集成化蔬果農藥殘留檢測儀的製作方法

2023-06-05 13:46:46

專利名稱：集成化蔬果農藥殘留檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種檢測儀器，尤其涉及一種用於測量蔬果中農藥殘留量的檢測儀。
背景技術：
當前水果、蔬菜生產過程中，噴灑化學農藥防治病蟲害仍為不可不用的必要措施，但嚴重超量的農藥殘留可以造成急性中毒，而較輕微的殘留農藥在人體中長期蓄積滯留也會引起許多慢性疾病。因此，水果蔬菜的殘留農藥檢測問題已成為人們日益關注的問題。
目前常用的殘留農藥檢測方法主要還是實驗室方法，即分光光度計方法和氣象色法等，這些方法雖然精度高，但檢測周期長、成本高、普及困難。近年來已經有一些小型化的可用於實驗室外或基層檢測部門檢測實踐的農藥殘留檢測方法和儀器，但在操作的方便程度、價格、定量化和準確性等方面，還有待不斷改進。如名稱為「農藥殘毒快速檢測儀」，公告號為2468040的中國實用新型專利公開了一種利用單色光和光電傳感器等對液態樣品進行檢測，並通過控制器分析計算得出檢測結果的檢測儀，其工作原理是基於光電傳感器對檢測樣品顏色變化的敏感性而進行農藥殘留濃度測量的。使用這樣的檢測儀時，由於樣品溶液與酶試劑反應後顏色變化有飽和的趨勢，因此一定的光電檢測系統對應有一定的檢測範圍。當被檢測對象中的被檢物質含量低於或高於一定的範圍時，儀器便不能正確檢測。在這種情況下，通常需要對樣品溶液作適當的稀釋(或加濃)，這時傳統的方法是藉助一個天平或容積取樣器進行取樣配比，再經過人工或輸入電子計算機計算，得出稀釋比例。經光電儀器檢測後得到稀釋液中的被檢物質含量，最後再依據稀釋比例，才能反算出試劑樣品中的被檢物質含量，這對可攜式流動使用帶來很大不便，同時對操作人員的技能要求較高，而且人工操作也影響了檢測的精度。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於提供一種集成有樣品稱重和溶液稀釋比例分析計算功能的集成化蔬果農藥殘留檢測儀，能自動計算出原始被檢溶液的稀釋比例並據此計算出原始被檢溶液的檢測結果。
本實用新型解決上述技術問題採用的技術方案是，設計製造一種集成化蔬果農藥殘留檢測儀，包括中央控制單元、與中央控制單元連接的輸入裝置、顯示器、電源以及用於測試樣品農藥殘留濃度的光電檢測系統，本實用新型裝置區別現有技術的關鍵之處在於還包括與所述中央控制單元連接的稱重和比例稀釋系統，該稱重和比例稀釋系統包括與中央控制單元輸入端連接的稱重裝置以及集成在中央控制單元系統軟體中的樣品濃度和比例分析計算軟體模塊。
所述稱重裝置為一高精度的微型電子天平。
所述光電檢測系統包括由中央控制單元控制發光的單色光源、內置樣品溶液的暗盒、與中央控制單元輸入端連接的光敏傳感器、以及與中央控制單元雙向連接用於將暗盒內的溫度控制至適當值的溫控裝置；所述單色光源透過樣品倉暗盒中的樣品溶液照射至光敏傳感器上，光敏傳感器將檢測到的光強值轉換成電信號輸入中央控制單元中進行數據處理。
所述光敏傳感器包括光電池和放大電路。
同現有技術相比較，本實用新型的集成化蔬果農藥殘留檢測儀具有如下優點在通常單一的光電檢測儀器中集成一個高精度微型電子天平，並在執行中央控制的單片機系統軟體中加入濃度和比例分析數據融合處理的軟體模塊，將現有技術中大量的人工計算工作由單片機完成。這樣的效果是實現了系統的比例分析智能化，從而比較方便地擴大了系統的量程。另一方面，高精度微型電子天平的存在，可以智能化分析樣品溶液和稀釋溶液的精確比例關係，對取樣量和次數以及操作人員的技能要求大大降低，減少檢測過程中重複性誤差，提高檢測精度，方便使用和攜帶，且可降低檢測的成本，在保證足夠的檢測精度的前提下，方便用戶特別是基層用戶的使用，促進向基層檢測部門和水果、蔬菜種植大戶的普及推廣。


