一種食品安全分析儀的製作方法
2023-05-01 03:49:36 2
一種食品安全分析儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種食品安全分析儀，其包括一積分球上半球結構，所述積分球上半球結構的球壁設置有漫反射塗層；LED光源設置於積分球上半球結構的頂部，發光方向朝向底面中心；所述積分球上半球結構的底面開設有環狀狹縫；且底面中心位置設置有攝像頭。所述食品安全分析儀具有高集成度、操作簡單、準確率高、便於攜帶、環境適應性強、分析結果智能化等特點，非常適合食品安全監管部門現場檢查和食品企業產品質控。
【專利說明】一種食品安全分析儀
【技術領域】
[0001]本實用新型技術涉及到食品安全分析【技術領域】，尤其涉及的是一種基於圖像分析和光譜分析的食品安全分析儀。
【背景技術】
[0002]食品安全涉及技術與管理兩大支撐體系，既有政府監管環節也有企業自查行為。許多基層食品執法監管部門，面臨著檢驗設備不足、檢測手段落後的問題。政府需要加大對基層食品安全監管部門檢驗檢測設備的投入，重點提升基層監管部門對食品安全的檢測監管能力，改善基層工作條件和檢測水平。而企業也需要進行檢測設備投資，按照已有的標準嚴格落實質量安全管理體系，承擔應有的社會責任。
[0003]目前的食品安全監管工作中存在著如下問題:
[0004]1、常規實驗室檢測手段操作複雜、耗時長，急需在監管工作應用現場快速檢測，作為保障食品質量安全的重要技術支撐。
[0005]常規實驗室檢測手段中，監管人員需要對食品樣品進行現場採集。採集之後送實驗室採用氣相、液相色譜儀和高精度分光光度計進行檢測。造成了檢測實驗室工作任務繁重，檢測效率低下，獲得檢測結果時間長等缺點，檢測結果往往在送檢數周后才能知曉。建設食品安全監測點需要購買大量高端儀器，建設成本、檢測成本過高，對操作人員的素質要求過高，束縛了監管工作的推廣。近來，在食品安全監管工作中已經達成了廣泛的共識，需要在一線監管過程中首先對被測樣品進行現場快速檢測，再將可疑樣本送實驗室進行儀器確認。在食品生產企業、農副產品批發市場、超市、商場、餐廳和食堂等監管環境中，存在監管分散、樣本分散以及樣本量不均等情況。現場快速檢測儀器雖然不能作為最後的確證方法，但是在實際應用中，可以大大提高檢測效率，降低檢測成本，進一步拓寬食品安全監管工作範圍。食品安全快速檢測技術作為保障食品質量安全的重要技術支撐，在食品安全監管工作中發揮著越來越重要的作用。
[0006]國家工商總局在《2012年流通環節食品安全治理整頓工作方案》中明確提出，把快速檢測作為基層工商部門及時發現食品質量問題和現場監管執法的技術手段，不斷強化基層工商所快速檢測能力建設，努力提升流通環節食品抽樣檢驗和快速檢測工作的科學性、針對性和實效性。國家食品藥品監督管理局《關於加快推進餐飲服務食品安全檢驗能力建設的意見》(國食藥監食〔2011〕122號)中明確提出，加大快速檢驗儀器設備投入。
[0007]2、目前現存的食品安全快速檢測設備技術存在的缺點。
[0008]目前的快速檢測設備有分光光度計、酶標儀、螢光PCR儀和金標試紙判讀法。其中，分光光度計主要應對農藥殘留非法添加物及色素的檢測，酶標儀主要應對於獸藥殘留及生物毒素的檢測，螢光PCR儀主要應對與致病微生物的檢測。金標試紙可以實現上述3種檢測儀器的一部分檢測項目，但是由於金標層析免疫技術的局限性，金標試紙檢測項目仍然較少。
[0009]a)、分光光度計、酶標儀、螢光PCR儀對液體樣品進行透射測量。監管人員需要在實驗室中，根據被檢測物配置不同的試劑與樣品進行反應，再使用儀器檢測特定波長處的光譜透過率。相對傳統的實驗室檢測手段，雖然在一定程度上提高了檢測速度，但是由於試劑不方便攜帶，對操作人員的專業素質要求較高，仍無法將監管工作場地拓展至超市、食堂、菜場等一線工作現場。
[0010]b)、使用金標試紙對樣品進行快速判別。
[0011]膠體金免疫層析試紙(簡稱金標試紙)是近幾年來國外興起的一種快速診斷技術，其原理是將特異的抗體先固定於硝酸纖維素膜的某一區帶，當該乾燥的硝酸纖維膜一端浸入樣品(尿液或血清)後，由於毛細管作用，樣品將沿著該膜向前移動，當移動至固定有抗體的區域時，樣品中相應的抗原即與該抗體發生特異性結合，若用免疫膠體金或免疫酶染色可使該區域顯示一定的顏色，從而實現特異性的免疫診斷。金標試紙測量方法雖然簡單快捷但仍有一定局限性存在以下問題:人眼對顏色判別受監管人員主觀因素影響；檢測結果的判別受光照等客觀因素影響較大；難以對檢測結果進行定量的判別；對處於臨界狀態的檢測結果，人眼判別難以做定性和定量判讀。
