專利名稱：一種食品安全檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于食品安全檢測領(lǐng)域，特別涉及一種采用生物傳感器作為檢測手 段，并根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境即時(shí)實(shí)施分析的食品安全檢測裝置。
背景技術(shù)：
目前食品安全正越來越受到人們的廣泛關(guān)注，而食品安全的相關(guān)技術(shù)也同樣受到 了國家的高度重視。目前檢測食品安全仍主要采用傳統(tǒng)的生物化學(xué)分析方法，這種方法操 作繁瑣，檢測時(shí)間較長，需要的實(shí)驗(yàn)條件較高，往往需在專用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。國內(nèi)的質(zhì)量監(jiān)督和工商管理部門在對(duì)食品中有毒有害物質(zhì)進(jìn)行檢測時(shí)，一般采用 常規(guī)國標(biāo)方法，需要在有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，檢測時(shí)間較長，不能勝任現(xiàn)場條件下的檢測 工作。就目前的發(fā)展趨勢看，食品安全檢測方法首先要體現(xiàn)一方面是快速高效，因?yàn)槭?品在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)，都有可能受到污染，都需要控制安全質(zhì)量。另外， 檢測系統(tǒng)同時(shí)要具備智能化，它不僅僅要檢測和顯示本次檢測樣本的質(zhì)量和參數(shù)，也要能 夠在批量樣本中進(jìn)行總體質(zhì)量的評(píng)價(jià)。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，檢驗(yàn)手段與方法多種多樣，檢測儀器越來越靈敏，檢測方法 的檢測限也越來越低。國內(nèi)外一些廠商，如福斯(FOSS)公司、意大利Melistone公司、我國 廈門的英科新創(chuàng)、深圳的安鑫科創(chuàng)等公司，設(shè)計(jì)出了安全檢測儀，它直接將基于化學(xué)、生物 和酶抑制技術(shù)的檢測方法應(yīng)用于檢測裝置。丹麥的福斯(FOSS)公司是目前世界上最大的食品及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域分析方案提供商 之一，該公司生產(chǎn)的食品安全儀器采用酶抑制和生物檢測的方法，如BacotsacnFC型檢測 儀可以檢測牛奶中細(xì)菌總數(shù)，它采用流式細(xì)胞技術(shù)原理，無需培養(yǎng)和樣品制備，直接對(duì)細(xì)菌 DNA進(jìn)行染色計(jì)數(shù)，可檢測加防腐劑的牛奶；FOSOSmatiC5000型檢測儀采用流式細(xì)胞計(jì)數(shù) 法，染色劑事先配制，檢測速度快，對(duì)操作人員無危害，可檢測加入防腐劑的樣品。意大利Melistone公司的DMA-80型直接測汞儀，采用一步法檢測樣品中汞殘留， 可直接自動(dòng)進(jìn)行固體、液體樣品汞含量測定，樣品直接采用熱分解，省去了樣品消解過程。北京博奧公司開發(fā)的“晶芯”食品安全檢測系統(tǒng)，采用生物芯片技術(shù)，能同時(shí)檢測 多份樣品中的多種獸藥殘留(磺胺類、鏈毒素類、恩諾沙星和氯霉素)。深圳安鑫寶科技公 司開發(fā)了 SPR-88型高速超大容量農(nóng)殘檢測儀和PR-3A型智能農(nóng)藥殘留速測儀，檢測原理為 乙酞膽堿酷酶抑制率法。北京檢驗(yàn)檢疫局和深圳市匹基生物工程股份有限公司聯(lián)合研制成功熒光PCR多 通道實(shí)時(shí)定量檢測儀，該儀器可以應(yīng)用在食品安全、獸醫(yī)診斷、臨床醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)研究等 領(lǐng)域，具有檢測速度快、靈敏度高、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，但對(duì)檢測結(jié)果的處理和分析還需 另外的軟件和系統(tǒng)支持，不能根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行有效的分析，不具有智能化的檢測。通過調(diào)查分析，現(xiàn)有的檢測手段方面，主要使用試劑盒檢測方法，對(duì)檢測結(jié)果的分 析和處理方面，現(xiàn)有的檢測方法不支持對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的考慮，也不支持實(shí)時(shí)檢測分析處理，需要將檢測結(jié)果記錄后通過人工或再植入其它分析軟件進(jìn)行分析。