圖1為本實用新型集成化蔬果農藥殘留檢測儀的原理方框圖；圖2為本實用新型集成化蔬果農藥殘留檢測儀的外觀示意圖；圖3為本實用新型集成化蔬果農藥殘留檢測儀的主程序的流程圖；圖4為進行樣品測試時的子程序流程圖；圖5為所述樣品濃度和比例分析計算軟體模塊中「稀釋」子程序流程圖；圖6為所述樣品濃度和比例分析計算軟體模塊中「稱重」子程序流程圖；圖7A為本實用新型集成化蔬果農藥殘留檢測儀的原理電路圖中中央控制器MCU和通訊口部分的原理圖；圖7B為本實用新型集成化蔬果農藥殘留檢測儀的原理電路圖中電源供給和發光二極體驅動部分的電路圖；圖7C為本實用新型集成化蔬果農藥殘留檢測儀的原理電路圖中運算放大、稱重傳感器比例分析系統及矽光電池I/V轉換部分的電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖所示之最佳實施例作進一步詳述。
如圖1所示，本實用新型集成化蔬果農藥殘留檢測儀包括中央控制單元1(MCU)，與中央控制單元1的輸入端連接的電源6、輸入裝置2、稱重和比例稀釋系統4和光敏傳感器，與中央控制單元1的輸出端連接的顯示器3、單色光源51，與中央控制單元1雙向連接的溫控裝置，以及可內置樣品溶液的暗盒52。其中所述中央控制單元1為一單片機，它接受操作者輸入的功能指令，控制相關單元完成既定的功能和動作。
所述顯示器3採用LCD顯示器，藉助數字和符號，提示測量過程、顯示測量結果；如圖2，所述輸入裝置2為設置於檢測儀表面的多個按鍵，通過該按鍵可實現人機對話功能。所述電源可以使用電池，也可以通過穩壓電源使用220V市電，為此本實用新型檢測儀上還設有穩壓電源適配口，可方便地根據操作環境選用。
所述單色光源51、內置樣品溶液的暗盒52、光敏傳感器、以及溫控裝置組成本實用新型檢測儀的用於測試樣品農藥殘留濃度的光電檢測系統。所述暗盒52內設有兩個比色皿55，用於放置檢測樣品溶液(如圖2)，當然，也可設置多個比色皿55以適應不同的檢測需要，並且從單色光源51至光敏傳感器的受光面，設計有相應的光路。所述光敏傳感器由光電敏感元件如光電池53和放大電路54組成。所述單色光源51由中央控制單元1控制發出特定光譜的單色平行光，穿透暗盒52中的比色皿55，照射到光電池53上，光電池53將光信號轉變成電信號通過放大電路54輸出至中央控制單元1，中央控制單元1通過檢測電信號的強弱間接檢測透過比色皿的光強，即光通量，進而檢測出比色皿中溶液的顏色深淺。上述檢測過程均需要在一定的溫度條件下進行，因此還需設置有溫控裝置，該溫控裝置由加熱器件和測溫器件組合構成，中央控制單元1通過溫控裝置將暗盒52內的溫度控制至適當值。
本實用新型檢測儀的特別之處在於，還包括一個稱重和比例稀釋系統4，如圖2所示，該稱重和比例稀釋系統4包括與中央控制單元1輸入端連接的稱重裝置41以及集成在中央控制單元1系統軟體中的樣品濃度和比例分析計算軟體模塊，其中所述稱重裝置41採用高精度的微型電子天平。這樣現有技術中大量的人工計算工作將由單片機來完成。
圖4為進行樣品測試時的子程序流程圖，當開始進行樣品測試後，儀器先進行初始化，再倒計時60秒，並顯示倒計時所剩時間，到60秒後中央控制單元1測試光敏傳感器的電壓，求得待測溶液中農藥的濃度並顯示，程序結束。
圖5為所述樣品濃度和比例分析計算軟體模塊中「稀釋」子程序流程圖，開始後先進行初始化，儀器檢測有否按下「確認/取消」鍵，如有再檢測有無長按「確認/取消」鍵2秒以上，如有稀釋程序直接結束，如無則稱取當前重量並存入相應地址，所稱重量包括容器重量、加入的原始溶液重量以及稀釋液的重量，如稀釋過程未完成，即未能稱取到3次重量，則返回初始化的程序，如已稱取3次重量，則據此求得稀釋比例並顯示，稀釋程序結束。
圖6為所述樣品濃度和比例分析計算軟體模塊中「稱重」子程序流程圖，開始後先進行初始化，中央控制單元1測量稱重裝置即微型電子天平輸出的電壓，換算得出當前重量並顯示，當「測試」鍵或「稀釋」鍵被按下後稱重程序結束，否則返回稱重步驟。
