CN110998285A - 用于分析介质的设备以及相关联的蛋识别设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于审查将要分析的介质，诸如禽蛋(1)的设备。这种设备(160)包括被配置为朝向介质发射光的发射器组件(200)。所述发射器组件具有被配置为发射第一光信号的第一发射器源(210)和被配置为发射第二光信号的第二发射器源(220)。所述第一光信号和所述第二光信号以正交相位传输通过所述介质。检测器组件被配置为检测传输通过所述介质的所述第一光信号和所述第二光信号。所述检测器组件(300)还被配置为解析所述第一光信号和所述第二光信号中的每一者的相对振幅或绝对振幅。处理器(600)被配置为处理所述检测到的信号以使用所述第一光信号和所述第二光信号的所述相对振幅和所述绝对振幅中的至少一者来识别所述介质的性质。还提供了相关联的方法。

Description

用于分析介质的设备以及相关联的蛋识别设备和方法
技术领域
本公开大体上涉及用于识别将要分析的介质的性质的装置。更具体地说，本公开涉及用以识别介质的性质的发射器-检测器***和相关联的方法，所述***在一些情况下可以用于确定禽蛋内的胚胎的存活性或存在。
背景技术
基于某种可观察到的质量来在禽蛋之间进行区别是养禽业中的众所周知并且长期使用的做法。“对光检查”是一个这种技术的常见名称，该术语源于使用来自蜡烛的光来检查蛋的原始做法。如熟悉蛋的人所知道的，尽管蛋壳在大多数光照条件下看起来是不透明的，但是它们实际上是有点半透明的，并且当放在直射光前面时，可以观察到蛋的内容物。
通常在胚胎发育期间将将要被孵化成活禽的蛋对光检查以识别无精蛋、臭蛋和死蛋(在本文中统称为“非活蛋”)。在孵育时移除非活蛋(也称为不可存活的蛋)以增大可用的孵育器空间。在许多情况下，需要在孵化之前经由胚蛋注射将物质引入到活蛋(也称为可存活的蛋)中。将各种物质注射到禽蛋中用于商业养禽业以降低孵化后死亡率或提高孵化出的鸟的生长率。
在商业禽类生产中，仅某一百分比的商业肉鸡蛋孵化。不孵化的蛋包括未受精的蛋以及死掉的受精蛋。归因于商业禽类生产中遇到的非活蛋的数量，自动化胚蛋注射方法的使用，和处理物质的成本，期望用于识别活蛋(或识别非活蛋)并移除非活蛋或选择性地仅对活蛋注射的自动化方法。
蛋可以是“活”蛋，这意味着它具有可存活的胚胎。图1示出了孵育大约一天时的活禽蛋1。图2示出了孵育大约十一天时的活蛋1。蛋1在10表示的附近具有有点窄的端部并且在20所示的附近具有相对地安置的变宽的或钝的端部部分。在图1中，胚胎2表示在蛋黄3顶上。蛋1在变宽的端部20附近含有气室4。如图2所示，小鸡的翅膀5、腿6和喙7已发育。
蛋可以是“无精”蛋或“未受精”蛋，这意味着它没有胚胎。更具体地说，“无精”蛋是没有变臭的未受精蛋。蛋可以是“早期死掉的”蛋，这意味着它具有在大约一天到五天大时死掉的胚胎。蛋可以是“中期死掉的”蛋，这意味着它具有在大约五天到十五天大时死掉的胚胎。蛋可以是“后期死掉的”蛋，这意味着它具有在大约十五天到十八天大时死掉的胚胎。
蛋可以是“臭”蛋，这意味着蛋包括变臭的未受精蛋黄(例如，由于蛋壳中的裂纹)，或替代地变臭的死胚胎。尽管“早期死掉的”、“中期死掉的”或“后期死掉的蛋”可能是臭蛋，但如本文中使用的那些术语是指没有变臭的这类蛋。也可以将无精蛋、早期死掉的蛋、中期死掉的蛋、后期死掉的蛋和臭蛋归类为“非活”蛋，这是因为它们不包括活胚胎。
一些先前的对光检查设备已采用不透明度识别***，在所述***中多个光源和对应的光检测器以阵列安装，并且其中蛋在托盘上在光源与光检测器之间通过。然而，这些***在区别活蛋与非活蛋，尤其是在臭蛋方面受限制。臭蛋可能含有能够污染靠近其的其他可存活的蛋的有害病原体。
因此，将期望提供能够准确地区分活蛋与非活蛋，并且尤其能够识别臭蛋的蛋识别***。另外，将期望提供将促进以高生产量和准确的方式对活蛋和非活蛋进行这种区别的相关联的方法。
发明内容
本公开的方面满足以上和其他需要，根据一个方面，本公开提供了用于审查将要分析的介质的设备。所述设备具有被配置为朝向介质发射光的发射器组件。所述发射器组件具有被配置为发射第一光信号的第一发射器源和被配置为发射第二光信号的第二发射器源。所述第一光信号和所述第二光信号以正交相位传输通过所述介质。检测器组件被配置为检测传输通过所述介质的所述第一光信号和所述第二光信号。所述检测器组件还被配置为解析所述第一光信号和所述第二光信号中的每一者的相对振幅或绝对振幅。处理器被配置为处理所述检测到的信号以使用所述第一光信号和所述第二光信号的所述相对振幅或所述绝对振幅中的至少一者来识别所述介质的性质。
另一方面提供了一种分析介质的方法。所述方法包括使第一光信号和第二光信号以正交相位传输通过将要分析的介质。所述方法还包括检测传输通过所述介质的所述第一光信号和所述第二光信号，以及解析所述第一光信号和所述第二光信号中的每一者的相对振幅或绝对振幅。所述方法还包括使用所述第一光信号和所述第二光信号的所述相对振幅或所述绝对振幅中的至少一者来确定所述介质的性质。
又一方面提供了一种用于非侵入性地识别蛋的现状的设备。所述设备包括被配置为朝向蛋发射光的发射器组件。所述发射器组件具有被配置为发射第一光信号的第一发射器源和被配置为发射第二光信号的第二发射器源。所述第一光信号和所述第二光信号以正交相位传输通过所述蛋。检测器组件被配置为检测传输通过所述蛋的所述第一光信号和所述第二光信号。所述检测器组件还被配置为解析所述第一光信号和所述第二光信号中的每一者的相对振幅或绝对振幅。处理器被配置为处理所述检测到的第一光信号和所述检测到的第二光信号以使用所述第一光信号和所述第二光信号的所述相对振幅或所述绝对振幅中的至少一者来识别所述蛋的现状。
再一方面提供了一种分析蛋的现状的方法。所述方法包括使第一光信号和第二光信号以正交相位传输通过将要分析的蛋。所述方法还包括检测传输通过所述蛋的所述第一信号和所述第二信号，以及解析所述第一光信号和所述第二光信号中的每一者的相对振幅或绝对振幅。所述方法还包括使用所述第一光信号和所述第二光信号的所述相对振幅或所述绝对振幅中的至少一者来确定所述蛋的现状。
因此，本公开的各方面提供优点，如本文中其他地方详述。
附图说明
已因此一般地描述了本公开的各种实施方案，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且附图中：
