可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀的製作方法

2023-08-06 02:46:41

可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，包括：主體、設置於所述主體內的近紅外光譜儀模塊和恆溫樣品池模塊、主控系統，所述的近紅外光譜儀模塊包括光源、斬波器、分光系統、檢測器、放大器和微處理器，所述的恆溫樣品池模塊包括溫控器、溫度傳感器、繼電器、加熱元件和樣品池。本實用新型提供的檢測儀通過主控系統智能控制恆溫樣品池中食用油的溫度，有效減少了溫度對待測食用油的光譜圖的影響，並智能控制近紅外光譜儀採集樣品池中食用油的光譜圖，最終通過主控系統中的分析軟體對採集的圖譜進行快速分析，大大提高了檢測分析人員的工作效率；該儀器性能穩定、準確率高，適於現場的食用油品質快速檢測。
【專利說明】可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及快速檢測【技術領域】，特別涉及一種可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀。

【背景技術】
[0002]食用油中含有人體不能合成卻又不可缺少的重要營養成分，其烹調食品可提高食品的感官性質，增強飽腹能力，膳食中的脂肪還有助於脂溶性維生素的吸收及提供人體必需脂肪酸，是人類重要食物之一。然而，近年國內市場的食用油摻偽現象日趨嚴重，食用油因其種類不同、營養價值不同而價格差異很大，一些生產經營者為了獲取暴利，在高價食用油中摻入廉價的食用油，從而降低生產成本，從中牟取暴利；甚至還有的廠家將過期變質油品摻入合格油中以次充好。摻偽食用油不僅影響衛生品質和營養成分，而且危害消費者的健康，為了保護合法生產經營者和消費者的利益，故而必須加強食用油種類的鑑別和摻偽檢測。
[0003]傳統的食用油種類的鑑別和摻偽檢測儀器不但價格昂貴，而且操作和維護也極其煩瑣，更由於其非便攜性，不適用於執法部門的流動檢測要求。因此，研製相應的食用油品質快速檢測儀，對加快制定和修訂食用油標準，加快制定食用油品質的快速檢測標準，滿足食品生產和安全控制需要具有重要意義。
實用新型內容
[0004]針對上述技術中存在的不足之處，本實用新型提供了一種適於現場快速檢測的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀。
[0005]本實用新型採用的技術方案是:一種可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，其特徵在於，包括:主體、設置於所述主體內的近紅外光譜儀模塊和恆溫樣品池模塊、主控系統，所述的主控系統包括電源、主控器、顯示屏和觸控螢幕，所述的電源與所述的主控器連接，所述的顯示屏和觸控螢幕分別通過線路與所述主控器的接口相連；所述的近紅外光譜儀模塊包括光源、斬波器、分光系統、檢測器、放大器和微處理器，所述的近紅外光譜儀模塊設置有出射通光孔和入射通光孔；所述的恆溫樣品池模塊包括溫控器、溫度傳感器、繼電器、力口熱元件和樣品池，所述的溫度傳感器和所述的繼電器分別通過線路與所述的溫控器相連，所述的加熱元件通過線路與所述繼電器相連，所述的樣品池開設有入射通光口和出射通光口，所述的加熱元件設置於所述樣品池上相對開設有通光口的另一側，所述的溫度傳感器緊貼設置於所述樣品池的底部；其中，所述的微處理器通過線路與所述主控器的通訊接口相連，所述的溫控器通過線路與所述主控器的外接接口相連，所述的出射通光孔通過光纖與所述樣品池的入射通光口相連，所述樣品池的出射通光口通過光纖與所述入射通光孔相連。
[0006]優選的，所述的主體內部為中空結構，其由上蓋、左殼體、右殼體、底座、後通風板和活動面板包覆構成，所述的左殼體、右殼體和後通風板通過支撐柱緊固於所述底座上，所述的上蓋設置於所述左殼體和右殼體的中間並位於所述底座上方，所述的活動面板樞接於所述上蓋，並將所述的樣品池遮蓋於其中，所述的顯示屏和觸控螢幕嵌置於所述上蓋內，所述的右殼體外表面設置有開關，所述的底座上緊固有近紅外光譜儀模塊、繼電器、電源和溫控器。
