本發(fā)明涉及一種作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種基于紫外拉曼的遠(yuǎn)距離作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、相關(guān)技術(shù)解釋：

2、熒光光譜：

3、物質(zhì)在吸收入射光的過(guò)程中，光子的能量傳遞給了物質(zhì)分子。分子被激發(fā)后，發(fā)生了電子從較低的能級(jí)到較高能級(jí)的躍遷。處于這種激發(fā)狀態(tài)的分子，稱為電子激發(fā)態(tài)分子.處于激發(fā)態(tài)的分子不穩(wěn)定，它可能通過(guò)輻射躍遷和非輻射躍遷的衰變過(guò)程而返回基態(tài)。輻射躍遷的衰變過(guò)程伴隨著光子的發(fā)射，即產(chǎn)生熒光。熒光是一種光致發(fā)光現(xiàn)象，由于分子對(duì)光的選擇性吸收，不同波長(zhǎng)的入射光便具有不同的激發(fā)效率。這一過(guò)程會(huì)在3～8ns內(nèi)完成,形成的光譜為熒光光譜。由于不同物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的差異，各自的熒光光譜特性也不同，植物由于含有葉綠素，是良好的熒光發(fā)射物質(zhì)，因此它們受激發(fā)時(shí)會(huì)形成特殊波段的熒光光譜，從而來(lái)識(shí)別物質(zhì)。

4、拉曼光譜技術(shù)：

5、拉曼(raman)光譜技術(shù)是一種用來(lái)分析晶格及分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)模式及其他特定低頻模式的主動(dòng)光譜測(cè)試技術(shù)。通過(guò)激光對(duì)樣品進(jìn)行激發(fā)，激光照射到分子上且和分子的分子鍵或電子云相互作用發(fā)生非彈性光散射，入射激光的能量/頻率發(fā)生改變，產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的raman光譜。

6、拉曼光譜技術(shù)憑借其物質(zhì)檢測(cè)快速、可重復(fù)、非接觸、無(wú)損、無(wú)需樣品處理等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。

7、遠(yuǎn)程檢測(cè)：

8、在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)、工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)安全以及日常生活中存在諸多危險(xiǎn)品探測(cè)需求，如現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)的生化毒劑/爆炸物，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的危險(xiǎn)氣體/化學(xué)品泄漏，社會(huì)安全領(lǐng)域各種重要場(chǎng)合(機(jī)場(chǎng)、車站、會(huì)場(chǎng)等)爆炸物/有毒物品，以及日常生活中過(guò)期變質(zhì)物體/有毒食品等探測(cè)急需有效的新型探測(cè)技術(shù)和儀器，雖然目前已發(fā)展了各類x射線安檢儀、危險(xiǎn)氣體泄漏探測(cè)儀、基于離子遷移光譜的爆炸物檢測(cè)儀、thz安檢儀等新型安檢技術(shù)，但對(duì)于一些危險(xiǎn)品(爆炸物、生化毒劑、工業(yè)危險(xiǎn)品泄漏)、變質(zhì)食品的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)仍然缺乏在安全距離以外有效的檢測(cè)手段和設(shè)備。

9、非接觸檢測(cè)是拉曼和熒光光譜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于距離遠(yuǎn)、惡劣危險(xiǎn)的環(huán)境，拉曼和熒光光譜技術(shù)能夠發(fā)揮巨大作用，以光學(xué)手段對(duì)遠(yuǎn)距離物質(zhì)檢測(cè)避免對(duì)測(cè)試人員的傷害問(wèn)題。

10、紫外：

11、目前常見(jiàn)拉曼光譜的激發(fā)光源是近紅外和可見(jiàn)光波段激光，其拉曼光譜不僅與熒光光譜混疊，使得探測(cè)信噪比和靈敏度降低，影響對(duì)物質(zhì)的準(zhǔn)確辨別，而且被檢樣品需避開(kāi)環(huán)境光影響，只能在實(shí)驗(yàn)室或檢測(cè)暗盒中進(jìn)行測(cè)量。