图1示出了孵育大约一天时的活鸡蛋；
图2示出了孵育大约十一天时的活鸡蛋；
图3是根据本公开的一个方面的蛋识别设备的示意性透视图；
图4是能够将蛋容纳在固定位置的蛋托盘的示意性透视图；
图5示出了根据本公开的一个方面的蛋识别***；
图6和图7是示出根据本公开的一个方面的蛋识别方法的一部分的图；
图8是根据本公开的一个方面的检测器增益与根据用于识别介质的性质的方法的检测光的功率变化的频率的曲线图；
图9是根据本公开的一个方面的检测器增益与相对于图8在较长取样时间内的检测光的功率变化的频率的曲线图；
图10示出了根据本公开的模拟实现方式；
图11示出了根据本公开的下变频器的数字实现方式；
图12示出了关于邻道抑制和频率规划的本公开的方法方面；
图13示出了作为本公开的方法的一部分的正交误差的作用；
图14是不同蛋类型的光密度与传输的光波长的曲线图；
图15和图16是绘制用于在没有干扰光的情况下识别活蛋和非活蛋的信号功率与相位角的图；
图17和图18示出了图5所示的***的滤波器带宽与本底噪声之间的测量的关系；并且
图19至图22是绘制用于识别活蛋和非活蛋的信号功率与相位角的图，其示出了自干扰光的作用。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述本公开的各个方面，附图中示出了本公开的一些但不是所有方面。实际上，本公开可以用许多不同的形式体现并且不应解释为限于本文中阐述的方面；而是，提供这些方面使得本公开将满足适用的法律要求。相似的数字在全文中指相似的元件。
本公开涉及用于确定或识别将要分析的介质的一种或多种性质的设备和方法。本公开可以用于脉搏血氧测定、气体分析，或将要分析的其他物体或介质。更具体地说，本公开涉及用于改进对蛋内的胚胎的存活性的确定的设备和方法。在一些情况下，可以实施本公开以用高生产量的方式确定多个蛋的存活性。在一些情况下，蛋可以非接触或无接触方式通过识别***，而在其他情况下，蛋可以与机械光密封件接触以减少杂散信号(例如，环境光)。如本文中所使用，术语“非接触”和“无接触”是指在确定存活性时在发射器-检测器对的操作期间在蛋与本文中公开的蛋识别***的某些部件之间维持间隔开的关系。
另外，本公开涉及使用传输(所谓的“通过光束”)模式来确定蛋的存活性的设备和方法。通过以传输模式操作，蛋识别设备的发射器和检测器可以沿着共同的纵轴轴向地对准，使得设备可以可行的方式配置。也就是说，发射器组件和检测器组件可以位于蛋的相对侧，使得蛋可以易于在其之间通过以进行评估和识别。
根据本公开的方面的方法和设备可以用于在胚胎发育(也称为孵育期)期间的任何时间准确地识别活蛋和非活蛋。本公开的方面不限于仅在胚胎发育期期间的特定一天(例如，十一天)或时间段的识别。另外，根据本公开的方面的方法和设备可以与任何类型的禽蛋一起使用，所述禽蛋包括但不限于鸡蛋、火鸡蛋、鸭蛋、鹅蛋、鹌鹑蛋、野鸡蛋、外来鸟蛋等。
图3示出了能够实施本公开的各方面的蛋识别设备100。蛋识别设备100可以包括框架120和被配置为将容纳在蛋托盘50(图4)中的多个蛋传送到蛋识别***160的传送器***140。在一些情况下，蛋识别设备100可以包括能够显示与蛋识别设备100和/或通过蛋识别***160以进行分析的蛋相关的信息的操作者界面显示器180。蛋识别设备100可以包括用于控制其各方面，包括启用和停用蛋识别***160的某些部件的能力的一个或多个控制器。蛋识别设备100可以是便携式的，并且在一些情况下可以模块化方式配置，使得其可以连接到其他相关联的装置，诸如蛋注射设备、蛋分拣设备、蛋转移设备、蛋移除器设备，或性别识别设备。在一些情况下，蛋识别***160可以直接应用于蛋注射设备、蛋分拣设备、蛋转移设备、蛋移除器设备，或性别识别设备。
参考图4，蛋托盘50可以由具有多个端部54的主体52形成。主体52可以限定多个开放穴56，其中每个穴56能够接纳相应蛋的端部。在一些情况下，蛋的窄端10(图1和图2)可以接纳在穴56内，使得钝端20突出到蛋托盘50上方。多个突出构件58可以设置在穴56周围，使得蛋维持在竖直定向上。尽管蛋可以携载在蛋托盘50中，但是可以使用随时间变化向蛋识别***160呈现多个蛋以用于识别蛋的现状的任何构件。
现在参考图5，示意性地示出了根据本公开的方面的用于非侵入性地识别蛋的现状的蛋识别***160。本文中描述的***和方法也可以称为非侵入性的，因为在蛋的整个评估过程中蛋壳结构保持完好无损。可以提供发射器-检测器对500以用于对蛋进行分类。所示发射器-检测器对500可以包括发射器组件200和检测器组件300。在操作中，多个发射器-检测器对500可以阵列布置并且用以对由蛋托盘50(图4)支撑的蛋的相应阵列进行分类。发射器组件200可以包括发射器外壳。本公开的方面不限于发射器外壳的所示配置。发射器外壳可以不受限制地具有各种形状、大小和配置。发射器组件200的阵列可以经由蛋识别***160的框架或其他支撑构件支撑。因为蛋识别***160可以非接触方式操作，以该方式蛋不与所述***物理地接触，所以发射器组件200可以放置在固定位置。
蛋1可以用来自定位成靠近蛋1的钝端20的发射器组件200的第一发射器源和第二发射器源210、220的光照射。在一些情况下，来自两个发射器源210、220的光束可以组合并准直成由组合信号表示的单个光束。在一些情况下，从光发射源210、220发射的光可以被准直和/或聚焦。根据本公开的各个实施方案，可以用波长在大约400纳米与2600纳米之间的范围内的光来照射物体。对于禽蛋的应用，每个相应的光发射源210、220可以特定地用波长在可见光谱、红外光谱、近红外光谱或紫外光谱内的光来照射蛋。第一发射器源和第二发射器源210、220发射不同波长的光。第一发射器源和第二发射器源210、220可以发射在大约750nm至950nm之间，并且优选地在大约800nm至910nm之间的范围内的光。在一些情况下，第一发射器源210可以发射在大约800nm至810nm，并且优选地在大约805nm至809nm的范围内的光。该区域对禽蛋提供高选择性，同时提供第一发射器波长的优良传输特性。第二发射器源可以发射在大约900nm至910nm，并且优选地在大约905nm至910nm的范围内的光。该区域也对禽蛋提供高选择性，同时提供第二发射器波长的优良传输特性。其他蛋类型和材料可能需要不同的波长。
