一种基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置

摘要

本实用新型属于化学分析检测仪器设备技术领域，具体公开了一种基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置，包括样品室、手机支撑架、照明机构、成像机构，所述样品室用于放置比色皿和滤光器，且不透光；所述手机支撑架用于放置智能手机；所述照明机构用于提供面光源，并位于比色皿的正上方；所述成像机构包括放置于样品室中的滤光器，所述滤光器用于选取比色分析样品特定的吸收波段，所述滤光器与比色皿和智能手机处于同一水平线上。采用本装置进行样品溶液比色分析检测，能保证拍摄环境背景稳定，拍摄角度恒定，减少由于拍摄角度不同带来的误差，避免外部光照环境对拍照效果的影响。

说明书

技术领域

本实用新型涉及化学分析检测仪器设备技术领域，特别是涉及一种基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置。

背景技术

随着电子信息技术的发展，智能手机的性能接近于微型计算机。智能手机为实现各种功能搭载着大量的传感器，而且它们比实验室的分析设备更便于携带，更加便宜。即时检测(POCT)的发展已经允许在实验室之外进行许多测试，基于智能手机用于物质检测的方法受到越来越多的研究人员的关注。同时，由于基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的照相机的性能呈指数级增长，使用智能手机作为便携式生物传感器和分析设备更加合适。虽然在大多数情况下，智能手机不能单独作为实验室仪器使用，但是智能手机与其他分析设备的结合在医疗保健，食品安全，环境监测和生物安全性展现了巨大的发展潜能，特别是在偏远和农村地区。近来有许多关于使用智能手机作为生物分析装置的设计应用。通过使用智能手机照相机作为“智能检测器”，几乎整合了所有基于光学的方法，包括吸光度，反射率，荧光，表面等离子体共振(SPR)，生物化学发光和电化学发光。

然而，在这些分析方法中，对智能手机的拍摄环境有着严格的要求，拍摄环境的光照条件、背景颜色和拍摄的角度等条件都会对检测结果带来一定的影响。简单利用手机直接拍照，已不能满足化学分析检测的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置已解决以上所述现有技术存在的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型的基础方案为：一种基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置，包括样品室、手机支撑架、照明机构、成像机构，所述样品室用于放置比色皿和滤光器，且不透光；所述手机支撑架用于放置智能手机；所述照明机构用于提供面光源，并位于比色皿的正上方；所述成像机构包括放置于样品室中的滤光器，所述滤光器用于选取比色分析样品特定的吸收波段，所述滤光器与比色皿和智能手机处于同一水平线上。

进一步，所述样品室为不透光的方形槽。

进一步，所述照明机构放置于所述样品室外，所述样品室的顶部开设有一个供面光源进入的通孔。

进一步，所述样品室的顶部上通孔可供比色皿穿过。

进一步，所述样品室垂直于智能手机的两侧壁上开设有相互对应的通光口。

进一步，所述手机支撑架包括竖直设置的后支撑板及位于后支撑板下端的手机托槽。

进一步，所述手机支撑架还包括与后支撑板相对设置的前支撑板，所述手机托槽位于前支撑板与后支撑板之间。

进一步，所述样品室与手机支撑架相连接，且所述手机支撑架位于所述样品室靠近滤光器远离比色皿的一侧。

进一步，所述样品室为不透光、带盖的盒子，设置盖子，以便于取放比色皿、滤光器等，盖好盖子即可形成暗室环境，避免外界光线的干扰。

进一步，所述滤光器包括三片平行且竖向放置的窄通道滤光片，所述窄通道滤光片的结构依次包括棱镜膜、特种玻璃内芯和窄通膜。

进一步，所述样品室内设置有两种不同规格的卡口，其中一种卡口用于固定比色皿，另一种卡口用于固定滤光器。

进一步，所述样品室内设置有两种不同规格的卡口，其中一种卡口用于固定比色皿，位于样品室远离手机支撑架的一端，另一种卡口用于固定滤光片，设置于样品室中用于固定比色皿的卡口及手机支撑架之间。

进一步，所述样品室内设置有一个用于固定比色皿的卡口、三个用于固定滤光片的卡口。

进一步，所述样品室内设置有顶部呈开口状的样品放置槽，所述样品放置槽中设置有用于固定比色皿的卡口及用于固定滤光器的卡口，所述样品放置槽垂直于智能手机的两侧壁上开设有相互对应的通光口，所述通光口与样品室侧壁上的通光口相互对应；所述样品放置槽靠近并平行于智能手机的侧壁设有以供智能手机拍照用的开孔，或者所述样品放置槽靠近并平行于智能手机的一侧无侧壁。