[0007]優選的，所述的樣品池由外殼體、內腔、光程插片和絕熱層組成，所述的外殼體和所述的光程插片均採用鋁製，所述的外殼體對應通光方向前後各開設有入射通光口和出射通光口，所述的光程插片嵌置於所述內腔並開設有與所述外殼體同軸等徑的通光口，所述的絕熱層均勻分布於所述外殼體的外部側面。
[0008]優選的,所述的光程插片設置有2mm、5mm和1mm三種光程。
[0009]優選的，所述的近紅外光譜儀模塊的光源採用SLED超輻射發光二極體，檢測器採用InGaAs檢測器，微處理器採用DSP處理器。
[0010]優選的，所述的光纖採用透射光纖探頭。
[0011]優選的，所述的溫控器選用DH48WK型智能溫度控制器，所述的溫度傳感器採用銅一康銅⑴電熱偶。
[0012]本實用新型與現有技術相比，其有益效果是:本實用新型提供的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，採用的SLED光源具有高穩定性的長壽命和很好的方向性，保證了光源能量利用率，極大提高了儀器的穩定性和準確性；採用鋁製的外殼體和光程插片作為恆溫樣品池的熱傳導介質，能夠高精度保持樣品池中食用油的恆溫狀態，並且可精確、快速、大幅度的改變樣品池中食用油的溫度，從而滿足樣品池的快速變溫與精確控溫；通過主控系統智能控制恆溫樣品池中食用油的溫度，有效減少了溫度對待測食用油的光譜圖的影響，並智能控制近紅外光譜儀採集樣品池中食用油的光譜圖，最終通過主控系統中的分析軟體對採集的圖譜進行快速分析，整個過程均採用一鍵式操作，大大提高了檢測分析人員的工作效率；該儀器性能穩定、準確率高、體積小，便於攜帶，適於現場的食用油品質快速檢測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1a為本實用新型所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀的外部結構示意圖；
[0014]圖1b為本實用新型所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀的結構示意圖；
[0015]圖2為本實用新型所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀的分解示意圖；
[0016]圖3為本實用新型所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀的硬體結構原理框圖；
[0017]圖4為本實用新型所述的近紅外光譜儀模塊的光路示意圖；
[0018]圖5a為本實用新型所述的樣品池的結構示意圖；
[0019]圖5b為圖5a中的A— A剖視圖；
[0020]圖6為本實用新型所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀的操作流程圖；
[0021]圖中:01主體；011左殼體；012右殼體；013上蓋；014活動面板；015底座；016後通風板；02開關；03電源；04溫控器；05繼電器；06近紅外光譜儀模塊；07樣品池；071光程插片；072溫度傳感器；073絕熱層；074加熱元件；075外殼體；076通光口 ；0761入射通光口 ；0762出射通光口 ；08顯示屏一觸控螢幕；09主控器。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0023]如圖la、圖1b以及圖2所示為本實用新型的可攜式雷射近紅外食用油品質快速檢測儀的結構示意圖，該快速檢測儀用於實現食用油品質的快速檢測分析，其包括:主體01、設置於所述主體01內的近紅外光譜儀模塊06和恆溫樣品池模塊、主控系統。所述的主體01由上蓋013、左殼體011、右殼體012、底座015、後通風板016和活動面板014包覆構成，所述的左殼體011、右殼體012和後通風板016通過支撐柱緊固於所述底座015上，所述的上蓋013設置於所述左殼體011和右殼體012的中間並位於所述底座015上方，所述的活動面板014樞接於所述上蓋013，並將所述的恆溫樣品池07遮蓋於其中，所述的顯示屏和觸控螢幕08嵌置於所述上蓋013內，所述的右殼體012外表面設置有開關02，所述的近紅外光譜儀模塊06、繼電器05、電源03、溫控器04均緊固於底座015上。