发射器组件200可以被配置为沿着蛋1的纵轴最大化电磁辐射的发射，使得发射相干地指向蛋1。也就是说，发射器组件200可以被配置为将光发射源210的发射投射到蛋1的指定区域上。根据一些方面，光发射器源210、220可以例如由发光二极管(LED)或激光二极管(LD)、透镜、挡板和被配置为发射来自电磁光谱的各个部分的光的组合构件形成。然而，本公开的方面不限于LED或LD的使用。可以不受限制地利用各种类型的光发射器源。具体地说，可以利用发射窄光谱的任何源。
检测器组件300可以定位成邻近蛋1的窄端10，与发射器组件200相对，并且可以接收传输通过蛋的光。检测器组件300还可以包括检测装置，诸如光电二极管、透镜、挡板、放大器和滤波器。检测器组件300可以被配置为测量根据波长而传输通过介质或材料的辐射通量的目标部分。关于本文中词语“强度”在光测量中的使用，其在指功率测量(瓦)时应解释为“辐射通量”或在指功率/面积(W/m^2)时应解释为“辐照度”。检测器组件300可以(例如经由微处理器)被配置为将蛋1的光强度值转换为可用于确定蛋的现状(即，存活性或不可存活性)的信息。类似地，可以处理光强度值，以便将其用于确定讨论中的蛋是否为早期死掉的、中期死掉的、后期死掉的、无精的、有裂纹的、臭的和/或失踪的。尽管示出和描述为辐照蛋1的钝端20，但是可以交换发射器组件200和检测器组件300的位置，使得电磁辐射向上指向蛋1的窄端10并且在钝端20检测传输的光。
蛋识别***160可以包括一个或多个控制器或适当的硬件。例如，控制器75、80可以是控制光发射源210、220的驱动器。可以优选地提供操作者界面(例如，显示器)180以允许操作者与控制器交互。控制器可以被配置为生成用以致动和撤销致动一个或多个光发射源210、220的控制信号。可以提供函数发生器，诸如任意函数发生器70以生成电波形并控制振幅、频率和相位。任何函数发生器能够生成周期性用户定义的波形。控制器还可以在适当时包括这类其他装置以控制一个或多个光发射源210、220和检测器组件300，处理或以其他方式评定和评估来自检测器组件300的信号。控制器可以包括处理器或其他合适的可编程或不可编程电路，包括合适的软件。
处理器600可以操作地连接到检测器组件300并且在一些情况下可以接收和处理来自检测器组件300的信号。处理器600还可以将针对蛋生成的数据集与和已知蛋状况相关联的数据进行比较，并且使用该比较数据，可以根据类型(即，活的、无精的、死的、臭的)对蛋进行分类。处理器600可以被配置为：1)接收和处理来自检测器组件300的信号；并且2)处理和存储与每个蛋相关联的数据。
操作者界面180可以是任何合适的用户界面装置并且优选地包括触摸屏或键盘。操作者界面180可以允许用户从控制器接收各种信息以设置各种参数和/或对控制器编程/重新编程。操作者界面180可以包括其他***装置，例如打印机和与计算机网络的连接。可以经由操作者界面180以图形方式显示托盘50中的多个蛋中的每一者的识别出的状况以及一组或一群蛋的累积统计。可以通过处理器600使用分类数据来聚合、计算和/或估计这类累积统计。累积统计针对每一组、每一群或每一托盘可以包括早期死掉的百分比、中期死掉的百分比和臭蛋百分比。这些统计可以用于监测和评估孵化处和孵育器操作，以及培育和群的状态和性能。
本公开提供了用于在相同的正弦载波上传输两个不同的信号，检测传输的信号，并在检测器处解析每个不同信号的相对振幅的新颖设备和方法。可以将组合信号传输通过介质，所述介质不同地影响(例如，衰减)每个信号。介质与两个信号的交互提供关于介质的有用信息(标记)。检测到的信号通过相对振幅或绝对振幅提供用以识别关于介质的性质的方式。在单个载波上使用双波长在光吸收测量领域中是新颖的。使用正交振幅调制(QAM)是在通信***领域中用于传输数字数据的技术。通过所测量的介质的吸收而不是通过发射器来应用振幅调制。两个波长的吸收取决于介质而使检测到的信号振幅不同地变化。这是简化的，因为没有相移键控(单一象限)并且没有幅移键控(平滑转变)。该新颖方法提供可以用于识别介质的性质的高度准确的相对吸收测量。
通过以正交相位(即，以90度相位)传输两个信号，两个信号的正交性质使得能够高度准确地恢复每个信号的振幅，从而知道每个信号的相位。为了校准信号，可以易于通过仅启用感兴趣信号并测量所接收信号相对于用以生成所传输信号的参考信号的相位来测量每个信号的相位。因此，可以确定第一信号的参考相位并补偿第二信号的驱动信号以使两个信号在检测器处相位正交。
该技术在区别两个信号之间的小的振幅变化方面是有利的，这是因为两个信号的路径增益或衰减相同。此外，由于可以相同的频率传输信号，因此信号处理中的与频率相关的变化(诸如滤波器响应)相同地影响两个信号。
就此而言，本公开提供了以90度相位偏移在介质中传输的第一周期性信号和第二周期性信号。组合信号可以传输通过介质，所述介质与第一周期性信号和第二周期性信号不同地交互。介质可以使这些信号中的每一者衰减。离开介质的信号在第一周期性信号和第二周期性信号的振幅中可以具有关于材料性质的有用信息。在光信号的情况下，光电检测器输出振幅是检测到的最大辐射通量与最小辐射通量之间的差(通量意指哪个撞击光电检测器)。知道第一周期性信号和/或第二周期性信号的原始相位，可以确定每个信号的振幅。
在一些情况下，第一周期性信号和第二周期性信号可以是在不同波长下发射的光。光信号可以由定位成与光发射源相对的光电检测器检测。介质可以是任何材料，其中不同波长的光通过介质的传输揭示其性质。在一些情况下，介质可以是禽蛋，诸如鸡蛋。
如先前所提到的，第一周期性信号和第二周期性信号可以具有90度相位偏移的正交相位传输。在向量分析中，内积使得能够如下确定两个向量包含的角度：
a.b＝||a||||b||cos(Θ)
例如，如果a和b是三位空间R3中的非零向量，并且Θ是其之间的角度，则当且仅当cos(Θ)＝0时a.b＝0。这具有有用的物理解释，因为如果内积求得为零，则两个向量是垂直的。因此，内积提供用于确定两个向量是否垂直或正交的便利方法。将具有范数(长度)1的向量称为单位向量。单位向量被称为归一化的。如果一组向量相互正交并且为归一化的，则将该***称为正交的。正交向量集形成参考系。笛卡尔坐标系中的x-y平面、描述复变量的真实-想象平面和描述三维***的i-j-k向量是定义熟悉的参考系的正交基向量集的实例。
