便携式物质微量成分测量装置及方法

技术领域

本申请涉及光传感技术领域，特别涉及一种便携式物质微量成分测量装置及方法。

背景技术

当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发生相互作用时,大部分光子仅是改变了方向,发生散射,而光的频率仍与激发光源一致,这种散射称为瑞利散射。但也存在很微量的光子不仅改变了光的传播方向,而且也改变了光波的频率,这种散射称为拉曼散射。

拉曼散射是光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射，拉曼散射经常用来表征分子的结构特征，也被称为分子的“指纹谱”。通过测定固定波长激光照射物质产生的拉曼光谱，可以分析出物质的成分；通过测量拉曼光谱的强度，可以分析出对应物质的浓度。

拉曼光谱测试仪器可以提供快速、简单、无损、可重复的定性分析技术，实现了筛查速度的快速化，在食品安全、药品检验、毒品侦测、司法鉴定、珠宝鉴定和环境检测等领域得到广泛应用。

目前，拉曼光谱分析仪作为一种高精度分析仪器，在试剂、试纸、切片等浓度较高的物质分析领域多采用小型的拉曼光谱仪；对于气体微量物质成分分析一般通过大型拉曼光谱分析仪器；而在安检、环境监测、疫情防控等诸多领域，还缺少一种能够对微量位置成分进行测量分析的便携式拉曼光谱分析仪器。

因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种便携式物质微量成分测量装置及方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请实施例提供一种便携式物质微量成分测量装置，包括：窄带单色激光器、光镊采集系统、拉曼散射微光接收系统、和分析测量系统；所述光镊采集系统用于将所述窄带单色激光器的出射光，转变为两路同源调相的对射相干光、以及两路对射光锥，其中，两路所述对射光锥构成光镊将待测物质微粒捕获聚集在两路所述对射光锥的共同光锥焦点，且两路所述对射相干光同时照射所述待测物质微粒产生拉曼散射光；所述拉曼散射微光接收系统与所述光镊采集系统光路连接，在所述共同光锥焦点的侧面接收所述待测物质微粒被照射产生的拉曼散射光

优选的，所述窄带单色激光器与所述光镊采集系统通过保偏光纤连接；对应的，所述光镊采集系统包括：光分路器、光程调节器和光镊捕获器；所述光分路器的光输入接口与所述窄带单色激光器通过保偏光纤连接；所述光程调节器有2个，2个所述光程调节器的光输入端分别与所述光分路器的1号分光端口、3号分光端口通过保偏光纤连接；所述光程调节器用于形成光程可调的可调干涉光路，且2个所述光程调节器的光程差不同；所述光镊捕获器的1号输入光口、3号输入光口分别与2个所述光程调节器的的光输出端通过保偏光纤连接，以通过调节2个所述光程调节器的光程差产生两路所述对射相干光；所述光镊捕获器的2号输入光口、4号输入光口分别与所述光分路器的2号分光端口、4号分光端口通过光纤连接，以产生锥形聚焦光

优选的，所述窄带单色激光器与所述光镊采集系统通过光路连接；对应的，所述光镊采集系统中，第一半反半透镜接收所述窄带单色激光器发出的平行激光，并在透射方向与第二半反半透镜光路连接，在反射方向经过第二全反射镜后与第三半反半透镜光路连接；所述第二半反半透镜在透射方向经过所述第一全反射镜后与所述光镊捕获器的2号输入光口光路连接；所述第二半反半透镜在反射方向经过第四全反射镜后与所述光镊捕获器的3号输入光口光路连接；所述第三半反半透镜在反射方向依次经过直角全反射镜、第三全反射镜后与所述光镊捕获器的1号输入光口光路连接；所述第三半反半透镜在透射方向经过第五全反射镜后与所述光镊捕获器的4号输入光口光路连接；其中，所述直角全反射镜与所述第三全反射镜之间的光程可调；所述光镊捕获器的1号输入光口、3号输入光口通过所述直角全反射镜与所述第三全反射镜之间的光程调节产生两路所述对射相干光；所述光镊捕获器的2号输入光口、4号输入光口产生锥形聚焦光，形成两路所述对射光锥。