圖3為本實用新型集成化蔬果農藥殘留檢測儀的主程序的流程圖，下面結合圖3說明本實用新型檢測儀的整個檢測過程如下1、開機後，將被檢樣品溶液分別注入比色皿中，按質量比注入一定的酶試劑進行顯色反應，設此時樣品溶液的稀釋比為R；2、中央控制單元1控制光電檢測系統測試樣品溶液中的農藥殘留含量C；3、如樣品溶液中的農藥殘留含量在可測量範圍內，則中央控制單元1直接計算出原始樣品溶液中的農藥濃度C0＝C/R，並通過顯示器3顯示輸出結果；4、如樣品溶液中的農藥殘留含量超限，則須執行稀釋操作以降低檢測液的濃度以適應儀器的光學檢測系統要求取一乾淨的空容器放至微型電子天平41上，以一定的比例分別加入原始樣品溶液和稀釋液，中央控制單元1自動記下兩組分的準確重量比，從而計算並保存稀釋後的次級樣品溶液的稀釋比R1；5、再以正常步驟檢測稀釋後的次級樣品溶液；6、當次級樣品溶液中被檢物質含量在儀器的光學系統的檢測範圍內時，中央控制單元1將所測得結果自動乘以次級溶液的稀釋比後，在顯示器上直接顯示出原始被檢溶液的檢測結果；7、如果次級溶液依然超出檢測限，則儀器會提示重複上述4-5步驟直至測出結果。
上述整個測試過程，操作者只需按照儀器提示進行操作，不需作任何記錄計算工作，最後直接在顯示器上讀出結果，非常方便快捷。
圖7A至C為本實用新型集成化蔬果農藥殘留檢測儀的原理電路總圖，其中圖7A為中央控制器MCU和通訊口部分的原理圖；圖7B為電源供給和發光二極體驅動部分的電路圖；圖7C為運算放大、稱重傳感器比例分析系統及矽光電池I/V轉換部分的電路圖。根據上述電路圖即可再現本實用新型。
權利要求1.一種集成化蔬果農藥殘留檢測儀，包括中央控制單元(1)，與中央控制單元(1)連接的輸入裝置(2)、顯示器(3)、電源(6)以及用於測試樣品農藥殘留濃度的光電檢測系統，其特徵在於還包括與所述中央控制單元(1)連接的稱重和比例稀釋系統(4)，該稱重和比例稀釋系統(4)包括與中央控制單元(1)輸入端連接的稱重裝置(41)以及集成在中央控制單元(1)系統軟體中的樣品濃度和比例分析計算軟體模塊。
2.根據權利要求1所述的集成化蔬果農藥殘留檢測儀，其特徵在於所述稱重裝置(41)為一高精度的微型電子天平。
3.根據權利要求1或2所述的集成化蔬果農藥殘留檢測儀，其特徵在於所述光電檢測系統包括由中央控制單元(1)控制發光的單色光源(51)、內置樣品溶液的暗盒(52)、與中央控制單元(1)輸入端連接的光敏傳感器、以及與中央控制單元(1)雙向連接用於將暗盒(52)內的溫度控制至適當值的溫控裝置；所述單色光源(51)透過樣品倉暗盒(52)中的樣品溶液照射至光敏傳感器上，光敏傳感器將檢測到的光強值轉換成電信號輸入中央控制單元(1)中進行數據處理。
4.根據權利要求3所述的集成化蔬果農藥殘留檢測儀，其特徵在於所述光敏傳感器包括光電池(53)和放大電路(54)。
專利摘要一種集成化蔬果農藥殘留檢測儀，包括中央控制單元(1)、與中央控制單元(1)連接的輸入裝置(2)、顯示器(3)、電源(6)以及通過檢測置於暗盒(52)內的比色皿中樣品溶液在酶試劑作用下的顯色反應來檢測樣品農藥殘留濃度的光電檢測系統，本實用新型裝置區別現有技術的關鍵之處在於還包括與所述中央控制單元(1)連接的稱重和比例稀釋系統(4)，該稱重和比例稀釋系統(4)包括與中央控制單元(1)輸入端連接的稱重裝置(41)以及集成在中央控制單元(1)系統軟體中的樣品濃度和比例分析計算軟體模塊。本實用新型將樣品稱重和溶液稀釋比例分析計算集成在檢測儀中，將大量的人工計算工作由中央控制單元完成，對取樣量和次數以及操作人員的技能要求大大降低，減少了檢測過程中的誤差，提高檢測精度，方便使用和攜帶，且可降低檢測的成本，便於推廣應用。
文檔編號G01N21/27GK2795848SQ20052005887
公開日2006年7月12日 申請日期2005年5月31日 優先權日2005年5月31日
發明者朱惠忠, 王超, 王文彥, 劉巖 申請人:深圳清華大學研究院