另外，参考图6和图7，内积提供对向量c如何“投射”到另一向量a上的测量。假设a是非零单位向量，其中||a||＝1。假设b是第二非零单位向量，其中||b||＝1并且b与a正交，其中a.b＝0。可以将向量c描述为c＝αa+βb，其中α和β是标量。积αa称为c沿着a的分量，或c沿着a的投影：
a.c＝a.(αa+βb)＝αa.a+βa.b(注意：a.b＝0)
α＝(a.c)/(a.a)＝(||a||||c||cos(Θ))/(||a||||a||cos(0))(注意：||a||＝1)
α＝a.c＝||c||cos(Θ)
在傅里叶级数的发展中，向量的正交性概念推广到函数。两个实值函数u(x)和v(x)在区间α≤x≤β上的标准内积由下式定义
Figure BDA0002379366640000121
如果函数u和v的内积消失，则将其称作在α≤x≤β上是正交的；也就是说，如果
Figure BDA0002379366640000122
如果函数集合中的每对不同的函数是正交的，则将该集合称作是相互正交的。以下定理将这些概念与函数sin(mπx/l)和cos(mπx/l)相联系。函数sin(mπx/l)和cos(mπx/l)，m＝1,2,…,在区间–l≤x≤l上形成相互正交的函数集合。其满足以下等式，称作正交关系：
Figure BDA0002379366640000123
Figure BDA0002379366640000124
Figure BDA0002379366640000125
当m！＝n时，等式(1)、(2)和(3)中的关系可以称为频率正交的，而当m＝n时，等式(2)中的关系可以称为相位正交的。频率正交的两个信号可以用于实施公开的设备和方法。或者，相位正交的两个信号可以用于实施公开的设备和方法。
像其向量对应部分一样，相互正交的函数集合可以形成参考系来描述其他函数。例如，使用正弦、余弦或复指数的傅里叶级数可以用来描述任何周期性函数。
这些结果可以通过直接积分获得。例如，
Figure BDA0002379366640000131
只要m+n并且m–n不为零。由于m和n是正的，因此因此m+n≠0。另一方面，如果m–n＝0，则m＝n，并且必须以不同的方式求积分的值。
在这种情况下
Figure BDA0002379366640000132
在以上等式(1)和(3)中，应注意，当m＝n时的积分值随积分时间而变化。也就是说，恢复的“信号”的“强度”随积分时间而增大。在以上等式(1)、(2)和(3)中，应注意，频率是1/(2l)的整数倍，否则存在残余误差项。应进一步注意，在其中m≠n的直接积分的结果中，对于m和/或n中的大值，与第一项相比，第二项较小。相反，在m和n接近同一值的区域中，第一项变成大的。
在以上等式(1)至(3)中，使：
m＝cf/fo
n＝cfo/fo＝c
l＝c/(2fo)
x＝t
其中：
fo＝期望的检测频率
c＝l内的整数周期数fo。注意，积分时间是2l。
t＝时间
考虑以下实例，其中fo＝10kHz，c＝10个周期或2ms。
m＝10f/10000＝f/1000
n＝10
l＝10/(2*10000)＝0.0005
在一些情况下，可以实施多个发射器-检测器对以便增大关于蛋移动通过蛋识别设备100的生产量。根据本公开的方面，在这种布置中的发射器可以根据频率规划方案传输具有正交频率关系的信号。
图8中绘制了检测器增益与频率。注意，当m为整数值(即，f/1000是整数)时，出现空值并且检测到零信号。这在频率规划中可以是有用的，从而允许多个发射器以不同的频率进行传输。通过控制积分时间或数据取样(采集大小和时段)，可以使检测器对在这些频率空值上发射的相邻传输器非常不敏感。在这个实例中，检测器对1,000Hz边界(不包括fo＝10,000Hz检测频率)上的相邻信号集不敏感。然而，当m不是整数时，存在将在检测到的信号中被考虑的残余增益项。
图9示出了通过设置c＝50个周期或10ms来影响增益的方式。尽管在fo下的期望频率的信号增益与第一“瓣”中的增益的比保持相同，但每一瓣中的最大增益被拉取得更接近fo。例如，12.5kHz的干扰源的结果在c＝10/1ms的情况下比在c＝50/10ms的情况下严重得多。随着积分时间增加，这些瓣中的增益变得不太重要。另外，消除频率的数量随积分时间增加，从而允许更密集的频率规划(即，更多空值可用以放置邻道)。
本公开的信号处理可以使用相敏检测器(例如锁相放大器，诸如产品SR510/SR530、SR810/SR830和SR850，其都可从StanfordResearch Systems购得)执行。锁相放大器是一种放大器，其可以从极其嘈杂的环境提取具有已知载波的信号。这种锁相放大器可以用于在数字域中执行下变频相乘。在模拟增益块和抗混叠阶段之后，这些***可以立即执行模/数转换(ADC)。
锁相测量需要频率参考。通常，测试中的物体由参考信号激发：
V参考*sin(2πf0t+θ参考)
其中：
V参考＝参考振幅
f0＝以赫兹为单位的参考频率
t＝以秒为单位的时间
θ参考＝以弧度为单位的参考信号的相位。
不失一般性地，可以假设V参考为整体。然后可以相对于参考信号考虑所有随后的振幅。检测器放大来自***的信号。来自该放大过程的输出由以下表示
V信号*sin(2πft+θ信号)
其中：
V信号＝输出信号的振幅
f＝以赫兹为单位的输出信号的频率
t＝以秒为单位的时间
θ参考＝以弧度为单位的参考信号的相位。
应注意，在典型的锁相应用中，V信号<<V参考。检测器可以将放大的信号乘以原始参考信号。乘法可以是相敏的并且可以在数字域或模拟域中执行。功率谱密度(PSD)的输出是两个正弦波的积：
VPSD＝V信号*sin(2πft+θ信号)*sin(2πf0t+θ参考)注意：假设V参考＝1
＝1/2V信号*cos(2π[f-f0]t+θ信号-θ参考)-1/2V信号*cos(2π[f+f0]t+θ信号+θ参考)
对于给定输入频率，PSD输出是两个AC信号，一个在不同的频率(f0-f)下并且另一个在和频率(f0+f)下。如果使PSD输出通过低通滤波器，则去除AC和项(f0+f)，从而留下差项：
＝1/2V信号*cos(2π[f-f0]t+θ信号-θ参考)
当f＝f0时，DC信号得到PSD：
VPSD＝1/2V信号*cos(θ信号-θ参考)
