(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711011219.1
(22)申请日 2017.10.24
(71)申请人 吉林大学
地址 130061 吉林省长春市前进大街2699
号
(72)发明人 费强 李成波 于爱民
(74)专利代理机构 北京尚诚知识产权代理有限
公司 11322
代理人 鲁兵
(51)Int.Cl.
G01N 21/78(2006.01)
G01N 21/84(2006.01)
(54)发明名称
及方法
(57)摘要
本发明基于颜传感器的干化学法精确检
测装置及方，涉及颜识别技术领域，是一种利
别，并确定待测物浓度的仪器装置。针对干化学
方法检测的弊端，提供一种基于颜传感器的精
确颜识别装置，可以实现干化学法的精确定
量。本发明由试纸条测量单元、LED光源组件、颜
传感器单元、通讯单元、控制单元等主要部分
构成。同时也发明了建立颜与待测物浓度定量
关系模型的方法，
以及未知物的定量方法。权利要求书2页 说明书7页 附图2页CN 107860766 A 2018.03.30
C N 107860766
A
1.基于颜传感器的干化学法精确检测装置，包括试纸条测量单元、LED光源组件、颜传感器单元、通讯单元和控制单元，所述LED光源组件中采用强度连续可调白光LED为光源，颜传感器单元中用RGB(红，绿，蓝)三颜传感器用以检测试纸条颜，控制单元中以ARM微处理器为核心，构成针对干化学法试纸条颜进行精确测量的检测仪器。
2.如权利要求1所述的基于颜传感器的干化学法精确检测装置，其特征在于：所述的试纸条测量单元，包括一不漏光的测量室，待测试纸条置于测量室内，LED光源安装在光线照射到待测试纸条的位置，RGB颜传感器安装在能探测到待测试纸条颜的位置。
3.如权利要求2所述的基于颜传感器的干化学法精确检测装置，其特征在于：所述测量室内设中空腔室用于放置试纸条，测量室上方连接两个圆柱形通道，圆柱形通道顶部用于安装LED光源。
4.如权利要求3所述的基于颜传感器的干化学法精确检测装置，其特征在于：所述圆形通道长度为0.5CM-1CM，且与测量室腔室平面呈一角度，其轴线指向试纸条的中心。
5.如权利要求3或4所述的基于颜传感器的干化学法精确检测装置，其特征在于：测量室上方设方形接口用于安装RGB颜传感器。
6.如权利要求3或4或5所述的基于颜传感器的干化学法精确检测装置，其特征在于：测量室前部设有
长方形开口用于将试纸条放入，长方形开口的内部设有一可动闸锁，测量室腔室底部设有导轨用于稳定放入的试纸条。
7.如权利要求1至6任一项所述的基于颜传感器的干化学法精确检测装置，其特征在于：
所述LED光源组件，包括LED光源和与其电连接控制LED光源光强的LED光强控制电路；
所述颜传感器单元，包括RGB颜传感器和与其电连接的颜传感器控制电路；
所述控制单元包括微处理器，连接颜传感器控制电路、颜传感器控制电路和通讯单元，通过通讯单元接收来自控制终端的检测命令，通过LED光强控制电路使LED光源输出强度适合的光信号，操控颜传感器采信颜信号，并经过白平衡校正后再经由通讯单元传到控制终端。
8.如权利要求7所述的基于颜传感器的干化学法精确检测装置，其特征在于：所述通讯单元为蓝牙模块。
9.基于颜传感器建立颜和浓度关系定量模型的方法，使用权利要求1至8任一项所述装置，包含以下步骤：
步骤a：将纯白试纸条置于测量室内腔，控制LED光源发出合适强度的光(使颜传感器检测值为最大
值输出值的80％左右)照射到试纸条上，然后通过颜传感器检测散射光，得到原始的白平衡颜数据，按照纯白RGB三原强度相同的原则，对原始数据进行归一化，计算出RGB三原(红R，绿G，蓝B)各自的白平衡转换因子；
步骤b：将检测过不同标准浓度样品的干化学法试纸条(已显示颜)置于测量室，控制LED光源发出与上一步骤所用强度相同的光照射到试纸条上，然后通过颜传感器检测散射光，得到不同标准浓度样品干化学法试纸条所对应的原始颜数据，将该R、G、B原始数据乘以各自的白平衡转换因子，得到R、G、B白平衡校正数据；
步骤c：将经过白平衡校正后的白平衡校正数据R、G、B按如下算式转换到HSL(相H、饱和度S、亮度L)或者HSV(相H、饱和度S’、明度V)彩空间：
设max等价于白平衡校正数据R、G、B中的最大者，设min等于这些值中的最小者，R、G、B 转H、S、L的算式如下：
HSV和HSL中相H有同样的定义和算法，HSV中饱和度S’和明度V的值定义如下：
ν＝max
步骤d：依据不同颜变化情况，建立以下任一种颜和组分浓度关系定量关系模型：如果随浓度变化试纸颜相发生改变，建立浓度与H的关系模型；
如果随浓度变化试纸只是颜的饱和度发生变化，则建立浓度与S或S’的关系模型；
或者浓度与HSL或HSV中多元变量的关系模型。
10.基于颜传感器对样品中组分浓度的测定方法，利用权利要求9所述方法建立的颜和浓度关系定量模型，进一步实施以下步骤：
步骤e：将未知浓度样品的干化学法试纸条置于测量室内腔，控制LED光源发出与步骤a 强度相同的光照射到试纸条(已显示颜)上，然后通过颜传感器检测散射光，得到未知浓度样品所对应的原始颜数据，将未知浓度样品R、G、B原始数据乘以白平衡转换因子，得到未知浓度样品R、G、B白平衡校正数据；