进一步，所述样品放置槽中设置有一个用于固定比色皿的卡口及三个用于固定滤光片的卡口。

进一步，所述照明机构包括用于提供面光源的LED灯组。

进一步，所述LED灯组上设有一组用于将光线发散为面光源的透镜，所述透镜为凹面镜。

进一步，所述照明机构还包括用于向LED灯组提供电能的供电组件。

进一步，所述LED灯组带有USB接口，所述供电组件选自OTG转接线、充电宝、手机充电器中的任意一种。通过OTG转接线可利用手机OTG功能为LED灯组提供电能，为拍照提供恒定光照，控制光照变量，并且无需使用其它供电设备；若手机不具备OTG功能，可以由充电宝、手机充电器为LED灯组供电，保证光源的供电的可靠性、通用性和便携性。

如上所述，本实用新型的基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置，具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置，通过样品室、手机支撑架、照明机构、成像机构的结构设计及相互位置关系设置，当需要对比色皿中的样品进行比色检测分析时，将比色皿和滤光器放置于样品室中，通过照明机构为拍照提供恒定的面光源，通过成像机构利用滤光器选取比色分析特定的波段，对样品颜色进行选定后将手机横向并呈竖直状态放置于手机支撑架上，在滤光器的正后方对样品进行拍照取色，即可。

采用本装置能保证拍摄环境背景稳定，拍摄角度恒定，减少由于拍摄角度不同带来的误差，避免外部光照环境对拍照效果的影响。

本装置中的成像机构的滤光器三片窄通带滤光片，窄通带滤光片包括特种玻璃内芯及双面镀膜，其中窄通膜具有选取特定波长光线通过的作用，用于比色分析特定吸收波段的选取棱镜膜能够有效降低成像过程中产生的各种像差，如色差、球差、畸变、场曲等等，并具有较大明亮的视场；三片窄通带滤光片的组合方式可对样品颜色进行多次选定，确保其准确度。

附图说明

图1显示为本实用新型中基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置的整体结构示意图；

图2显示为本实用新型中基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置组装好后并将手机放置于手机支撑架上时的结构示意图；

图3显示为本实用新型装置中滤光片的结构示意图；

图4显示为本实用新型装置中样品放置槽的结构示意图；

图5显示为本实用新型装置中照明机构的结构示意图；

图6显示为利用本实用新型的装置拍照得到的不同浓度的氯化钴溶液、氯化镍溶液、硫酸铜溶液的效果图；

图7显示为利用Iphone6S上的开源软件Color Pickers对拍摄得到的硫酸铜溶液、氯化钴溶液、氯化镍溶液的照片进行取色时的界面；

图8显示为不同浓度的氯化钴溶液、氯化镍溶液、硫酸铜溶液利用紫外可见分光光谱仪得到的分析结果和利用本实用新型的装置拍照进而得到的分析结果。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

附图标记说明：

样品室1、手机支撑架2、前支撑板21、后支撑板22、手机托槽23、照明机构3、LED灯组31、凹面镜32、滤光片4、棱镜膜41、特种玻璃内芯42、窄通膜43、样品放置槽5、通孔6、通光口7。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供的基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置，包括样品室1、手机支撑架2、照明机构3、成像机构。

样品室1用于放置比色皿和滤光器，且不透光；手机支撑架2用于放置智能手机；照明机构3用于提供面光源，并位于比色皿的正上方；成像机构包括放置于样品室1中的滤光器，滤光器用于选取比色分析样品特定的吸收波段，滤光器与比色皿和智能手机处于同一水平线上。

样品室1为不透光、带盖的盒子，设置盖子，以便于取放比色皿、滤光器等，盖好盖子即可形成暗室环境，避免外界光线的干扰。具体的，样品室1为不透光的长方形槽，照明机构3放置于样品室1外，并位于样品室1内比色皿放置位置的正上方，样品室1的顶部开设有一个供面光源进入的通孔6，通孔6位于样品室1内比色皿放置位置的正上方，且该通孔6可供比色皿穿过。另外，样品室1垂直于智能手机的两侧壁(即图1所示的前侧壁和后侧壁)上开设有相互对应的通光口7，通光口7开设在样品室1内比色皿放置位置处，以保证足够的光线通过样品，样品才能吸收光，并保证光线强度一致。

手机支撑架2位于样品室1靠近滤光器远离比色皿的一侧(即图1所示的右侧)，且样品室1与手机支撑架2连接在一起。具体地，手机支撑架2包括前支撑板21、后支撑板22和手机托槽23，前支撑板21与后支撑板22竖直且相对设置；手机托槽23位于前支撑板21与后支撑板22之间，并位于前支撑板21与后支撑板22下端；样品室1无右侧壁，样品室1的底部、前后侧壁与手机支撑架2的前支撑板21、后支撑板22和手机托槽23固定连接在一起，围合成一个L型的槽状结构。

如图3所示，滤光器包括三片平行、间隔且竖向放置的窄通道滤光片4，窄通道滤光片4的结构依次包括棱镜膜41、特种玻璃内芯42和窄通膜43，其中窄通膜43具有选取特定波长光线通过的作用，用于比色分析特定吸收波段的选取，棱镜膜41能够有效降低成像过程中产生的各种像差，如色差、球差、畸变、场曲等等，并具有较大明亮的视场；三片窄通带滤光片4的组合方式可对样品颜色进行多次选定，确保其准确度。

