(19)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 202211272288.9 (22)申请日 2022.10.18 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市大 学路1号 (72)发明人 郑丽娜　冯子康　张文丽　刘嘉　 叶子靖　孔旭辉　 (74)专利代理 机构 徐州苏越知识产权代理事务 所(普通合伙) 32543 专利代理师 刘振祥 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 5/00(2006.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种基于云平台的现场痕迹物质检测系统 及方法 (57)摘要 一种基于云平台的现场痕迹物质检测系统 及方法， 装置： 转换装置包括底座、 步进电机和石 英晶片； 痕迹物质富集装置由样本采集腔室、 微 型风扇、 采样管路、 采样头、 采样泵和撞击收集器 组成； 痕迹物质质量测量装置内部设置有石英晶 片振荡模块和高精度频率测量模块； 痕迹物质成 分检测装置包括便携式光谱仪、 高精度移动平台 和光纤探头； 清洁装置由可伸缩支杆、 水雾喷洒 仪和棉块组成； 云识别平台由智能化数据汇聚处 理模块、 拉曼光谱数据信息库和拉曼信息识别模 块组成。 方法： 在收集前， 获取石英晶片的标定频 率； 在收集后， 获取负载状态下的石英晶片 的振 荡频率； 计算待检测物质质量、 物质成分和百分 占比。 该系统和方法能对现场痕迹物质进行高精 度的检测。 权利要求书3页 说明书8页 附图1页 CN 115479932 A 2022.12.16 CN 115479932 A 1.一种基于云平台的现场痕迹物质检测系统， 包括转换装置(25)、 痕迹物质富集装置、 痕迹物质 质量测量装置、 痕迹物质成分检测装置、 清洁装置和云识别平台； 其特 征在于； 所述转换装置(25)由底座(7)、 步进电机(6)、 石英晶片(8)和接触端子一(9)组成； 所述 底座(7)水平的设置， 所述步进电机(6)设置在底座(7)的下部， 其输出轴 固定插装于底座 (7)中心的安装孔中； 四片石英晶片(8)均匀的安装于底 座(7)上端面的边缘部分， 且每片石 英晶片(8)均水平的设置， 且其上端面的外缘部分均相对的安装有一对电极(24)， 每个石英 晶片(8)的上端面在一对电极(24)以外的部分均附有纳米金， 一对电极(24)沿底座(7)的径 向分布， 且关于对应石英晶片(8)中心对称； 四对接触端子一(9)分别与四片石英晶片(8)相 对应的设置， 每对接触端子一(9)相 对的分布于对应石英晶片(8)相 对两端的外侧， 且其上 端分别与一对电极(24)连接， 其下端均穿过底座(7)， 并形成一对滑动接触头一； 所述痕迹物质富集装置设置在转换装置(25)的左部上方， 其由样本采集腔室(3)、 微型 风扇、 采样管路(2)、 采样头(1)、 采样泵(4)和撞击收集器(5)组成； 所述样 本采集腔室(3)的 左部上侧和下侧分别开设有与其内腔连通的通孔一和通孔二， 其右部下侧开设有与其内腔 连通的通孔三， 且通孔二和通孔三左右相对的设置； 所述微型风扇安装在样 本采集腔室(3) 的内部， 用于通过通孔一吸入样本流； 所述采样管路(2)的出口端与通孔一连接， 所述采样 头(1)安装于采样管路(2)的进口端； 所述采样泵(4)设置于样本采集腔室(3)的左部下侧， 且其出口端通过管路与通孔二连接； 所述撞击收集器(5)呈L形， 其设置于样 本采集腔室(3) 的右部下侧， 其水平段的进口端呈锥形， 且与通孔三连接， 其竖直段向下方延伸， 并止于靠 近一个石英晶片(8)上端面的位置； 所述痕迹物质质量测量装置设置在转换装置(25)左部的下方， 其内部设置有石英晶片 振荡模块( 10)、 高精度频率测量模块( 11)、 数据传输模块一( 12)， 且石英晶片振荡模块 (10)、 高精度频率测量模块(11)和数据传输模块一(12)依次连接； 所述石英晶片振荡模块 (10)上左右间隔的连接有一对接触端子二(13)， 一对接触端子二(13)的自由端向上方竖向 的延伸， 并止于靠近一对接触端子一(9)下端的位置， 并形成一对滑动接触头二， 一对滑动 接触头二分别与一对滑动接触头一滑动接触 配合； 所述痕迹物质成分检测装置设置在转换装置(25)后部下方的外侧， 其内部设置有便携 式光谱仪(14)和数据传输模块二(15)， 其上部可转动的连接有平台连杆， 所述平台连杆的 上端竖向延伸到转换装置(25)的上方后横向折弯， 