这个最后一个等式证明了信号之间的相位θ信号-θ参考需要是非时变的。否则，cos(θ信号-θ参考)将变化并且VPSD将不会严格地为DC信号。换句话说，检测器参考可以锁相至信号参考。通过将θ参考调整为θ信号，可以使θ信号-θ参考等于零并且cos(θ信号-θ参考)＝1。该调整可以在混合器之前利用相位调整θ＝θ信号-θ参考来进行，从而得到：
VPSD＝1/2V信号
相反，通过将θ参考调整为θ信号-90o，可以使(θ信号-θ参考)等于90。在这种情况下，cos(θ信号-θ参考)＝0并且消除输入信号。通常，在锁相放大器应用中，该相位相依性可以通过加上第二PSD来消除。如果第二PSD在参考振荡器移位90°的情况下乘以信号，即参考信号sin(2πf0t+90+θ参考)＝cos(2πf0t+θ参考)，则其低通滤波的输出将为：
VPSD2＝1/2V信号*sin(θ信号-θ参考)
现在，存在两个输出：一个与cosθ成正比并且另一个与sinθ成正比。将第一输出称为I并且将第二输出称为Q，
I＝1/2V信号*cosθ
Q＝1/2V信号*sinθ
这两个量将信号表示为相对于锁相参考振荡器的向量。“I”称为‘同相’分量并且“Q”称为‘正交’分量。通常，除了如下在量值计算时去除相位相依性之外，锁相放大器还使用第二PSD来计算输出与输入信号之间的相位差：
R＝(I2+Q2)1/2＝1/2V信号
θ＝tan-1(Q/I)
由锁相放大器提供的相敏检测可以应用于光学多光谱测量，诸如脉搏血氧测定以使得能够在单个参考频率f0上测量两个波长。该技术使得能够在波长λ1和λ2下的两个信号的检测到的功率之间进行简单的比率式比较。
***的正交抑制性质可以用于在相同的频率上传输和检测两个信号，只要：
i)两个信号异相90°(例如，其相位为正交的)，并且
ii)两个信号与参考之间的相位差是已知的。
如本文中所使用，术语“参考频率”与“通道”可互换地使用。概念上，个别波长的功率测量可以在检测器处按照其频率来区分。两个波长可以在参考频率或通道内按照其相位来进一步区分。
图10中示出了根据本公开的模拟实现方式。正交参考时钟
sin(2πf0+θ参考)和(A)
cos(2πf0+θ参考)(F)
可以使用直接数字合成(DDS)1000来生成。这两个参考具有任意绝对相位θ参考，但彼此具有90°的相对相位。能够生成所需信号的代表性装置是可从Analog Devices购得的产品AD9854，或可从Tektronics购得的AFG3022C任意函数发生器(AFG)。应注意，存在其他用于生成正交参考(例如，具有数字鸿沟的锁相环路)的方法。可以在不改变测量***的本质的情况下使用其他用于生成正交参考的方法。
参考信号(A)和(F)用以使用窄带照明源，诸如以波长λ1和λ2为中心的发光二极管(LED)或激光二极管(LD)来在光功率域中对信号进行忠实的再现。也就是说，发射器的光功率可以随输入信号线性地变化。如图10所示，驱动器电路1002将输入信号转换为用以驱动LED 1004的电流，使得P光≈K*ILED，其中P光是光输出功率，ILED是LED电流，并且K是常数。LD可以取代LED。
两个光源可以但不是必须组合并准直为单一光束1006。使用单一光束解决了校准***和控制可能干扰检测到的信号的杂散光的各方面。可以在没有光束组合和/或准直的情况下进行测量，但校准和检测变得更困难。可以用但不限于二向色镜、随机分叉光纤束或双色LED来实施光束组合和准直。二向色镜(例如，45度二向色镜)可以组合具有不同波长的两个光束。二向色镜具有透明衬底(诸如玻璃或蓝宝石)，所述透明衬底在一面具有光学干涉涂层并且在另一面具有任选抗反射涂层。如果期望两个光束的精确重叠，则两个不同波长的LED可以位于远处并使用随机分叉光纤束来均质化。电缆束具有两个输入和一个输出。双色LED在共同的封装中可以具有两个独立控制的管芯。
组合和准直后的光束可以指向测试物体1008。通过测试物体1008的光被吸收和散射。传输通过测试物体1008的辐射可以衰减许多数量级。传输通过测试物体1008的辐射可以任选地由聚光透镜1010收集以增大检测器组件300上的光功率并对所收集的光提供空间选择性。如图10所示，使用硅PIN二极管1020并且所述二极管对于电磁光谱的可见光和近红外(NIR)部分中的波长是可操作的。
由PIN二极管1020生成的光电流可以转换为电压信号。电压到电流的转换可以通过向PIN二极管1020装载电阻器来实现。然而，对于高增益/低噪声应用，可以提供转阻放大器1030。为了提高信噪比(SNR)，可以在***的带宽约束内最大化转阻放大器的增益。
额外增益可以利用随后的电压放大器1040来供应。该第二级可以在需要时提供信号的缩放，但SNR的轻微降低的发生以该缩放级为代价。
在下变频之前，可能需要额外滤波1050来提供DC块(模拟)、抗混叠(数字)和/或噪声带宽限制(模拟/数字)。在一些情况下，可以组合次级增益级1040和滤波器级1050。
滤波器级的输出由下式表示：
V(t)＝Asin(2πf0+θ信号)+Bcos(2πf0+θ信号)(E)
其中
θ信号＝在滤波器块的输出处信号的相位，
A＝传播到这个点的正交参考的I输出的增益/衰减，
B＝传播到这个点的正交参考的Q输出的增益/衰减。
延迟/相位旋转级1060的输出是：
sin(2πf0+θ参考+θ)(B)
cos(2πf0+θ参考+θ)(G)
将滤波器级的输出(E)乘以1070经过相位调整的参考信号并利用低通滤波器1080去除高频分量得到：
[Asin(2πf+θ信号)+Bcos(2πf+θ信号)]*sin(2πf0+θ参考+θ)
＝1/2Acos([f-f0]t+θ信号-θ参考-θ)-1/2Acos([f+f0]t+θ信号+θ参考+θ)
+1/2Bsin([f+f0]t+θ信号+θ参考+θ)-1/2Bsin([f-f0]t+θ信号-θ参考-θ)(C)
≈1/2Acos([f-f0]t+θ信号-θ参考-θ)-1/2Bsin([f-f0]t+θ信号-θ参考-θ)(D)
设置θ＝θ信号-θ参考
≈1/2Acos([f-f0]t)-1/2Bsin([f-f0]t)
对于f＝f0(或接近f0)
在模数转换器(ADC)1090的I输入处≈1/2A
并且，
[Asin(2πf+θ信号)+Bcos(2πf+θ信号)]*cos(2πf0+θ参考+θ)
＝1/2Asin([f-f0]t+θ信号-θ参考-θ)+1/2Acos([f+f0]t+θ信号+θ参考+θ)
