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1、皮肤吸收光谱测量系统设计物理与材料学院课程设计报告专业：光电子技术科学课程：皮肤吸收光谱测量系统设计姓名：班级：082指导教师：完成日期：__2011年7月12日___12皮肤吸收光谱测量系统设计摘要本文以QE65000型光纤光谱仪为核心，设计了一套可以实现反射式吸收光谱测量的实验系统，该系统由表面反射式测量探头，Y型光纤，QE65000光纤光谱仪以及控制计算机组成，光源采用卤钨灯，实现400nm－1000nm光谱区域表面吸收光谱测量。本实验利用QE65000光纤光谱仪软件，实现了光谱数据的实时获取。对于获取的光谱数据进行背景
2、扣除可得到表面的反射光谱。在完成标准板光谱测量后，通过计算吸收率并使用ORIGIN软件进行处理，从而得到表面的吸收光谱曲线。利用该系统对人的皮肤进行了测量，结果表明400nm－700nm波段可以对人的肤色进行判定，700nm－1000nm波段可以对人体的血液进行测定，正常人的谱线没有特殊波动。关键词：皮肤光谱，反射光谱，血液光谱，QE65000光纤光谱仪12皮肤吸收光谱测量系统设计目录摘要11绪论31.1系统理论基础31.2反射式测量系统优势31.3光谱测量技术研究现状41.4本论文的主要工作42系统介绍42.1实际测量系统设
3、计42.2硬件系统的性能及特点53功能实现64皮肤吸收特性实验6结论10参考文献1112皮肤吸收光谱测量系统设计1绪论1.1系统理论基础物质中的原子和分子永远处于运动的状态，这种物质的内部运动，在其外部可以以辐射或吸收能量的形式（即电磁辐射）表现出来。光谱就是按照波长顺序排列的电磁辐射或者说是一种复色光按波长顺序展开而呈现的光学现象。通常所说的光谱仅指光学光谱。当一束具有连续波长的光通过某一种物质时，就有一个或几个一定波长的光被吸收，光束中的一些成分便会有所减弱，当经过物质而被吸收的光束由光谱仪展开成光谱时，就得到该物质的吸收
4、光谱。几乎所有物质都有着独特的吸收光谱。人体皮肤主要由表皮、真皮和皮下脂肪构成,表皮不含血管,真皮含有丰富的血管,主要有两丛:上层血管丛,主要是一些小血管,位于乳头真皮层；深部血管丛,主要是一些大血管,位于网状真皮层。入射到皮肤组织表面的光束,一部分进入皮肤,被皮肤组织散射与吸收,其散射、吸收的情况由皮肤组织内各种色基,如血红蛋白、胆红素和黑色素等决定,未被吸收的散射光最后会重新返回皮肤表面而进入空气中,这一部分散射光称为漫反射光,在皮肤表面可探测到各波长相应的漫射光强度,组成反射光谱。皮肤的真皮上层血管丛的血液含量对光谱强度
5、的影响大，深部血管丛血液含量对光谱强度的影响小。肤色是由皮肤各层中的载色体所决定，载色体主要是黑色素和血色素。表皮主要吸收光线，表皮中的散射可以忽略不计。因此，表皮具有光学滤波器的特性,光的透射率取决于波长和表皮中黑色素的浓度。在真皮中光线被散射和吸收,吸收光线是血液中的血色素、胆红素和胡萝卜素等成分。因此，可利用光谱法进行皮肤颜色的特性分析和血液的诊断。1.2反射式测量系统优势目前对样品的光谱测量主要有透射式和反射式技术测量等方法。本文设计的光谱测量系统采用反射式的光学系统。由于各种光电探测器的光谱响应范围有所不同，为具备较
6、强的通用性，通常一个好的探测器光谱响应度测量系统是在宽光谱范围的。在宽光谱范围的光学设计中，采用反射式的光路设计要比透射式得到更高品质的光束质量。在透射式的光学系统中，由于不同波长的单色光在光学材料中的折射率不同，透射式光谱测量会受不同材料的穿透性影响较大,波长范围越宽，影响就越大，在实际应用方面有一定的局限性。而在反射式的光学系统中，由于根本不涉及折射，所以不存在这样的问题。因此采用反射式光路，成像质量大大优于透射式光路。12皮肤吸收光谱测量系统设计1.3光谱测量的应用生物随环境变色的研究，植物反射光谱研究，天然泥沙的反射光
7、谱测量，皮肤的无创反射测量等。近年来，紫外-可见吸收光谱分析在医疗卫生、环境保护、生命科学等各个领域和科研生产工作中都已得到了极其广泛的应用。1.4本论文的主要工作本文所做的主要工作有：（1）在论述系统理论的基础上，设计了Y型光纤反射吸收光谱测量探头，搭建了一套用于表面反射式吸收光谱测量系统，后对其主要特性进行了讨论，分析系统性能及特点。（2）根据系统设计实验，用该系统对人的皮肤进行试验研究，得出其光谱曲线，分析使用这种方案进行光谱测量的具体特性参数，如光谱范围，吸收率等。（3）对所得光谱进行实验数据处理及分析。2系统介绍2.
8、1实际测量系统设计反射测量方式分为镜面反射和漫反射测量，在实际测量中，可以采用不同的参考白板和测量角度来进行区分。反射测量用于测定样品的化学成分及表面颜色相关信息。反射式光谱测量系统由以下部件组成：QE65000光纤光谱仪、DH-2000氘-卤钨灯光源、R400-7-UV-V
