口盖122向上推回，并完全卡紧，此时完成了放样工作。
在进行检测时，用户可以在触摸显示屏111上选择检测扫描次数，并按下“开始检测”选项，此时指令传输至arduino控制板90中，arduino控制板90向检测电路板80和步进电机44发送指令，检测电路板80接收到指令后，会控制led光源60和微型光谱传感器70工作，同时步进电机44接收到正转电信号后，将通过丝杠联轴器45带动丝杠46正转，从而驱动法兰螺母48正向移动，法兰螺母48带动多孔板支架30和多孔板样品池20正向滑动，多孔板样品池20经过光线时，led光源60发射的光线通过第一可调准直镜61聚焦于样品池20中的液体液面，透射过溶液之后再通过多孔板样品池20下方的第二可调准直镜71准直后，进入微型光谱传感器70中，微型光谱传感器70将光学信号转换为电信号，并通过检测电路板80的放大和滤波等处理后传输至arduino控制板90中，当多孔板样品池20完全穿过光线后，完成第一次扫描。此后，arduino控制板90向步进电机44发送反转指令，步进电机44接收到反转电信号后，将通过丝杠联轴器45带动丝杠46反转，从而驱动法兰螺母48反向移动，同时法兰螺母48带动多孔板支架30和多孔板样品池20反向移动，当多孔板样品池20再次完全穿过光线后，完成第二次扫描，此时完成了完整的一组扫描。arduino控制板90中会记录测量得到的数据并进行相关运算处理，最终结果可以直接在触摸显示屏111上显示。
在使用本发明时，用户可在多孔板样品池20的第一个通路中加入空白溶液，以消除微弱环境光的干扰，也可向多孔板样品池20的八个通路中加入不同浓度的标准液，先进行一次标定检测，建立标准曲线后，再进行待检测液的检测。在扫描检测过程中，多孔板样品池20的每一个通路经过光线时，微型光谱传感器70可以进行多次数据采集，采集次数可由用户设置，最多可进行1000次扫描采集，计算得出的平均值即可作为该通路检测数据，所以本发明通过极大的检测量保证了检测结果的准确性和稳定性。
此外，arduino控制板90采集到的数据可通过蓝牙发送至智能手机中，可通过专业的分析软件进行深度处理，还可显示原始光谱曲线，以及进行存储、分享等操作。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
1.一种高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，所述高通量手持自动光谱检测仪包括：检测仪上盖、检测仪中部外壳和检测仪底座；所述检测仪上盖、所述检测仪中部外壳和所述检测仪底座依次连接形成所述高通量手持自动光谱检测仪的外壳；所述高通量手持自动光谱检测仪还包括设置在所述外壳中的用于容纳待检测溶液的多孔板样品池、用于支撑所述多孔板样品池的多孔板支架、用于驱动所述多孔板支架沿着某一直线方向进行往复运动的驱动组件、用于发射检测光线的led光源、用于接收所述led光源发射的检测光线并将检测到的光信号转换成电信号的微型光谱传感器、用于控制所述微型光谱传感器的检测电路板和用于控制所述高通量手持自动光谱检测仪的arduino控制板；所述驱动组件驱动所述多孔板支架以使其在往复运动的过程中其上支撑的所述多孔板样品池中的每一个样品池均经过所述led光源发出的检测光线；所述驱动组件可驱动所述多孔板支架使其运动至所述壳体外部从而供用户往所述多孔板样本品池中添加待检测溶液并将所述多孔板样品池放入所述多孔板支架中。
2.根据权利要求1所述的高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，
所述led光源设置于所述检测仪上盖；
所述微型光谱传感器、所述检测电路板和所述arduino控制板均设置在所述检测仪底座；
所述驱动组件、所述多孔板支架和所述多孔板样品池设置于所述检测仪中部外壳。
3.根据权利要求2所述的高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，
所述高通量手持自动光谱检测仪还包括第一可调准直镜和第二可调准直镜；
所述第一可调准直镜连接至所述led光源以调节从所述led光源射出的检测光线；
所述第二可调准直镜连接至所述微型光谱传感器用于调节射入所述微型光谱传感器的检测光线。
4.根据权利要求3所述的高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，
所述驱动组件包括：第一光轴轴承、第二光轴轴承、支撑在所述第一光轴轴承和所述第二光轴轴承上的光轴、步进电机、连接至所述步进电机的电机轴的丝杠联轴器、连接至所述丝杠联轴器的丝杠、用于支撑所述丝杠的另一端的丝杠轴承、套设于所述丝杠的法兰螺母、用于支撑所述步进电机的第一步进电机固定架和第二步进电机固定架；
所述光轴平行于所述丝杠；
所述多孔板支架滑动套设于所述光轴且连接至所述法兰螺母。
5.根据权利要求4所述的高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，
所述丝杠沿着上下方向设置于所述检测仪中部外壳。
6.根据权利要求5所述的高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，
所述检测仪中部外壳下端设置有进样口；
所述多孔板支架在所述步进电机的驱动下通过所述进样口滑出至检测仪外部；
所述进样口连接有用于封闭所述进样口的进样口盖。
7.根据权利要求1所述的高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，
所述多孔板样品池为八路多孔板样品池。
8.根据权利要求1所述的高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，
所述led光源发射的检测光线的波长范围为340nm—850nm。
9.根据权利要求1所述的高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，
所述高通量手持自动光谱检测仪还包括可充电锂电池；
所述可充电锂电池设置于所述检测仪底座；
所述可充电锂电池连接至所述检测电路板和所述arduino控制板为其进行供电。
10.根据权利要求1所述的高通量手持自动光谱检测仪，其特征在于，
所述检测仪上盖外侧上安装有触摸显示屏和检测仪控制按键，检测所得结果可以直接在所述触摸显示屏上显示，所述触摸显示屏通过导线与arduino控制板相连，用户能通过触摸操作对所述高通量手持自动光谱检测仪进行控制。
技术总结