优选的，所述拉曼散射微光接收系统通过设置于所述共同光锥焦点侧面的线性光电二极管或者光电倍增管接收所述拉曼散射光，形成光干涉条纹，并将所述光干涉条纹转换为所述光电流模拟信号输出；其中，所述线性光电二极管或者光电倍增管的大光敏面设置有拉曼滤光片，所述拉曼滤光片正对所述共同光锥焦点。

优选的，所述分析测量系统设置有背景信号消除电路，所述背景信号消除电路包括：跨接电阻、混频器和可变增益放大器；所述跨接电阻与所述拉曼散射微光接收系统电连接，接收所述光电流模拟信号，并产生混合模拟信号；所述混频器与所述跨接电阻电连接，接收所述混合模拟信号，并对所述混合模拟信号中的背景模拟信号进行消除，得到所述待测物质微粒的物质模拟信号；所述可变增益放大器与所述混频器电连接，接收所述待测物质微粒的物质模拟信号，进行信号幅度放大，以计算所述待测物质微粒的浓度。

优选的，所述分析测量系统中还设置有FPGA电路，所述FPGA电路中设置有运算模块和存储模块，所述运算模块对接收到的经过模数转换的背景物质的所述背景模拟信号进行傅里叶运算，并将得到的傅里叶变换数据发送所述存储模块进行存储；且在所述混频器对所述混合模拟信号中的背景模拟信号进行消除时，对存储于所述存储模块中的傅里叶变换数据进行反傅里叶变换，得到反向背景模拟信号，并发送至所述混频器，以由所述混频器基于所述反向背景模拟信号对所述混合模拟信号中的背景模拟信号进行消除。

优选的，信号幅度放大后的所述待测物质微粒的物质模拟信号，经过模数转换后，发送至所述运算模块，计算所述待测物质微粒的浓度。

本申请实施例还提供一种基于上述任一所述的便携式物质微量成分测量装置的物质微量成分测量方法，包括：获取背景物质的背景模拟信号进行傅里叶变换，得到傅里叶变换数据；对所述傅里叶变换数据进行反傅里叶运算，以得到反向背景模拟信号；基于所述反向背景模拟信号，对获取的待测物质微粒的混合模拟信号进行矢量运算，得到所述待测物质微粒的物质模拟信号；对所述物质模拟信号依次进行信号幅度放大、模数转换及傅里叶运算，得到所述待测物质微粒的浓度。

有益效果：

本申请实施例提供的便携式物质微量成分测量装置中，光镊采集系统用于将窄带单色激光器的出射光转变为两路同源调相的对射相干光、以及两路对射光锥；两路对射光锥构成光镊将待测物质微粒捕获聚集在两路对射光锥的共同光锥焦点，且两路对射相干光同时照射待测物质微粒产生拉曼散射光；拉曼散射微光接收系统与光镊采集系统光路连接，在共同光锥焦点的侧面接收待测物质微粒被照射产生的拉曼散射光，形成光干涉条纹，并转换为光电流模拟信号输出；分析测量系统与拉曼散射微光接收系统电连接，接收光电流模拟信号进行处理，得到待测物质微粒的物质模拟信号，以计算待测物质微粒的浓度。籍以，利用光镊原理将待测物质微粒捕获聚集在两路对射光锥的共同能量焦点上，由两路同源调相的对射相干光同时照射约束在共同光锥焦点的待测物质微粒，产生拉曼散射光，在共同光锥焦点侧面接收拉曼散射光的光干涉条纹，并进行光电转换波形数据处理，计算处待测物质微粒的浓度，实现实时的对物质浓度、特别是极微量气体物质的浓度进行便携测量或监测。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为根据本申请的一些实施例提供的一种便携式物质微量成分测量装置的结构示意图；

图2为根据本申请的一些实施例提供的一种光镊采集系统的原理示意图；

图3为根据本申请的一些实施例提供的另一种光镊采集系统的原理示意图；

图4为根据本申请的一些实施例提供的光程调节器的结构示意图；

图5为根据本申请的一些实施例提供的光镊捕获器的爆炸示意图；

图6为根据本申请的一些实施例提供的混合模拟信号的示意图；

图7为根据本申请的一些实施例提供的背景模拟信号的示意图；

图8为根据本申请的一些实施例提供的物质模拟信号的示意图；

图9为根据本申请的一些实施例提供的物质模拟信号经过可变增益放大器进行信号幅度放大后的示意图；

图10为根据本申请的一些实施例提供的一种便携式物质微量成分测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