+1/2Bcos([f-f0]t+θ信号-θ参考-θ)-1/2Bcos([f+f0]t+θ信号+θ参考+θ)(C)
≈1/2Asin([f-f0]t+θ信号-θ参考-θ)+1/2Bcos([f-f0]t+θ信号-θ参考-θ)(D)
设置θ＝θ信号-θ参考
≈1/2Asin([f-f0]t)+Bcos([f-f0]t)
对于f＝f0(或接近f0)
在模数转换器(ADC)1090的Q输入处≈1/2B。
在替代方面，如图11所示，在数字域中实施阴影块。这些块可以计算地(例如，用数字信号处理器(DSP)上运行的软件)或用逻辑(例如，用现场可编程门阵列(FPGA))实施。在ADC 1090之前，滤波器块1050可以实施低通抗混叠滤波器。ADC 1090的输出表示滤波器输出(E)的数字化版本。可以计算地处置乘法1100。随后的低通滤波器功能可以用软件或数字硬件(例如，FIR或IIR滤波器或使用FFT/DFT直接)实施。
相位延迟1060也可以计算地处置或作为简单的数字时间延迟处置。在使用中，可能不必将I和Q参考信号两者都施加到检测器。如果施加单个参考，则有可能重新生成第二参考。
图11中所示的下变频器的数字实现方式相对于模拟实现方式具有一些优点。首先，数字乘法没有对模拟乘法器来说常见的缺陷(例如，dc偏移、时钟泄漏和相位不平衡)。模拟乘法器的缺陷可能需要补偿构件。第二，数字相位延迟可以是平衡的并且不受由于频率和温度引起的变化影响。第三，模拟乘法器可能比DSP和FPGA更昂贵。
注意，图10和图11所示的下变频用以恢复I和Q分量，其中所接收信号(E)乘以用于生成所传输信号的参考信号(B)和(G)在恰当的区间内积分时是等式(1)、(2)和/或(3)的实现。随着较长的积分时间恢复的信号的振幅增大并且信噪比(SNR)增大。在数字域中，积分和随后的LPF(低通滤波器)可以利用如信号处理中使用的积分和转储块实现。就此而言，当取样开始与所接收信号(E)同步时，离散傅里叶变换(DFT)是同步下变频器。由于标准DFT将不会恢复正确相位，因此将从归一化参考获得DFT的系数。类似地，如果使用快速傅里叶变换(FFT)，则可以优化系数以使用固定旋转因子，除非取样与参考信号零交叉同步开始，否则固定旋转因子无法提供检测到的信号的正确相位。
关于***相位校准，为了区分I和Q上的信号，可以在乘法器之前校正参考信号的相位，使得θ＝θ信号-θ参考＝0。相位校正是停用一个源(例如，启用λ1源而停用λ2源)将***减小为传统锁相放大器的过程。因此，将λ1源的相位和振幅将被测量为θ＝tan-1(Q/I)和R＝(I2+Q2)1/2。在这种情况下，调整相位直到Q分量变得足够小为止就足够了。可以通过停用λ1源并启用λ1源和验证I分量足够小来验证校准。或者，可以在不存在测试物体(例如，蛋)时测量参考信号(E)的相位。测量出的相位可以用作参考。可以相对于该初始参考相位来量化λ1相对于λ2的吸收。
关于振幅校准，滤波器块1050的输出处的信号由下式表示：
V(t)＝Asin(2πf+θ信号)+Bcos(2πf+θ信号) (E)
其中：
A＝传播到这个点的正交参考的I输出的增益(衰减)，
B＝传播到这个点的正交参考的Q输出的增益(衰减)。
A和B量值表示个别块增益的产物，个别块增益不仅包括测试物体1008，而且还包括仪器的部件。尽管I路径和Q路径在光源在光束组合器/准直光学器件1006处组合后遵循相同的物理介质，但光发射器组件1004的输出功率和辐照度以及与光束组合器/准直光学器件1006的耦合效率存在某一可变程度。
为了补偿测量***的可变性，可以测量对波长具有已知响应的测试物体1008并从测量的响应中减去测试物体1008的性能。可以使用具有已知的不随波长变化的衰减的中性密度滤波器。利用这种滤波器，系数A和B应该相等。关于中性密度滤波器的测量结果可以用来为所有后续的测量计算校正因子。例如，如果A测量到0.4并且B测量到0.5，则对所有后续测量可以通过将B乘以0.5/0.4＝1.25来相对于A校正B。在校准期间，中性密度滤波器可以将信号功率衰减为类似于从预期测试目标辐射的类似的水平以获得最佳结果。或者，可以通过在检测器中提供足够的动态范围的检测器来直接进行校准。或者，第二(低增益)检测器可以用来提供足够的动态范围。
在诸如使用多个发射器-检测器对以用于以高生产量识别禽蛋的现状的一些应用中，多通道/多频率检测***中的相邻干扰信号上的抑制可以通过适当地选择各种参考频率来优化。在n/f0秒内对
V信号*sin(2πft+θ信号)*sin(2πf0t+θ参考)≈1/2V信号*cos([f0-f]t+θ信号-θ参考)积分展示了当f＝f0/2n时理想***中的完美消除，其中n是以f0周期数表示的积分时间。图12提供了其中f0＝10kHz并且在500微秒或n＝5个周期内对信号积分的实例。在这种情况下，检测器可以在2kHz零点上或附近对信号提供高水平的抑制。
可以通过使用ND(中性密度)滤波器或通过直接测量进行偏移计算来进行校准。在中性密度滤波器的固定衰减下测量λ1和λ2处的响应允许归一化***性能。
在相同频率下沿着相同的信号路径在正交向量上传输抵消由于增益差异、分组延迟、温度变化以及通过使用多个频率或多个信号路径引入的其他变量引起的变化。有利地，单个信号路径避免与使用多个信号路径相关联的成本。
在一些情况下，DC输出误差可能由噪声信号引起。这可以呈现为偏移或增益误差。由于两个影响都取决于噪声振幅和频率，因此它们在所有情况下都不能偏移到零并且将限制测量准确度。因为误差在本质上是DC，所以增大时间常数没有帮助。大多数市售锁相放大器将容许噪声定义为对输出影响不超过满标度的百分之几的水平。
图13中示出了正交误差(Θ误差)的作用。考虑信号A和B接近正交(即，分开接近90度)，并且假设具有振幅A的信号具有误差并且与I轴不对准而具有振幅B的信号与Q完美地对准，则具有振幅A的信号将信号A*cos(Θ误差)投影到I上并将信号A*sin(Θ误差)投影到Q上。锁相放大器能够恢复A*cos(Θ误差)到I上的投影。然而，A*sin(Θ误差)到Q上的投影是不能通过锁相放大器与B区分的埋藏信号。该投影也不能通过任何其他方式(例如，FFT)区分。由于正交误差引起的干扰可能足够低以便不会限制测量。
由正交误差得到的信号干扰比(S/I)可以计算为：
S/I＝B/(A*sin(Θ误差))