[0024]如圖5a、圖5b所示為本實用新型所述的恆溫樣品池模塊的結構示意圖。所述的恆溫樣品池模塊包括溫控器04、溫度傳感器072、繼電器05、加熱元件074和樣品池07，所述的溫控器04選用DH48WK型智能溫度控制器，所述的溫度傳感器072採用銅一康銅(T)電熱偶。所述的溫度傳感器072和所述的繼電器05分別通過線路與所述的溫控器04相連，所述的加熱元件072通過線路與所述繼電器05相連；採用溫度傳感器072來檢測樣品池07的實際溫度，如果未達到設定溫度則閉合繼電器05，驅動加熱元件074對樣品池07進行加熱，直到達到設定溫度值，停止加熱；所述的樣品池07由外殼體075、內腔、光程插片071和絕熱層073組成，所述的外殼體075和所述的光程插片071均採用鋁製，所述的外殼體075對應通光方向前後各開設有入射通光口 0761和出射通光口 0762，所述的光程插片071嵌置於所述內腔並開設有與所述外殼體075同軸等徑的通光口 076，所述的光程插片071設置有2mm、5mm和1mm三種光程,可以實現2mm、5mm和1mm三種光程的切換測量；所述的溫度傳感器072緊貼設置於所述樣品池07的底部，用於獲得樣品池07的溫度值；在非通光的側面安裝有所述的加熱元件074，通過溫控器04對比設置溫度和實際溫度的大小來執行啟動加熱和停止加熱的操作；所述的絕熱層073均勻分布於所述外殼體075的外部側面，以減少樣品池07與外界環境的熱對流，從而實現溫控器04對樣品池07中食用油的高精度溫度控制，從而降低溫度對待測食用油的光譜測量影響。
[0025]圖3為本實用新型所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀的硬體結構原理框圖，所述的近紅外光譜儀模塊06包括光源、斬波器、分光系統、檢測器、放大器和微處理器，其光源採用SLED超輻射發光二極體，檢測器採用InGaAs檢測器，微處理器採用DSP處理器。所述的近紅外光譜儀模塊設置有出射通光孔和入射通光孔(未圖示)，所述的出射通光孔通過透射光纖探頭與所述樣品池的入射通光口 0761相連，所述樣品池的出射通光口0762通過透射光纖探頭與所述入射通光孔相連，所述出射通光孔通過外接透射光纖探頭將經分光系統處理後的單色光照射到樣品池內的待測食用油上，入射通光孔通過外接透射光纖探頭將經待測食用油吸收後的光信號傳到檢測器上，放大器將檢測器檢測到的光信號經過放大後，由A/D轉換器將光信號轉換為數位訊號存儲到微處理器中，微處理器內存儲的數位訊號經通訊接口傳輸到主控器09，並經顯示屏08顯示出待測食用油的近紅外光譜圖。
[0026]所述的主控系統，其包括主控器09、顯示屏和觸控螢幕08，所述的微處理器通過線路與所述主控器09的通訊接口相連，所述的主控器09通過系統中的圖譜採集軟體實現對所述微處理器的控制，繼而實現對所述近紅外光譜儀模塊06的參數設置、掃描控制以及圖譜的顯示、保存以及數據處理操作；所述的顯示屏08通過線路與所述主控器09的LCD接口相連，從而將存儲的數位訊號顯示到顯示屏08上；所述的觸控螢幕08通過線路與所述主控器09的USB接口相連，將外界對觸控螢幕08的操作轉換為電信號從而實現對主控器09的控制；所述的溫控器04通過線路與所述主控器09的外接接口相連，所述主控器09通過圖譜採集軟體中的溫控窗口實現對所述溫控器04的控制，繼而控制樣品池07中的溫度值，樣品池07中的實時溫度值經信號轉換處理顯示於所述的溫控窗口上。
[0027]圖4為本實用新型所述的近紅外光譜儀模塊的內部光路圖，其由SLED光源發出的複合光，通過可調濾光鏡的作用得到指定波長的近紅外光帶，通過光譜分束器將近紅外光分為兩部分，分別照射到校正模塊和樣品上，通過檢測器來接受透過待測樣品後的光，從而得到樣品的吸光度值，為提高儀器的穩定性和儀器間的重複性，採用波長和能量的校正模塊，從光譜的波長和能量兩方面對光譜儀進行絕對校正。
[0028]圖6是本實用新型的可攜式雷射近紅外食用油品質快速檢測儀的操作流程圖，所述的操作過程包括:
[0029]步驟A、打開檢測儀的開關02，使得電源03為檢測儀供電，通過操作觸控螢幕08打開圖譜採集軟體，通過所述的圖譜採集軟體設置採集光譜的波長範圍、掃描間隔、掃描次數等參數，並在圖譜採集軟體中的溫控窗口內設置樣品池07的溫度，溫控器04通過對比經溫度傳感器072測量樣品池07的實際溫度和設定溫度值來控制加熱元件074的啟動和停止，從而對樣品池07內的食用油進行恆溫控制；接著蓋上活動面板014，單擊圖譜採集軟體的暗電流掃描按鈕，掃描並保存暗電流，進行儀器性能驗證，暗電流只需每次開機前掃描一次，不需重複米集。