光镊，又被称为单光束梯度力光阱，日常，我们用来挟持物体的镊子，都是有形物体，我们感觉到镊子的存在，然后通过镊子施加一定的力钳住物体。捕获微小粒子的光镊是一个特别的光场，这个光场与物体相互作用时，物体整个受到光的作用从而达到被钳的效果，然后可以通过移动光束来实现迁移物体的目的。如果以形成光场的中心划定一个几微米方圆的区域，你将会观察到一旦光子涉足这个禁区就会自动迅速坠落光的中心，表现出这个光场具有地心引力的效应。

光照射物体时,由于光波(电磁波)具有能量,也有动量,所以,在物体表面形成反射和吸收,同时会对表面形成压力作用,成为光压(光辐射压力)。激光聚集可形成光阱，微小物体受光压而被束缚在光阱处，移动光束使微小物体随光阱移动。

为了能够对微量物质成分进行实时的便携测量分析，本申请利用光镊原理将空气中的物质微粒或分子捕获聚集在两路对射光锥共同能量焦点上，由两路同源调相的对射相干光同时照射约束在共同光锥焦点的待测物质微粒，产生拉曼散射光，在共同光锥焦点侧面接收拉曼散射光的光干涉条纹并放大，通过傅里叶算法对光电转换波形数据进行滤波处理，计算处待测物质微粒的浓度，籍以，实现实时的对物质浓度，特别是极微量气体物质的浓度进行便携测量或监测。

如图1至图9所示，该便携式物质微量成分测量装置包括：窄带单色激光器、光镊采集系统、拉曼散射微光接收系统和分析测量系统。其中，光镊采集系统用于将窄带单色激光器的出射光转别为两路同源调相的对射相干光、以及两路对射光锥。由两路对射光锥构成光镊将待测物质微粒捕获聚集在两对对射光锥的共同光锥焦点，两路对射相干光同时照射待测物质微粒产生拉曼散射光。拉曼散射微光接收系统与光镊采集系统光路连接，在共同光锥焦点的侧面接收待测物质微粒被照射产生的拉曼散射光，两路相干光的光程差按一定的时间周期循环往复变化，形成光干涉条纹，并转换为光电流模拟信号输出；分析测量系统与拉曼散射微光接收系统电连接，接收光电流模拟信号进行处理，得到待测物质微粒的物质模拟信号，以计算待测物质微粒的浓度。

本申请中，窄带单色激光器与光镊采集系统的连接可以采用光纤等物理连接形式，也可以采用平行激光等光路连接方法。其中，当窄带单色激光器与光镊采集系统采用光纤物理连接时，连接光纤为保偏光纤，以保证传输光的偏振态稳定、保证传输光的相位稳定。本申请中，利用保偏光纤连接，保证两束同源光(对射相干光)的相位稳定，降低由拉曼散射光转换的光电流模拟信号中的噪声，提高待测物质微粒的浓度测量精度。

在一应用场景中，当窄带单色激光器与光镊采集系统通过保偏光纤连接时，光镊采集系统的各部件之间均通过光纤物理连接。具体的，光镊采集系统包括：光分路器、光程调节器和光镊捕获器。其中，光分路器的光输入接口与窄带单色激光器通过保偏光纤连接；光程调节器有2个，2个光程调节器的光输入端分别与光分路器的1号分光端口、3号分光端口通过保偏光纤连接；通过2个光程差不同的光程调节器形成光程可调的可调干涉光路，籍以，通过调节2个光程调节器的光程差产生两路对射相干光。

在此，光程调节器中设置有固定准直透镜、运动准直透镜和压电陶瓷。其中，压电陶瓷连接于运动准直透镜上，运动准直透镜与固定准直透镜之间为平行激光。当向压电陶瓷发出控制信号时，压电陶瓷的厚度发生变化，进而带动运动准直透镜运动，使运动准直透镜与固定准直透镜之间的距离(光程)发生改变。进而，当2个光程调节器中的任意一个或2个的光程发生变化时，2个光程调节器之间的光程差就会发生随之发生变化。