12、而相比于近紅外和可見(jiàn)光，紫外拉曼檢測(cè)有其優(yōu)勢(shì)：

13、(1)紫外拉曼信號(hào)強(qiáng)：拉曼光譜的散射強(qiáng)度與入射激光頻率的四次方成正比，因此相較于近紅外和可見(jiàn)光，紫外光的波長(zhǎng)小，紫外拉曼的信號(hào)強(qiáng)度更大。在獲得相同拉曼信號(hào)條件下，紫外拉曼光譜比可見(jiàn)光和近紅外需要激光功率更小。

14、(2)受環(huán)境干擾影響?。河捎陉?yáng)光和周圍其它光源的干擾，近紅外和可見(jiàn)光拉曼光譜檢測(cè)須將物體取樣放測(cè)試盒或在夜間進(jìn)行；日盲紫外波段由于大氣臭氧層的吸收散射，地面輻射幾乎絕跡，且生活用光源的紫外成分很低，因此，日盲紫外激光拉曼光譜檢測(cè)受周圍環(huán)境雜散光影響很小，可在白天外場(chǎng)自然環(huán)境下遙測(cè)拉曼光譜。

15、(3)易與熒光分離：激光照射會(huì)產(chǎn)生拉曼光和熒光，通常拉曼光譜約有200～4000cm－1的拉曼位移，熒光光譜則在280～370nm較強(qiáng)。采用波長(zhǎng)較短的紫外激光激發(fā)可望在光譜上形成拉曼和熒光光譜的分離，有利于拉曼光譜的分析。當(dāng)激光波長(zhǎng)在250nm以下時(shí)，熒光光譜在紫外區(qū)域和400nm之間，拉曼光譜可與熒光光譜徹底分離。

16、現(xiàn)有技術(shù)一：

17、熒光光譜技術(shù)具有靈敏度高，選擇性好且不破壞樣品的優(yōu)點(diǎn)，是一種簡(jiǎn)便有效的對(duì)目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析的方法。傳統(tǒng)的基于熒光光譜分析可通過(guò)采集得到的樣本原始光譜圖對(duì)其熒光光譜特征進(jìn)行分析，并通過(guò)其光譜特征建立熒光光譜特征與物質(zhì)特性的關(guān)系，從而分析得到相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型，以便后面的研究及應(yīng)用。

18、現(xiàn)有技術(shù)一的缺點(diǎn)：

19、但是傳統(tǒng)的基于熒光光譜技術(shù)對(duì)于組分較為復(fù)雜的檢測(cè)對(duì)象或者是本身不具備熒光效應(yīng)的檢測(cè)對(duì)象難以發(fā)揮作用。當(dāng)檢測(cè)對(duì)象的組分較為復(fù)雜的時(shí)候，所獲取的原始光譜圖錯(cuò)綜復(fù)雜，難以通過(guò)直接分析樣品原始光譜圖或者通過(guò)簡(jiǎn)單算法進(jìn)行預(yù)處理后獲得試驗(yàn)所需要的有用信息，從而進(jìn)行預(yù)測(cè)模型的建模。不具備熒光效應(yīng)的檢測(cè)對(duì)象更是缺乏最基本的傳統(tǒng)熒光光譜分析的條件，無(wú)法進(jìn)一步獲取檢測(cè)對(duì)象的熒光光譜圖。