下表1针对B和A的不同振幅计算了受正交误差限制的测量本底。应注意，即使具有较大的振幅差(A/B＝10)，也可以实现超过35dB的信号抑制。
表1
Figure BDA0002379366640000241
图14示出了不同蛋类型的光密度(OD)与传输的光的波长(以纳米为单位)。光密度是对数标度，其中每个额外整数值表示传输的光的数量级减小。比较光密度在800nm与925nm(感兴趣波长)之间的变化，可以预期两个波长下的信号振幅的变化最大变化大约一个数量级。现在参考图14中所示的两个点(810、910)，示出了其之间的线的斜率对于臭蛋与活蛋是相反的。因此来自这两个点的比计算足以区分臭蛋与活蛋。
图17和图18示出了滤波器带宽与SR850锁相放大器的信号噪声之间的测得的关系，其中绘制了时间常数(TC)设置与信号。TC设置如下：2＝100μs；3＝300μs；4＝1ms；5＝3ms；6＝10ms；7＝30ms；并且8＝100ms。滤波器设置如下：0＝6dB/oct；1＝12dB/oct；2＝18dB/oct；3＝24dB/oct。
在从每个蛋的所接收信号(E)恢复量值(R)和相位(θ)后，可以将量值(R)和相位(θ)转移到极坐标中并相对于彼此进行绘制，如图15、图16和图19至图22所示。如所示，在绘制时，活蛋与非活蛋分开。因此，可以如图22所示设置阈值水平，使得基于关于所接收信号的量值(R)和相位(θ)的这些阈值水平将蛋识别或确定为存活的或非存活的。阈值可以通过校准过程确定，使得在检测过程期间在活蛋与非活蛋之间存在最大分离。实际阈值可以取决于实施的***中所采用的实际电子器件和光学器件。使第一源和第二源处于大致相同的功率提供改进的区别。
实例
构建了实验室原型并将其用于一些试验中。图5中示出了示意图。
正交参考时钟
sin(2πf0+θ参考)和(A)
cos(2πf0+θ参考)(F)
是使用Tektronix AFG 3022任意函数发生器70生成的。这两个参考具有任意绝对相位θ参考，但彼此具有90°的相对相位。参考信号(A)和(F)用作一对Stanford ResearchSystems LDC 501激光二极管控制器75、80的调制信号，从而在具有低的总谐波失真(THD)的光功率域中产生每个信号的忠实再现。也就是说，照明源的光功率输出随输入信号线性地变化；P光≈K*I驱动，其中P光是光输出功率，I驱动是通过照明源的驱动电流，并且K是常数。
在测试中，激光二极管控制器75、80用以在指示的波长下驱动以下窄带照明源：
发光二极管(LED)组合
OSRAM SFH 4780S 680mW，810nm
Marubeni SMBB910D-1100，470mW，910nm
激光二极管(LD)组合
ThorLabs L808P010 10mW，808nm
ThorLabs M5-905-0100 100mW，905nm
当使用LED和LD两者来最小化光束分散和不想要的杂散光时，使用准直透镜205和207。具有锐截止波长830nm的Semrock LPD02-830RU-25 45度二向色镜209用以将两个照明源组合为单一光束。使组合和准直后的光束指向测试物体(具有不同的已知状态的(活的、臭的、死的)E17至E19鸡蛋1)。
传输通过测试物体的辐射由一系列三个聚光透镜收集以增大测试物体与检测器之间的光功率传递并最小化+/-12度接受锥之外的光。
用于测试的检测器300是Vishay TEM5110X01硅PIN二极管。由PIN二极管生成的光电流使用Texas Instruments OPA380高速转阻放大器被转换为电压信号。
第二增益级(9)的输出由下式表示：
V(t)＝Asin(2πf0+θ信号)+Bcos(2πf0+θ信号)(E)
其中
θ信号＝在滤波器块的输出处信号的相位，
A＝传播到这个点的正交参考的I输出的增益/衰减，
B＝传播到这个点的正交参考的Q输出的增益/衰减。
量值(R)和相位(θ)是使用SR850锁相放大器95从所接收信号(E)恢复。
相位校准通过将来自TEK AFG 3022C的同步输出信号连接到SRS SR850外部参考输入(B)来维持。通过关闭Q源(905nm LD/910nm LED)，SR850相位使用仪器的校准特征与I源(808nm LD/810nm LED)对准。
图15绘制了在孵育18天时经受公开的方法的120个蛋的相位角(θ)对信号功率(量值(R))。每个蛋都位于光密封架子上。激光二极管(808nm和904nm)用作光发射器源。时间常数(TC)设置为100ms。
图16绘制了在孵育17天和18天时经受公开的方法的216个蛋的相位角(θ)对信号功率(量值(R))。每个蛋都位于光密封架子上。激光二极管(808nm和904nm)用作光发射器源。时间常数(TC)设置为100ms。
图19绘制了在孵育17天和18天时经受公开的方法的168个蛋的相位角(θ)对信号功率(量值(R))。蛋在经受分析时位于蛋托盘中。激光二极管(808nm和904nm)用作光发射器源。时间常数(TC)设置为100ms，而滤波器设置为“1”。没有试图控制自干扰光。
图20绘制了在孵育17天和18天时经受公开的方法的168个蛋的相位角(θ)对信号功率(量值(R))。蛋在经受分析时位于蛋托盘中。3/4英寸的PVC管的一半英寸高的区段向上延伸到蛋托盘但不触碰蛋托盘。激光二极管(808nm和904nm)用作光发射器源。时间常数(TC)设置为100ms，而滤波器设置为“1”。
图21绘制了在孵育17天和18天时经受公开的方法的168个蛋的相位角(θ)对信号功率(量值(R))。蛋在经受分析时位于蛋托盘中。激光二极管(808nm和904nm)用作光发射器源。时间常数(TC)设置为100ms，而滤波器设置为“1”。
图22绘制了在孵育17天和18天时经受公开的方法的168个蛋的相位角(θ)对信号功率(量值(R))。蛋在经受分析时位于蛋托盘中。激光二极管(808nm和904nm)用作光发射器源。时间常数(TC)设置为100ms，而滤波器设置为“8”。
本公开所属领域的受益于以上描述和相关联的附图中呈现的教导的技术人员将想到本文中阐述的本公开的许多修改和其他方面。因此，应理解，本公开无意限于公开的具体方面并且修改和其他方面旨在包括在所附权利要求书的范围内。虽然本文中采用了特定术语，但是它们仅在一般和描述性意义上使用而不用于限制的目的。