在该应用场景中，光程调节器为光纤型，具体包括：中空金属圆筒、运动准直透镜和固定准直透镜，其中，中空金属圆筒的一端固定安装固定准直透镜，另一端安装运动准直透镜，且运动准直透镜在中空金属圆筒中能够相对固定准直透镜沿轴向方向移动，改变其与固定准直透镜之间的距离，以调整其光程。具体的，运动准直透镜通过压电陶瓷连接于中空金属圆筒上，通过控制压电陶瓷的电压变化，使压电陶瓷厚度的沿周向变化，进而带动运动准直透镜进行运动。

在一具体的例子中，带纤尾的固定准直透镜由中空金属圆筒的一端插入，并粘贴于中空金属圆筒的内侧壁上；压电陶瓷的一端与带纤尾的运动准直透镜的端面粘贴，另一端可以粘贴于中空金属圆筒的内侧壁上，也可以粘贴于连接金属条上，将连接金属条粘贴于中空金属圆筒上。在压电陶瓷的控制信号线由中空金属圆筒的端部伸出，接收控制信号。

在该应用场景中，光镊捕获器的1号输入光口、3号输入光口分别与2个光程调节器的光输出端通过保偏光纤连接，当调节2个光程调节器的光程差时，光镊捕获器的1号输入光口、3号输入光口对应产生两路对射相干光。

同时，光镊捕获器的2号输入光口、4号输入光口分别通过光纤与光分路器的2号分光端口、4号分光端口通过光纤连接，平行激光在光镊捕获器的2号输入光口、4号输入光口分别形成锥形聚焦光，两路相对的锥形聚焦光形成两路对射光锥，两路对射光锥构成光镊，将空气中的待测物质微粒捕获聚焦(约束)在两路对射光锥的共同光锥焦点；同时，在2路同源调相的对射相干光对约束的待测物质微粒进行照射，产生拉曼散射光。

具体的，光镊捕获器包括：壳体、聚焦光组件和对射光组件。其中，壳体为金属圆环状，且底部设有相对的双扇形镂空，壳体的侧壁上分别正对安装两组聚焦光组件、以及两组对射光组件；两组聚焦光组件与两组对射光组件沿壳体的周向均匀、间隔布置，两组聚焦光组件、两组对射光组件分别面对面设置，且两组聚焦光组件与相对的双扇形镂空相对应。具体的，在金属圆环状壳体的侧壁上分别开设有与聚焦光组件、对射光组件相适配的安装孔，聚焦光组件、对射光组件均粘贴于安装孔内。

聚焦光组件包括准直透镜和汇聚透镜，光线通过两聚焦光组件形成两路对射光锥；对射光组件包括准直透镜，光纤经过两组对射光组件形成两路同源调相的对射相干光。

光镊捕获器的2号输入光口、4号输入光口设置的聚焦光组件通过光路耦合连接，由聚焦光组件的准直透镜将出射光折射成大光斑平行光，再有汇聚透镜将大光斑平行光聚集到金属圆环状的壳体的中心(共同光锥焦点)，形成圆锥形汇聚光路。

在一具体的应用场景中，在壳体的底部还设置有抽风装置，抽风装置工作，使得当包含待测物质微粒的气体进入光镊捕获器的金属圆环状壳体范围时，气体会沿着相对的双扇形镂空流过，进入圆锥光路的待测物质微粒在圆锥行汇聚光路中光压(光辐射压力)的作用下，自动向能量最高的光焦点聚集，由两路对射光锥形成稳定的光镊作用，将待测物质微粒捕获聚集在光焦点位置。

光镊捕获器的1号输入光口、3号输入光口设置的对射光组件通过光路耦合连接，由对射光组件的准直透镜将出射光折射为平行光，两束极细的平行相干光面对面发射，在金属圆环状的壳体的中心(共同光锥焦点)相遇，分别照射约束于金属圆环状的壳体的中心(共同光锥焦点)的待测物质微粒，产生2组拉曼散射光。

在另一应用场景中，窄带单色激光器与光镊采集系统之间通过光路连接。具体的，窄带单色激光器向光镊采集系统的第一半反半透镜发送平行激光，由第一半反半透镜接收后，在第一半反半透镜的透射方向与第二半反半透镜光路连接，在反射方向与第三半反半透镜光路连接。

一路激光到达第二半反半透镜后，在第二半反半透镜的透射方向经过第一全反射镜后与光镊捕获器的2号输入光口光路连接，在第二半反半透镜的反射方向经过第四全反射镜后与光镊捕获器的3号输入光口光路连接。