20、現(xiàn)有技術(shù)二：

21、可見(jiàn)光拉曼光譜遙測(cè)技術(shù)：

22、2020年夏威夷大學(xué)sandford等人使用一個(gè)緊湊的便攜式遠(yuǎn)程拉曼系統(tǒng)，由一個(gè)532nm(nd:yag)脈沖激光器組成，一個(gè)3in直徑的透鏡、一個(gè)小型光譜儀和一個(gè)微型像增強(qiáng)電荷耦合器件(mini-iccd)組成，該系統(tǒng)能夠在自然光照條件下從122m的遠(yuǎn)處探測(cè)到水(h2o)、水冰(h2o-ice)、二氧化碳冰、含水礦物、有機(jī)物、硝酸鹽和一種氨基酸。這也是目前具有最遠(yuǎn)探測(cè)能力的緊湊遠(yuǎn)程拉曼檢測(cè)系統(tǒng)。這種獨(dú)特緊湊的便攜式遠(yuǎn)程拉曼系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)適用于一系列太陽(yáng)系探測(cè)任務(wù)，包括用于海洋世界和月球探測(cè)的固定著陸器，因?yàn)樗鼈兡軌蛎鞔_探測(cè)指示生命的化合物以及人類進(jìn)一步探索所需的資源。

23、現(xiàn)有技術(shù)二的缺點(diǎn)：

24、以可見(jiàn)光作為拉曼的激發(fā)光源，拉曼信號(hào)較弱，且對(duì)環(huán)境要求較高，需要暗室檢測(cè)環(huán)境。

25、現(xiàn)有技術(shù)三：

26、近紅外近距離：

27、卓立漢光公司開(kāi)發(fā)了多款拉曼光譜儀產(chǎn)品，卓立漢光手持式拉曼光譜儀finderedge，采用近紅外785nm激光，可用于毒品、易制毒化學(xué)品的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。檢測(cè)樣品需制成液體或粉末放入檢測(cè)瓶放在檢測(cè)頭進(jìn)行檢測(cè)。

28、現(xiàn)有技術(shù)三的缺點(diǎn)：

29、只能測(cè)近距離的物質(zhì)的拉曼光譜，且整個(gè)光路都在黑盒中，對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求高，檢測(cè)樣品需提前處理成液體或粉末。

30、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供了一種基于紫外拉曼的遠(yuǎn)距離作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)檢測(cè)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明的基于紫外拉曼的遠(yuǎn)距離作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)檢測(cè)系統(tǒng)，包括激光器、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、光譜儀、數(shù)字延時(shí)發(fā)生器、示波器和計(jì)算機(jī)，所述信號(hào)傳輸系統(tǒng)主要包括反射鏡、二向色片、負(fù)透鏡、卡塞格林望遠(yuǎn)鏡、透鏡、小孔光闌、濾光片、光纖；

4、所述激光器產(chǎn)生的脈沖激光信號(hào)通過(guò)信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳輸，依次通過(guò)所述反射鏡、二向色片、負(fù)透鏡、卡塞格林望遠(yuǎn)鏡和500mm透鏡聚焦于待測(cè)樣品表面，產(chǎn)生拉曼或熒光信號(hào)，再將這些信號(hào)收集并通過(guò)100mm透鏡、小孔光闌、濾光片和光纖傳輸至光譜儀中；

5、所述光譜儀對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行色散分光，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳送至示波器和計(jì)算機(jī)，以獲取待測(cè)樣品的拉曼信號(hào)；

6、所述數(shù)字延時(shí)發(fā)生器進(jìn)行時(shí)序控制，產(chǎn)生高電平信號(hào)，控制激光器產(chǎn)生脈沖激光，并通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)序控制中不同通道間信號(hào)發(fā)生的延遲時(shí)間，用于控制中階梯光柵光譜儀信號(hào)接收時(shí)間；

7、所述示波器用于觀察時(shí)序控制中產(chǎn)生的信號(hào)，以便調(diào)整時(shí)序控制的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)序控制；

8、整個(gè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作控制，并對(duì)獲取的光譜信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步分析處理。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的基于紫外拉曼的遠(yuǎn)距離作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)光路，實(shí)現(xiàn)收發(fā)光路同軸；解決了紫外光遠(yuǎn)距離拉曼探測(cè)中，采集時(shí)間的控制問(wèn)題；實(shí)現(xiàn)了熒光探測(cè)技術(shù)。