并连接有高精度移动平 台(17)， 高精度 移动平台(17)的下端在对应石英晶片(8)的位置连接有光纤探头(16)； 光纤探头(16)、 便携 式光谱仪(14)和数据传输模块 二(15)依次连接； 所述清洁装置 由水雾喷洒仪(18)、 可伸缩支杆(19)和棉块(20)组成； 所述水雾喷洒仪 (18)设置在转换装置(25)右部的上方， 且靠近石英晶片(8)的设置； 所述可伸缩支杆(19)可 伸缩的设置在转换装置(25)前部的上方， 所述棉块(20)安装在可伸缩支杆(19)的端部， 且 其与石英晶片(8)的上端面接触 配合； 所述云识别平台由智能化数据汇聚处理模块(2 1)、 拉曼光谱数据信息库(22)和拉曼信 息识别模块(23)组成； 智能化数据汇聚处理模块(21)分别与数据传输模块一(12)和数据传 输模块二(15)连接； 拉曼信息识别模块(23)分别与智能化数据汇聚处理模块(21)和拉曼光 谱数据信息库(2 2)连接。 2.根据权利要求1所述的一种基于云平台的现场痕迹物质检测系统， 其特征在于， 还包权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115479932 A 2括客户端， 所述 客户端与云识别平台通过 无线通信的方式连接 。 3.根据权利要求1或2所述的一种基于云平台的现场痕迹物质检测系统， 其特征在于， 所述电极(24)为金电极。 4.根据权利要求3所述的一种基于云平台的现场痕迹物质检测系统， 其特征在于， 所述 采样泵(4)为超声 波采样泵。 5.根据权利要求4所述的一种基于云平台的现场痕迹物质检测系统， 其特征在于， 所述 撞击收集器(5)出口端的尺寸较其进口端的尺寸小。 6.一种基于云平台的现场痕迹物质检测方法， 包括如权利要求1至5任一项所述的一种 基于云平台的现场痕迹物质检测方系统， 其特 征在于， 具体包括以步骤； 步骤一： 控制步进电机(6)动作， 并带动底座(7)旋转90 °， 使其中一个石英晶片(8)到达 撞击收集器(5)出口端的正下 方； 步骤二： 先通过石英晶片振荡模块(10)带动石英晶片片(8)产生高频率振荡， 再利用高 精度频率测量模块(11)读取空载状态下的石英晶片(8)的振荡频率， 并将此时的数据作为 标定数据， 同时， 将标定数据通过数据传输模块一(12)发送给云识别平台中的智能化数据 汇聚处理模块(21)； 步骤三： 控制微型风扇启动， 通过采样头(1)将样本流吸入到样本采集腔室(3)的内部， 同时， 控制 采样泵(4)启动， 向样本采集腔室(3)内部提供高速空气气流并将样本流吹向撞 击收集器(5)的进口端， 通过撞击收集器(5)将样本流导入其出口端， 并垂直的喷向石英晶 片(8)， 利用石英晶片(8)收集待检测物质， 持续设定时间后执 行步骤四； 步骤四： 利用高精度频率测量模块(11)读取负载状态下的石英晶片(8)的振荡频率， 并 将此时的数据经过数据传输模块一(12)发送给云识别平台中的智能化数据汇聚处理模块 (21)； 步骤五： 控制步进电机(6)动作， 并带动底座(7)旋转90 °， 使另一个未使用过的石英晶 片(8)到达撞击收集器(5)出口端的正下方， 并使使用过的石英晶片(8)到达光纤探头(16) 的正下方； 步骤六： 通过高精度移动平台(17)带动光纤探头(16)沿石英晶片(8)长度方向匀速移 动， 使光纤探头(16)的配合附着在金电极(24)上的纳米金对石英晶片(8)上的痕迹物质进 行拉曼光谱测试， 利用便携式光谱仪(14)收集拉曼光谱测试数据并将其通过数据传输模块 二(15)发送给云识别平台 中的智能化数据汇聚处 理模块(21)； 步骤七： 通过智能化数据汇聚处理模块(2 1)对接收的石英晶片(2 1)空载状态下的振荡 频率数据、 石英晶片负载状态下 的振荡频率数据、 待检测物质的拉曼光谱测试数据进行预 处理操作； 步骤八： 通过智能化数据汇聚处理模块(21)利用负载状态下的振荡频率数据和空载状 态下的振荡频率数据的差值进 行痕迹物质质量的计算处理， 然后 将计算出的质量和拉曼光 谱测试数据整合后发送给拉曼信息识别模块(23)； 步骤九： 利用拉曼信息识别 模块(23)对拉曼光谱数据信息库(22)中的拉曼数据进行多 角度数据特 征提取； 步骤九： 利用拉曼信息识别模块(23)建立两层Blendin g集成深度学习模型， 其 中， 先分 别单独使用XGBoost、 LightGBM、 KNN以及RandomForest基模型以训练集的80％数据进行训权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115479932 A 3