另一路激光到达第三半反半透镜后，在第三半反半透镜的反射方向依次经过直角全反射镜、第三全反射镜后与光镊捕获器的1号输入光口光路连接；在第三半反半透镜的透射方向经过第五全反射镜后与光镊捕获器的4号输入光口光路连接。

同样的，在光镊捕获器的2号输入光口、4号输入光口形成锥形聚焦光，产生两路对射光锥，形成光镊，对空气中的待测物质微粒进行捕获聚焦，将待测物质微粒约束在光锥焦点。且，该应用场景中，直角全反射镜能够相对于第三全反射镜、第三半反半透镜进行相对运动，进而改变直角全反射镜分别与第三全反射镜、第三半反半透镜之间的光程，而直角全反射镜与第三全反射镜、第三半反半透镜之间的光程同时增加或减少(总光程变化时直角全反射镜运动距离的两倍)，通过调节直角全反射镜与第三全反射镜、第三半反半透镜之间的光程，光镊捕获器的1号输入光口、3号输入光口激光的光程差变化，进而形成2路对射相干光，对约束在光锥焦点的待测物质微粒进行照射，产生2组拉曼散射光。

在一具体的例子中，直角全反射镜可以由两片成直角的全反射镜组合而成，且直角全反射镜连接有压电陶瓷；通过控制压电陶瓷的控制电压，使压电陶瓷的厚度发生变化，带动直角全反射镜相对于第三全反射镜进行运动；直角全反射镜的运动使得进入光镊捕获器的1号输入光口、3号输入光口的光程发生变化，即射入光镊捕获器的1号输入光口、3号输入光口的同源光相位不同

本申请中，两路对射相干光与两路对射光锥共同照射约束在共同光锥焦点的待测物质微粒，产生拉曼散射光；拉曼散射微光接收系统通过设置于共同光锥焦点侧面的线性光电二极管或者光电倍增管接收拉曼散射光，在两路相干光的光程差按一定的时间周期循环往复变化的作用下，形成光干涉条纹，并将光干涉条纹转换为光电流模拟信号输出。本申请中，线性光电二极管或者光电倍增管粘贴于金属圆环状壳体的底部开始的安装孔内，以接收拉曼散射光。

其中，拉曼光散射的信号强度极其微弱，在线性光电二极管或者光电倍增管的大光敏面设置有拉曼滤光片，拉曼滤光片正对共同光锥焦点，通过拉曼滤光片阻挡与光源同频率的瑞利散射光，避免有效的拉曼散射光被幅度高得多的瑞利散射光淹没，进而，使极微弱的拉曼散射光照射大光敏面线性光电二极管(或光电倍增管)。

按照重复的频率连续线性调节光镊捕获器的1号输入光口、3号输入光口的光程差，2组拉曼散射光发生干涉，由大光敏面线性光电二极管(或光电倍增管)将光干涉条纹转化为模拟光电流波动(即光电流模拟信号)。

由于待测物质微粒的浓度远低于背景物质(空气为主要成分)的物质浓度，对应的待测物质微粒的拉曼光谱信号幅度远低于背景物质的拉曼光谱信号幅度。因而，相对于背景物质的高幅度模拟波形信号(即背景物质的背景模拟信号)，待测物质微粒关联的微弱模拟波形信号(即待测物质微粒的物质模拟信号)，相对于背景物质的高幅度模拟波形信号，只是叠加在背景物质的高幅度模拟波形信号上的微弱模拟波形信号。

如果高倍数放大混合模拟信号(背景物质的高幅度模拟波形信号与待测物质微粒关联的微弱模拟波形信号)，则波形总幅度很容易超过允许最大值引起削波和线性失真；而如果不对混合模拟信号做高倍数放大，则待测物质微粒关联的微弱模拟波形信号放大幅度不够，进而，待测物质微粒信号幅度不够时，模数转换精度低，难以计算待测物质微粒的浓度。