[0012]目前的試紙測試儀器技術雖然能夠對試紙進行簡單的顏色判別，但是仍然存在著許多問題。由於金標試紙在實際的顯色反應中，由於生產工藝原因，金標試紙顯色後的圖像受生產工藝的影響容易出現形狀畸變、臨界狀態檢測線擴散、和顏色分布不均等現象如圖1所示，導致判讀結果出現誤差甚至錯誤，在一線檢測工作中造成了大量的誤判、漏檢。本項目採用圖像傳感器和圖像處理軟體對生物試紙的檢測結果進行判讀，去除了操作人員主觀因素和光照等客觀條件對判讀過程的影響，對採集到的圖像設計了一整套圖像處理軟體，通過局部模板法來矯正試紙圖像背景，採用自適應均值濾波器優化圖像邊緣，對圖像進行分割分析和復原。通過該算法，可以去除顯色圖像畸變對判讀造成的影響，可以對檢測結果進行精確的定量分析；並實現了在儀器中對採樣結果和判讀結果進行存儲和留證。
[0013]近年來，生物晶片、化學晶片的技術研宄取得了很大進展，大多數食品安全檢測項目可以由試管中轉移到試紙或纖維膜片上進行反應，這種技術大大降低了檢測成本，節約了檢測時間，簡化了檢測步驟。但是，對實驗結果的判讀儀器一直是制約此類技術發展的瓶頸。目前現有的試紙分析儀，只能對金標試紙進行整體顏色判讀，不能對試紙光譜反射率進行測量；由於對試紙表面的光譜測量會受到光澤等因素的影響，導致儀器測量的準確性較低，難以實際應用，制約了此類技術在食品安全監管工作中的應用，限制了食品安全的監管範圍。
[0014]有鑑於此，現有技術有待改進和提尚。
實用新型內容
[0015]鑑於現有技術的不足，本實用新型目的在於提供一種食品安全分析儀。旨在解決現有儀器測量的準確性較低，實用性較差等問題。
[0016]本實用新型的技術方案如下:
[0017]一種食品安全分析儀，用於對試紙表面進行檢測；其中，所述食品安全分析儀包括一積分球上半球結構，所述積分球上半球結構的球壁設置有漫反射塗層；LED光源設置於積分球上半球結構的頂部，發光方向朝向底面中心；所述積分球上半球結構的底面開設有環狀狹縫；且底面中心位置設置有攝像頭；
[0018]LED光源發出的光經過底面反射後在積分球內部進行漫反射，再經過環狀狹縫出射，使環狀狹縫的出射光以45°方向到達試紙表面；同時，試紙上方的攝像頭對試紙表面進行米樣。
[0019]優選地，所述的食品安全分析儀，其中，所述LED光源包括白光LED光源、藍光LED光源和紅光LED光源。
[0020]優選地，所述的食品安全分析儀，其中，所述攝像頭為彩色攝像頭。
[0021]優選地，所述的食品安全分析儀，其中，所述積分球上半球結構的底面設置高反射鏡面。
[0022]優選地，所述的食品安全分析儀，其中，所述球壁設置的漫反射塗層為白色漫反射塗層。
[0023]有益效果:
[0024]本實用新型的食品安全分析儀，與現有技術相比，具有以下優點:
[0025]1、集成化、智能化程度高，可操作性強，檢測快速、準確，檢測成本低，便於攜帶，更適合基層監管部門現場執法需要等優勢。可以在真正意義上將食品安全檢測拓展到超市、農貿市場、餐飲等一線監管工作中；
[0026]2、由於儀器價格低，單次檢測成本低，可以極大的增加食品安全檢測抽檢率；對操作人員幾乎沒有專業技能的要求，更加適用於食品安全監管工作的推廣；
[0027]概括來說，其具有高集成度、操作簡單、準確率高、便於攜帶、環境適應性強、分析結果智能化等特點，非常適合食品安全監管部門現場檢查和食品企業產品質控。
[0028]另外，本方案的食品安全分析儀的開發和產業化實施，一方面可提升我國是食品安全快檢技術的開發水平，促進快檢行業自主創新產品的開發，替代進口，提升行業競爭水平；另一方面可提升食品安全監管部門的行政執法能力，維護社會穩定，促進食品行業健康發展和國際競爭力的提升，帶動出口貿易，具有顯著的社會經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為現有技術的金標試紙的測試示意圖。
[0030]圖2為本實用新型的食品安全分析儀的較佳實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]本實用新型提供一種食品安全分析儀，為使本實用新型的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0032]本發明通過結合圖像分析和光譜分析技術，提出了兼容基於反射光譜測量和試紙圖像分析的食品安全檢測儀。該儀器可以兩種反應介質進行檢測:試劑片和金標試紙。對試劑片進行反射光譜的檢測，對金標試紙進行圖像顏色的檢測。