[0030]步驟B、將空的比色皿以及對應的光程插片071 —起放入樣品池07中加熱至設定溫度，蓋上活動面板014，單擊圖譜採集軟體的空載背景掃描按鈕，SLED光源發出複合光，經可調濾波器得到設定波段的單色光，通過光纖透過樣品池上的入射通光口 0761照射到未裝待測食用油的比色皿上，經過空比色皿內的光信號通過樣品池另一側的出射通光口0762，並經光纖傳輸到光電檢測器上，經光電檢測器接收後轉換成電信號，通過放大器放大的電信號經A/D轉換器轉換為數位訊號存儲到微處理器內，微處理器內存儲的數位訊號經通訊接口傳輸到主控器09，並經顯示屏08顯示出空比色皿的空載信號曲線，點擊保存按鈕保存空載背景信號曲線。
[0031]步驟C、使用移液槍將試劑瓶內的待測食用油移至所選光程的比色皿中約2/3處，將裝有食用油的比色皿和對應的光程插片071 —起放入樣品池07中加熱至設定溫度，恆溫穩定I分鐘，蓋上活動面板014，單擊圖譜採集軟體的圖譜採集按鈕，SLED光源發出複合光，經可調濾波器得到設定的波段單色光，通過光纖透過樣品池上的出射通光口 0761照射到裝有待測食用油的比色皿上，經過比色皿內待測食用油吸收後的光信號通過樣品池另一側的出射通光口 0762，處的光纖傳輸到光電檢測器上，經光電檢測器接收後轉換成電信號，通過放大器放大的電信號經A/D轉換器轉換為數位訊號存儲到微處理器內，將此時測得的數位訊號減去微處理器內存儲的空載背景數位訊號後的數位訊號作為被測食用油的近紅外吸收光譜信號，每個待測樣品默認進行32次掃描取其平均值作為該樣品的最終光譜信號，經通訊接口傳輸到主控器09，顯示屏08上顯示並通過圖譜採集軟體對待測食用油進行編號保存，目前採集的光譜數據可以保存為*.spc和*.txt兩種格式的圖譜文件。
[0032]步驟D、通過國標方法測量所有樣品的化學性質作為實際值，並將採集得到的待測食用油的圖譜數據以及對應的化學性質導入到主控器的光譜數據分析處理軟體中，通過樣本選擇算法將導入的光譜數據劃分為校正集和驗證集兩部分，採用化學計量學方法分別對校正集、驗證集樣本光譜數據進行預處理，用校正集預處理後的光譜數據與其化學性質實際值間的關係建立食用油定性-定量校正模型，將驗證集預處理後的光譜數據代入到校正模型中進行預測，獲取驗證集的樣品對應的化學性質預測結果並分析比對與其真實值的差異，選取預測準確性與精度達到要求的校正模型作為最後的校正模型，最後將所建的合格校正模型存儲到微處理器中。
[0033]步驟E、使用上述相同的圖譜採集方法採集未知食用油的光譜，對未知食用油的光譜數據採用同樣的化學計量學算法進行預處理，並調用存儲在微處理器中的校正模型通過計算經預處理後的未知食用油的光譜數據來預測其對應的化學性質預測值，預測結果通過顯示屏08顯示，從而實現對食用油種類、摻偽以及品質的快速檢測鑑別。
[0034]本實施新型的可攜式雷射近紅外食用油品質快速檢測儀的指標為:
[0035]光譜解析度:3.0cm-1 ；
[0036]波長範圍:1350-1800nm
[0037]波長重複性:0.0lnm
[0038]基線穩定性(24h):±0.5%
[0039]信噪比(250ms,RMS) > 5500:1
[0040]溫控範圍:20-100O
[0041]測量方式:透射，2謹、5謹、10謹比色皿
[0042]儀器體積:465mm*260mm*190mm
[0043]重量:5KG
[0044]本實用新型提供的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，採用的SLED光源具有高穩定性的長壽命和很好的方向性，保證了光源能量利用率，極大提高了儀器的穩定性和準確性；採用鋁製的外殼體和光程插片作為恆溫樣品池的熱傳導介質，能夠高精度保持樣品池中食用油的恆溫狀態，並且可精確、快速、大幅度的改變樣品池中食用油的溫度，從而滿足樣品池的快速變溫與精確控溫；通過主控系統智能控制恆溫樣品池中食用油的溫度，有效減少了溫度對待測食用油的光譜圖的影響，並智能控制近紅外光譜儀採集樣品池中食用油的光譜圖，最終通過主控系統中的分析軟體對採集的圖譜進行快速分析，整個過程均採用一鍵式操作，大大提高了檢測分析人員的工作效率；該儀器性能穩定、準確率高、體積小，便於攜帶，適於現場的食用油品質快速檢測。