因而，本申请中通过背景信号消除电路对混合模拟信号中背景物质的高幅度模拟波形信号进行消除，以得到相对干净的待测物质微粒关联的微弱模拟波形信号为基础进行浓度计算。具体的，背景信号消除电路包括：跨接电阻、混频器和可变增益放大器。其中，跨接电阻与拉曼散射微光接收系统中的线性光电二极管或者光电倍增管电连接，接收线性光电二极管或者光电倍增管输出的光电流模拟信号，光电流模拟信号经过跨接电阻产生模拟电压信号(即混合模拟信号)，并发送至与其连接的混频器。在混频器中，对混合模拟信号中的背景模拟信号进行消除，得到待测物质微粒的物质模拟信号，并发送至于混频器电连接的可变增益放大器进行信号幅度放大。

经过可变增益放大器进行信号幅度放大后的物质模拟信号再进行模数转换，将模拟信号转变为数字信号发送至FPGA电路，由FPGA电路中的运算模块基于待测物质微粒的物质光谱数据，根据待测物质微粒对应的数字信号，计算待测物质微粒的浓度。

本申请中，在对混合模拟信号中的背景模拟信号进行消除前，首先对背景物质进行测量，将背景物质产生的光干涉条纹进行光电转换，得到背景物质的背景模拟信号，继而将得到的背景物质的背景模拟信号进行模数转换后，发送至FPGA电路的运算模块进行傅里叶运算，并将运算得到的傅里叶变换数据发送至FPGA电路的存储模块进行存储。当在混频器对混合模拟信号进行背景模拟信号消除时，FPGA电路调用其存储模块中存储的背景模拟信号对应的傅里叶变换数据，进行反傅里叶变换、数模转换，生成反向背景模拟信号，并发送至混频器，在混频器中将反向背景模拟信号与混合模拟信号进行矢量和运算，消除混合模拟信号中的背景模拟信号，得到待测物质微粒的物质模拟信号，并发送至可变增益放大器进行信号幅度放大，以计算待测物质微粒的浓度。

待测物质微粒的物质模拟信号经过模数转换，得到待测物质微粒进行浓度计算时的数字信号，即待测物质微粒的拉曼干涉条纹数据，发送至FPGA电路的运算模块，由运算模块对待测物质微粒的拉曼干涉条纹数据进行FFT频谱分析(快速傅里叶变换，fast Fourier transform，简称FFT)，得到频率数据对应待测物质的拉曼位移，即物质分子成分，物质分子成分对应的FFT频谱分析的对应频点(频率)的幅度值与对应物质的浓度成正比。

本申请中，可以通过待测物质微粒的标准浓度(即对应物质的物质光谱数据)，对FFT频谱分析对应的频点和幅度的比例值进行标定，即可通过对比，快速得到待测物质微粒的浓度。也就是说，待测物质微粒对应频谱数据上的一个频点，待测物质微粒的浓度与频谱数据上对应频点的幅度值成正比，在通过物质的标准浓度标定频谱数据对应频点的幅度值后，即可用对应频点推算待测物质微粒的类型，利用对应频点测得的幅度值确定待测物质微粒的的浓度。

本申请中，将FPGA电路作为主控电路，实现对窄带单色激光器、压电陶瓷进行控制；同时，将FPGA电路与LCD显示电路连接，将分析得到的待测物质微粒的浓度通过LCD显示电路进行直观显示；以及通过无线联网模块获取物质的物质光谱数据并上报测试结果。

通过本申请的便携式物质微量成分测量装置进行物质微量成分的测量时，具体流程如图10所示，首先，获取背景物质的背景模拟信号进行傅里叶变换，得到傅里叶变换数据；接着，对傅里叶变换数据进行反傅里叶运算，以得到反向背景模拟信号；然后，基于反向背景模拟信号，对获取的待测物质微粒的混合模拟信号进行矢量运算，得到待测物质微粒的物质模拟信号；最后，对物质模拟信号依次进行信号幅度放大、模数转换以及傅里叶运算，得到待测物质微粒的浓度。

通过本申请实施例提供的便携式物质微量成分测量装置进行物质微量成分测量，利用光镊原理将待测物质微粒捕获聚集在两路对射光锥的共同能量焦点上，由两路同源调相的对射相干光同时照射约束在共同光锥焦点的待测物质微粒，产生拉曼散射光，在共同光锥焦点侧面接收拉曼散射光，在两路相干光的光程差按一定的时间周期循环往复变化的作用下产生光干涉条纹，并进行光电转换波形数据处理，计算处待测物质微粒的浓度，实现实时的对物质浓度、特别是对极微量气体物质的浓度进行便携测量或监测。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。