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)時(shí)地檢測被檢食品參數(shù)， 并利用數(shù)字化分析和智能處理技術(shù)，對(duì)食品質(zhì)量安全進(jìn)行高效、準(zhǔn)確地分析和判斷的食品 安全檢測裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種食品安全檢測裝置，其包括取樣 操作器、生物傳感器陣列、傳感器系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；所述取樣操作器為存儲(chǔ)檢測樣品的操作平臺(tái)；所述生物傳感器陣列用于檢測待檢 測食品的氣味；所述傳感器系統(tǒng)用于檢查食品外部的環(huán)境參數(shù)；所述信號(hào)處理系統(tǒng)用于將 生物傳感器陣列及傳感器系統(tǒng)的檢測模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)處理并進(jìn)行信號(hào)的 整形；所述智能分析系統(tǒng)用于對(duì)整形后的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別處理及質(zhì)量分析，以獲得食品 的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，并與食品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較，得出食品質(zhì)量結(jié)果；所述控制系統(tǒng)用于控制 取樣操作器、傳感器陣列、傳感器系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)及智能分析系統(tǒng)的工作。所述的控制系統(tǒng)用于控制整個(gè)檢測裝置的工作，采用嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建。與控制系 統(tǒng)相連的記錄與通信系統(tǒng)用于存儲(chǔ)檢測到的結(jié)果并將結(jié)果傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的PC機(jī)上。通信采 用USB和無線兩種方式，可將手持的檢測裝置所檢測的結(jié)果傳送到臺(tái)式主機(jī)中。通信模塊 直接在檢測儀上設(shè)計(jì)，通過軟件配置可以直接與臺(tái)式機(jī)通信。與控制系統(tǒng)相連的顯示系統(tǒng) 用IXD顯示檢測的結(jié)果。所述傳感器陣列包括26個(gè)感應(yīng)食品中各種氣體的氣敏傳感器陣列；所述傳感器 系統(tǒng)包括溫度傳感器、濕度傳感器及酸度傳感器。上述各步驟中所運(yùn)用到的系統(tǒng)或器件均由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果首先，利用先進(jìn)的嵌入式處理技術(shù)和通信技術(shù)，實(shí)時(shí)地檢測被檢食品參數(shù)，并利用 數(shù)字化分析和智能處理技術(shù)，對(duì)食品質(zhì)量安全進(jìn)行高效、準(zhǔn)確地分析和判斷。其次，采用智能分析技術(shù)，將被測量、環(huán)境 變量和食品安全標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)地統(tǒng)一于智能 分析系統(tǒng)中，通過優(yōu)化的智能和專家系統(tǒng)的方法，提高檢測與判斷的準(zhǔn)確度和效率?？梢詫?duì) 單個(gè)樣品和批量樣品進(jìn)行分析，獲得整體質(zhì)量的分析和評(píng)價(jià)。第三，采用生物傳感器技術(shù)，極大提高樣品數(shù)據(jù)的提取速度，同時(shí)避免了采用試劑 的專用操作性，適用于普通對(duì)生物化學(xué)分析不了解的家庭和個(gè)人用戶。最后，本檢測裝置采用電子器件技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具有體積小、重量輕、速度快、重現(xiàn)性 好、便于攜帶，適合現(xiàn)場快速檢測，它既適應(yīng)于專用的食品安全檢測單位，也可用于家庭和 個(gè)人用戶對(duì)食品的安全檢測需求。

圖1是本實(shí)用新型食品安全檢測方法原理框圖；圖2是本實(shí)用新型中系統(tǒng)布局原理圖；圖3是本實(shí)用新型中生物傳感器陣列布局圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，一種食品安全檢測裝置，其包括取樣操作器1、生物傳感器陣列2、傳 感器系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)3、智能分析系統(tǒng)4及控制系統(tǒng)5 ；所述取樣操作器1為存儲(chǔ)檢測樣品的操作平臺(tái)；所述生物傳感器陣列2用于檢測待檢測食品的氣味；所述傳感器系統(tǒng)用于檢查食品外部的環(huán)境參數(shù)；所述信號(hào)處理系統(tǒng)3用于將生物傳感器陣列2及傳感器系統(tǒng)的檢測模擬信號(hào)經(jīng)A/ D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)處理并進(jìn)行信號(hào)的整形；由于所獲取的傳感器的物理量大小不一，也不 利于統(tǒng)一比較和分析，將檢測到的物理量調(diào)整到合適的數(shù)據(jù)表示范圍。