样品室1内设置有两种不同规格的卡口，其中一种卡口用于固定比色皿，位于样品室1远离手机支撑架2的一端(即图1所示的样品室1左端)，数量为1个；另一种卡口用于固定滤光片4，设置于样品室1中用于固定比色皿的卡口及手机支撑架2之间(即图1所示的样品室1中部)，数量为3个。

进一步地，样品室1内设置有顶部呈开口状的样品放置槽5，如图4所示，用于固定比色皿的卡口及用于固定滤光片4的卡口设置于样品放置槽5中，样品放置槽5垂直于智能手机的两侧壁(即图4所示的前侧壁和后侧壁)上开设有相互对应的通光口7，通光口7与样品室1侧壁上的通光口7相互对应；样品放置槽5靠近并平行于智能手机的侧壁(即图4所示的右侧壁)设有以供智能手机拍照用的开孔，或者样品放置槽5靠近并平行于智能手机的一侧无侧壁，以便于智能手机拍照，本实施例中的样品放置槽5无右侧壁。样品放置槽5最好采用不透光的材料制成。

如图5所示，照明机构3包括用于提供面光源的LEDLED灯组31，LEDLED灯组31上设有一组用于将光线发散为面光源的透镜，透镜为凹面镜32。照明机构3还包括用于向LEDLED灯组31提供电能的供电组件，LEDLED灯组31带有USB接口，供电组件选自OTG转接线、充电宝、手机充电器中的任意一种。通过OTG转接线可利用手机OTG功能为LEDLED灯组31提供电能，为拍照提供恒定光照，控制光照变量，并且无需使用其它供电设备；若手机不具备OTG功能，可以由充电宝、手机充电器为LEDLED灯组31供电，保证光源的供电的可靠性、通用性和便携性。

本实施例中装置的参考尺寸(长×宽×高)为：样品室1和手机支撑架2整体尺寸90mm×70mm×37mm，样品放置槽5尺寸78mm×16mm×33mm；用于固定比色皿的卡口规格13mm×13mm×35mm，用于固定滤光片4的卡口规格5mm×5mm×35mm；通光口7规格13mm×13mm×35mm；

使用本装置进行样品溶液比色分析拍照的方式为：如图1和图2所示，将盛有样品溶液的比色皿和滤光器放置于样品室1的卡口中固定好，并盖好盖子；通过照明机构3对准样品室1上的通孔6，以向样品室1内提供面光源，通过成像机构利用滤光器选取比色分析特定的波段，对样品颜色进行选定后，将手机横向并呈竖直状态放置于手机支撑架2上，在滤光器的正后方对样品进行拍照取色，智能手机可以从拍摄窗口通过成像机构得到画质优秀的放大的像。

实施例2

本实施例中的基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置与实施例1基本相同，不同之处在于：样品室内不设置样品放置槽，用于固定比色皿的卡口及用于固定滤光片的卡口直接设置在样品室侧壁上。

实施例3

为了验证本实用新型的基于智能手机拍照功能的便携式样品溶液比色分析装置的比色分析检测效果，分别选用不同浓度(0.1/0.2/0.4/0.5/0.6/0.8/1.0M)的氯化钴溶液、氯化镍溶液、硫酸铜溶液为样品，利用实施例1中的装置进行拍摄，并与直接拍摄进行效果对比，结果如图6所示。

图7显示为利用Iphone6S上的开源软件Color Pickers对拍摄得到的硫酸铜溶液、氯化钴溶液、氯化镍溶液的照片取色时的界面，该软件对照片像素位置利用坐标精确定位，保证了准确性和可重复性，同时该软件可以同时取样RGB、CMYK、HSB、HSV和灰度值。

在样品溶液的浓度梯度为0.1/0.2/0.4/0.5/0.6/0.8/1.0M的情况下，对比紫外可见分光光谱仪分析结果和本实用新型装置拍照分析的结果，如图8所示。

图8中的Ⅰ图a为红色的氯化钴溶液使用紫外可见分光光谱仪检测，经过三组平行实验后对所得的数据进行线性拟合，得到的直线方程y＝0.28704+2.79251x，其R

图8中的Ⅱ图a为绿色的氯化镍溶液使用紫外可见分光光谱仪检，经过三组平行实验后对所得的数据进行线性拟合，得到的直线方程y＝0.29794+1.19677x，其R

图8中的Ⅲ图a为蓝色的硫酸铜溶液使用紫外可见分光光谱仪检，经过三组平行实验后对所得的数据进行线性拟合，得到的直线方程y＝0.1525+2.58958x,其R

由此可见，采用本实用新型的装置可以实现快速便携地进行比色分析检测，并能够取得良好的比色分析检测效果。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。