Claims (26)

1.一种用于审查将要分析的介质的设备，所述设备包括：
发射器组件，所述发射器组件被配置为朝向介质发射光，所述发射器组件具有被配置为发射第一光信号的第一发射器源和被配置为发射第二光信号的第二发射器源，所述第一光信号和所述第二光信号以正交相位传输通过所述介质；以及
检测器组件，所述检测器组件被配置为检测传输通过所述介质的所述第一光信号和所述第二光信号，并且还被配置为解析所述第一光信号和所述第二光信号中的每一者的相对振幅或绝对振幅；以及
处理器，所述处理器被配置为处理所述检测到的信号以使用所述第一光信号和所述第二光信号的所述相对振幅或所述绝对振幅中的至少一者来识别所述介质的性质。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一光信号和所述第二光信号是以共同的频率传输。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述发射器组件包括光学器件组件，所述光学器件组件被配置为组合所述第一光信号和所述第二光信号，以便形成将要传输通过所述介质的组合信号。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述光学器件组件包括二向色镜。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测器组件包括相敏检测器。
6.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括形成多个发射器-检测器对的多个发射器组件和检测器组件，其中所述发射器传输具有正交频率关系的信号。
7.一种分析介质的方法，所述方法包括：
将第一光信号和第二光信号以正交相位传输通过将要分析的介质；
检测传输通过所述介质的所述第一光信号和所述第二光信号；
解析所述第一光信号和所述第二光信号中的每一者的相对振幅；以及
使用所述第一光信号和所述第二光信号的所述相对振幅和所述绝对振幅中的至少一者来确定所述介质的性质。
8.根据权利要求7所述的方法，其中传输第一光信号和第二光信号还包括以不同的波长传输第一光信号和第二光信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其中传输第一光信号和第二光信号还包括以共同的频率传输第一光信号和第二光信号。
10.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括组合所述第一信号和所述第二信号以形成将要传输通过所述介质的组合信号的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述检测到的第一信号和所述检测到的第二信号是相敏的。
12.一种用于非侵入性地识别蛋的现状的设备，所述设备包括：
发射器组件，所述发射器组件被配置为朝向蛋发射光，所述发射器组件具有被配置为发射第一光信号的第一发射器源和被配置为发射第二光信号的第二发射器源，所述第一光信号和所述第二光信号以正交相位传输通过所述蛋；以及
检测器组件，所述检测器组件被配置为检测传输通过所述蛋的所述第一光信号和所述第二光信号，并且还被配置为解析所述第一光信号和所述第二光信号中的每一者的相对振幅；以及
处理器，所述处理器被配置为处理所述检测到的第一光信号和所述检测到的第二光信号以使用所述第一光信号和所述第二光信号的所述相对振幅或所述绝对振幅中的至少一者来识别所述蛋的现状。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一光信号是在第一波长下发射的并且所述第二光信号是在与所述第一波长不同的第二波长下发射的。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述第一发射器源被配置为发射在大约780至830纳米的范围内的光，并且所述第二发射器源被配置为发射在大约850至940纳米的范围内的光。
15.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一光信号和所述第二光信号是以共同的频率传输。
16.根据权利要求12所述的设备，其中所述检测器组件包括相敏检测器。
17.根据权利要求12所述的设备，其中所述检测到的第一光信号和所述检测到的第二光信号被处理并绘制在极坐标系上并对照阈值水平来评定以确定所述蛋的所述现状。
18.根据权利要求12所述的设备，其中所述检测到的第一光信号和所述检测到的第二光信号是根据指示所述蛋内的活胚胎的信号振幅来处理。
19.根据权利要求12所述的设备，所述设备还包括形成多个发射器-检测器对的多个发射器组件和检测器组件，其中所述发射器传输具有正交频率关系的信号。
20.一种分析蛋的现状的方法，所述方法包括：
将第一光信号和第二光信号以正交相位传输通过将要分析的蛋；
检测传输通过所述蛋的所述第一信号和所述第二信号；
解析所述第一光信号和所述第二光信号中的每一者的相对振幅；以及
使用所述第一光信号和所述第二光信号的所述相对振幅和绝对振幅中的至少一者来确定所述蛋的现状。
21.根据权利要求20所述的方法，其中传输第一光信号和第二光信号还包括以不同的波长传输第一光信号和第二光信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一光信号是在大约780至830纳米的范围内传输，并且所述第二光信号是在大约850至940纳米的范围内传输。
23.根据权利要求20所述的方法，其中传输第一光信号和第二光信号还包括以共同的频率传输第一光信号和第二光信号。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述检测到的第一光信号和所述检测到的第二光信号是相敏的。
25.根据权利要求20所述的方法，其中确定所述蛋的现状还包括处理所提取的振幅和相位数据并将其绘制在极坐标系上并对照阈值水平对其进行评定以确定所述蛋的所述现状。
26.根据权利要求20所述的方法，其中确定所述蛋的现状还包括将所述检测到的第一光信号和所述检测到的第二光信号的振幅调制确定为指示所述蛋包含活胚胎。
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