[发明专利]一种基于序列移频激发的拉曼信号检测处理系统和方法

权利要求书

1.一种拉曼信号检测处理系统，其特征在于，包括光纤拉曼探头、光谱预处理单元、执行器电路单元和处理单元；

所述执行器电路单元用于控制所述光纤拉曼探头产生序列波长的拉曼光信号；

所述光纤拉曼探头用于激发并收集样品产生的拉曼光信号；

所述光谱预处理单元用于对收集的拉曼光信号进行预处理，消除二阶、三阶衍射，并将处理后的拉曼光信号转换为数字信号；

所述处理单元用于通过解调算法对光谱预处理单元收集的拉曼光信号序列进行处理，提取真实拉曼光谱。

2.根据权利要求1所述的拉曼信号检测处理系统，其特征在于，所述光纤拉曼探头包括用于产生等间隔、等功率、等时长的拉曼光信号的激光器，以及控制激光器输出波长的温度控制器，所述温度控制器连接所述执行器电路单元。

3.根据权利要求2所述的拉曼信号检测处理系统，其特征在于，所述温度控制器包括半导体致冷器、热沉台件和氮化铝基板，所述半导体致冷器安装于热沉台件底部，所述氮化铝基板安装于所述热沉台件上，所述激光器连同一热敏电阻安装于氮化铝基板上。

4.根据权利要求3所述的拉曼信号检测处理系统，其特征在于，所述激光器和温度控制器通过TO-8封装，封装的输出管脚包括激光器的输出的阳极和阴极触点、热敏电阻的两个触点和半导体致冷器的两个触点。

5.根据权利要求2所述的拉曼信号检测处理系统，其特征在于，所述光纤拉曼探头还包括带通滤波片、第一长通滤光片、第二长通滤波片、非球面透镜、第三长通滤波片和光纤耦合器；

所述带通滤波片设于激光器的发射光路上，用于消除激光器的杂散辐射，并将拉曼散射光传递至第一长通滤波片；

所述第一长通滤波片、第二长通滤波片用于将激光器的拉曼光信号导出至光纤拉曼探头的探头检测口；

所述非球面透镜设于探头检测口处，用于收集样品产生的拉曼光信号；

所述第三长通滤波片用于剔除非球面透镜收集的拉曼光信号中掺杂的激励源和反斯托克斯光，并将拉曼光信号导入至光纤耦合器；

所述光纤耦合器通过一收集光纤连接光谱预处理单元，用于将收集到的拉曼光信号耦合到收集光纤。

6.根据权利要求1所述的拉曼信号检测处理系统，其特征在于，所述光谱预处理单元包括依次设置的准直镜、全息光栅、聚焦镜和CCD探测器面板，所述准直镜、全息光栅和聚焦镜用于将一级衍射光谱聚焦，所述CCD探测器面板用于对聚焦后的一阶衍射光谱转换为数字信号。

7.根据权利要求2所述的拉曼信号检测处理系统，其特征在于，所述处理单元包括标准正态变换模块和迭代估算模块；

所述标准正态变换模块用于对收集到的拉曼光信号进行标准正态变换预处理，得到初步的光谱估值；

所述迭代估算模块用于对光谱进行迭代估算，得到收敛后的真实拉曼光谱。

8.一种拉曼信号检测处理方法，其特征在于，包括：

S1、发射序列激光并收集样品产生的序列拉曼光信号；

S2、获取拉曼光谱向量数据，进行标准正态变换，并初始估算荧光光谱和拉曼光谱；

S3、根据估算的拉曼光谱估值进行权重向量计算；

S4、对荧光光谱和拉曼光谱进行迭代估算；

S5、重复步骤S3、S4直至光谱值收敛，获得真实拉曼光谱。

9.根据权利要求8所述的拉曼信号检测处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述荧光光谱的初始估算值为光谱序列对应每个光谱位置上的最小值，所述拉曼光谱的初始估算值为光谱序列对应每个光谱位置上的标准偏差。

10.根据权利要求9所述的拉曼信号检测处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，荧光光谱和拉曼光谱进行迭代估算公式为：

Si+1F=SiF×w^i]]>

Si+1R=SiR×w^i]]>

式中，S_i^R表示第i次拉曼光谱估值，S_i^F表示第i次荧光光谱估值，表示第i次拉曼光谱的权重向量。