步骤f：用步骤c相同的方法将经过步骤e白平衡校正后的未知浓度样品的R、G、B数据转换到HSL或者HSV彩空间；
步骤g：将步骤f转换后的数据代入步骤d确定的定量关系模型，计算出未知浓度样品中该组分的浓度。
基于颜传感器的干化学法精确检测装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于颜识别技术领域，涉及一种利用颜识别技术对干化学法试纸条进行颜识别，并确定物质浓度的仪器装置。
背景技术
[0002]干化学法是指将液体检测样品直接加到为不同项目特制的干燥试剂条上，以被测样品的水分作为溶剂使样品中的化学成分与试剂条上显物质起特定的化学反应而发生颜改变，从而进行化学分析的方法。干化学法可以实现多种化学成分或生物物质的检测，广泛的用于食品安全、环境卫生、临床检验等很多领域。干化学法主要具备以下特点：准确度高、速度快，一般在3～4min内即可做出检验结果；操作简便，不需要日常校正；无须贮备任何其它试剂或配制任何溶液；标本无须预处理，试纸条的多层膜具有选择性过滤的功能，从而减少测定过程中干扰物质的影响；标本用量少，反应时的水分由标本中的液体成分供应，提高测定灵敏度。
[0003]之前干化学法的检测是通过人眼对试纸条与标准比卡进行颜对比，实现对待测物质的半定量分析。由于人眼的颜分辨能力，比卡的颜准确度以及环境光等因素的影响，很难实现准确的定量分析。特别是对一些颜区间变化特别小的待测物质的检测，干化学方法很难实现应用。
发明内容
[0004]本发明主要针对干化学方法检测的弊端，提供一种精确的颜识别装置，并提供建立颜与待测物质浓度定量关系的方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种基于颜传感器的干化学法精确检测装置-颜识别装置。
[0006]该基于颜传感器的干化学法精确检测装置，包括试纸条测量单元、LED光源组件、颜传感器单元、通讯单元和控制单元，所述LED光源组件中采用强度连续可调白光LED 为光源，颜传感器单元中用RGB(红，绿，蓝)三颜传感器用以检测试纸条颜，控制单元中以ARM微处理器为核心，构成针对干化学法试纸条颜进行精确测量的检测仪器。其中：
[0007]所述的试纸条测量单元，包括一不漏光的测量室，待测试纸条置于测量室内，LED 光源安装在光线照射到待测试纸条的位置，RGB颜传感器安装在能探测到待测试纸条颜的位置。
[0008]所述测量室内设中空腔室用于放置试纸条，测量室上方连接两个圆柱形通道，圆柱形通道顶部用于安装LED光源。
[0009]所述圆形通道长度为0.5CM-1CM，且与测量室腔室平面呈一角度，其轴线指向试纸条的中心；
[0010]测量室上方设方形接口用于安装RGB颜传感器。测量室前部设有长方形开口用
于将试纸条放入，长方形开口的内部设有一可动闸锁，测量室腔室底部设有导轨用于稳定放入的试纸条。
[0011]以上所述基于颜传感器的干化学法精确检测装置，所述LED光源组件，包括LED 光源和与其电连接控制LED光源光强的LED光强控制电路；所述颜传感器单元，包括RGB颜传感器和与其电连接
的颜传感器控制电路；所述控制单元包括微处理器，连接颜传感器控制电路、颜传感器控制电路和通讯单元，通过通讯单元接收来自控制终端的检测命令，通过LED光强控制电路使LED光源输出强度适合的光信号，操控颜传感器采信颜信号，并经过白平衡校正后再经由通讯单元传到控制终端。
[0012]所述通讯单元为蓝牙模块。
[0013]本发明还提供一种基于颜传感器建立颜和浓度关系定量模型的方法，使用前述基于颜传感器的干化学法精确检测，包含以下步骤：
[0014]步骤a：将纯白试纸条置于测量室内腔，控制LED光源发出合适强度的光(使颜传感器检测值为最大值输出值的80％左右)照射到试纸条上，然后通过颜传感器检测散射光，得到原始的白平衡颜数据，按照纯白RGB三原强度相同的原则，对原始数据进行归一化，计算出RGB三原(红R，绿G，蓝B)各自的白平衡转换因子；
[0015]步骤b：将检测过不同标准浓度样品的干化学法试纸条(已显示颜)置于测量室，控制LED光源发出与上一步骤所用强度相同的光照射到试纸条上，然后通过颜传感器检测散射光，得到不同标准浓度样品干化学法试纸条所对应的原始颜数据，将该R、G、B原始数据乘以各自的白平衡转换因子，得到R、G、B白平衡校正数据；
[0016]步骤c：将经过白平衡校正后的白平衡校正数据R、G、B按如下算式转换到HSL(相H、饱和度S、亮度L)或者HSV(相H、饱和度S’、明度V)彩空间：
[0017]设max等价于白平衡校正数据R、G、B中的最大者，设min等于这些值中的最小者，R、G、B转H、S、L的算式如下：
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]HSV和HSL中相H有同样的定义和算法，HSV中饱和度S’和明度V的值定义如下：
[0022]
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