[0045]儘管本實用新型的實施方案已公開如上，但其並不僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本實用新型的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本實用新型並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。
【權利要求】
1.一種可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，其特徵在於，包括:主體、設置於所述主體內的近紅外光譜儀模塊和恆溫樣品池模塊、主控系統， 所述的主控系統包括電源、主控器、顯示屏和觸控螢幕，所述的電源與所述的主控器連接，所述的顯示屏和觸控螢幕分別通過線路與所述主控器的接口相連； 所述的近紅外光譜儀模塊包括光源、斬波器、分光系統、檢測器、放大器和微處理器，所述的近紅外光譜儀模塊設置有出射通光孔和入射通光孔； 所述的恆溫樣品池模塊包括溫控器、溫度傳感器、繼電器、加熱元件和樣品池，所述的溫度傳感器和所述的繼電器分別通過線路與所述的溫控器相連，所述的加熱元件通過線路與所述繼電器相連，所述的樣品池開設有入射通光口和出射通光口，所述的加熱元件設置於所述樣品池上相對開設有通光口的另一側，所述的溫度傳感器緊貼設置於所述樣品池的底部； 其中，所述的微處理器通過線路與所述主控器的通訊接口相連，所述的溫控器通過線路與所述主控器的外接接口相連，所述的出射通光孔通過光纖與所述樣品池的入射通光口相連，所述樣品池的出射通光口通過光纖與所述入射通光孔相連。
2.如權利要求1所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，其特徵在於，所述的主體內部為中空結構，其由上蓋、左殼體、右殼體、底座、後通風板和活動面板包覆構成，所述的左殼體、右殼體和後通風板通過支撐柱緊固於所述底座上，所述的上蓋設置於所述左殼體和右殼體的中間並位於所述底座上方，所述的活動面板樞接於所述上蓋，並將所述的樣品池遮蓋於其中，所述的顯示屏和觸控螢幕嵌置於所述上蓋內，所述的右殼體外表面設置有開關，所述的底座上緊固有近紅外光譜儀模塊、繼電器、電源和溫控器。
3.如權利要求1所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，其特徵在於，所述的樣品池由外殼體、內腔、光程插片和絕熱層組成，所述的外殼體和所述的光程插片均採用鋁製，所述的外殼體對應通光方向前後各開設有入射通光口和出射通光口，所述的光程插片嵌置於所述內腔並開設有與所述外殼體同軸等徑的通光口，所述的絕熱層均勻分布於所述外殼體的外部側面。
4.如權利要求3所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，其特徵在於，所述的光程插片設置有2mm、5mm和1mm三種光程。
5.如權利要求1所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，其特徵在於，所述的近紅外光譜儀模塊的光源採用SLED超輻射發光二極體，檢測器採用InGaAs檢測器，微處理器採用DSP處理器。
6.如權利要求1所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，其特徵在於，所述的光纖採用透射光纖探頭。
7.如權利要求1所述的可攜式近紅外食用油品質快速檢測儀，其特徵在於，所述的溫控器選用DH48WK型智能溫度控制器，所述的溫度傳感器採用銅一康銅(T)電熱偶。
【文檔編號】G01N21/3577GK204064908SQ201420301936
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月9日 優先權日:2014年6月9日
【發明者】鄭曉, 宋志強, 何東平, 塗斌, 沈雄, 張恆, 尹成, 曾露露 申請人:武漢輕工大學