[0033]請參閱圖2，其為本實用新型的食品安全分析儀的較佳實施例的示意圖。如圖所示，所述食品安全分析儀，用於對試紙表面進行檢測；其包括一積分球上半球結構10，所述積分球上半球結構10的球壁設置有漫反射塗層20 ;LED光源設置於積分球上半球結構10的頂部，發光方向朝向底面中心；所述積分球上半球結構的底面開設有環狀狹縫40 ;且底面中心位置設置有攝像頭50。
[0034]具體來說，LED光源發出的光經過底面反射後在積分球上半球結構10內部進行漫反射，再經過環狀狹縫40出射，使環狀狹縫40的出射光以45°方向到達試紙I表面；同時，試紙I上方的攝像頭50對試紙表面進行採樣。
[0035]本方案的目的是要對試紙表面進行圖像檢測。為了防止試紙表面光澤對測試帶來影響，所以選擇45/0測量幾何結構。光源光以45°角度入射到試紙表面，攝像頭從0°位置接收。
[0036]在本方案中，光源設計中採用了三種LED光源:白光LED光源31、藍光LED光源32和紅光LED光源33。採用的攝像頭為彩色攝像頭，可以採集彩色試紙圖像。由於金標試紙的顯色線有可能為紅色或者藍色，當是紅色顯色線時，用紅色LED作為照明光源，可以得到比白光LED照明更佳的採樣信噪比。同理，在顯色線為藍色時，也應採用藍色LED作為測試光源。
[0037]在對被測試紙進行檢測時，首先點亮白色LED，進行一次採集，判斷試紙的顯色線是藍色還是紅色，然後關閉白色LED，若顯色線是紅色，則點亮紅色LED進行一次採樣，若顯色線是藍色，則點亮藍色LED進行一次採樣。
[0038]進一步地，在本實施例中，所述積分球上半球結構的底面設置高反射鏡面60，配合漫反射塗層20使得LED發出的光經過底面反射後在積分球內部進行充分的均勻化，再經過狹縫出射。
[0039]另外，在本實施例的食品安全分析儀中，所述球壁設置的漫反射塗層為白色漫反射塗層。
[0040]綜上所述，本實用新型公開的食品安全分析儀，其包括一積分球上半球結構，所述積分球上半球結構的球壁設置有漫反射塗層；LED光源設置於積分球上半球結構的頂部，發光方向朝向底面中心；所述積分球上半球結構的底面開設有環狀狹縫；且底面中心位置設置有攝像頭。所述食品安全分析儀具有高集成度、操作簡單、準確率高、便於攜帶、環境適應性強、分析結果智能化等特點，非常適合食品安全監管部門現場檢查和食品企業產品質控。另外，本方案的食品安全分析儀的開發和產業化實施，一方面可提升我國是食品安全快檢技術的開發水平，促進快檢行業自主創新產品的開發，替代進口，提升行業競爭水平；另一方面可提升食品安全監管部門的行政執法能力，維護社會穩定，促進食品行業健康發展和國際競爭力的提升，帶動出口貿易，具有顯著的社會經濟效益。
[0041]應當理解的是，本實用新型的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本實用新型所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種食品安全分析儀，用於對試紙表面進行檢測；其特徵在於，所述食品安全分析儀包括一積分球上半球結構，所述積分球上半球結構的球壁設置有漫反射塗層；LED光源設置於積分球上半球結構的頂部，發光方向朝向底面中心；所述積分球上半球結構的底面開設有環狀狹縫；且底面中心位置設置有攝像頭； LED光源發出的光經過底面反射後在積分球內部進行漫反射，再經過環狀狹縫出射，使環狀狹縫的出射光以45°方向到達試紙表面；同時，試紙上方的攝像頭對試紙表面進行採樣。
2.根據權利要求1所述的食品安全分析儀，其特徵在於，所述LED光源包括白光LED光源、藍光LED光源和紅光LED光源。
3.根據權利要求1所述的食品安全分析儀，其特徵在於，所述攝像頭為彩色攝像頭。
4.根據權利要求1所述的食品安全分析儀，其特徵在於，所述積分球上半球結構的底面設置高反射鏡面。
5.根據權利要求1所述的食品安全分析儀，其特徵在於，所述球壁設置的漫反射塗層為白色漫反射塗層。
【文檔編號】G01N21/25GK204255845SQ201420685898
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】葉朝達, 廖浩然, 舒全回, 陳加男, 袁琨 申請人:中國計量學院