然后將物理量通過 模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換到易于數(shù)字化處理的數(shù)字信號(hào)，以利于一步的智能分析和處理。所述智能分析系統(tǒng)4用于對(duì)整形后的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別處理及質(zhì)量分析，以獲得 食品的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，并與食品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較，得出食品質(zhì)量結(jié)果；所述控制系統(tǒng)5用于控制取樣操作器1、傳感器陣列2、傳感器系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng) 3及智能分析系統(tǒng)4的工作。生物傳感器陣列2相當(dāng)于生物嗅覺系統(tǒng)中的大量嗅感受器細(xì)胞，智能分析系統(tǒng)4 及控制系統(tǒng)5相當(dāng)于生物的大腦，其余部分則相當(dāng)于嗅神經(jīng)信號(hào)傳遞系統(tǒng)。如圖3所示，所述傳感器陣列2包括26個(gè)感應(yīng)食品中各種氣體的氣敏傳感器陣 列；氣敏傳感器是XP-329F傳感器陣列，通過對(duì)待檢測目標(biāo)的立體化地獲得采樣數(shù)據(jù)。主要 機(jī)理是在陣列中的每個(gè)傳感器對(duì)被食品中氣體都有不同的靈敏度，例如，一號(hào)氣體可在某 個(gè)傳感器上產(chǎn)生高響應(yīng)，而對(duì)其他傳感器則是低響應(yīng)；同樣，二號(hào)氣體產(chǎn)生高響應(yīng)的傳感器 對(duì)一號(hào)氣體則不敏感，歸根結(jié)底，整個(gè)傳感器陣列對(duì)不同氣體的響應(yīng)圖案是不同的，正是這 種區(qū)別，才使系統(tǒng)能根據(jù)傳感器的響應(yīng)圖案來識(shí)別氣體。所述傳感器系統(tǒng)包括溫度傳感器、濕度傳感器及酸度傳感器，以提供環(huán)境信息給 智能分析系統(tǒng)，作為推斷食品質(zhì)量安全的外部因素之一。所述的控制系統(tǒng)5利用高性能嵌入式ARM2410處理器實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢測裝置的核心控 制。與控制系統(tǒng)5相連的記錄與通信系統(tǒng)6用于存儲(chǔ)檢測到的結(jié)果并將結(jié)果傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的 PC機(jī)上。通信采用USB和無線兩種方式，可將手持的檢測裝置所檢測的結(jié)果傳送到臺(tái)式主 機(jī)中。通信模塊直接在檢測儀上設(shè)計(jì)，通過軟件配置可以直接與臺(tái)式機(jī)通信。與控制系統(tǒng) 5相連的顯示系統(tǒng)7用IXD顯示檢測的結(jié)果。另外，如圖2所示，還提供了一種食品安全檢測方法，其包括以下步驟(1)利用取樣操作器1存儲(chǔ)待檢測樣品；(2)通過生物傳感器陣列2檢測待檢測食品的氣味，并通過傳感器系統(tǒng)檢查食品 外部的環(huán)境參數(shù)；(3)采用信號(hào)處理系統(tǒng)3將生物傳感器陣列2及傳感器系統(tǒng)的檢測模擬信號(hào)經(jīng)A/ D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)處理，并進(jìn)行信號(hào)的整形；(4)利用智能分析系統(tǒng)4對(duì)整形后的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別處理及質(zhì)量分析，以獲得 食品的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，并與食品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較，得出食品質(zhì)量結(jié)果；上述各步驟中所運(yùn)用到的系統(tǒng)或器件均由控制系統(tǒng)5進(jìn)行控制。[0043]步驟(4)中，所述智能分析系統(tǒng)4利用多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和模糊方法將多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為感官評(píng)定指標(biāo)值或組成成分的濃度值，得到被測氣味定性分析結(jié) 果的智能解釋；可采用主成分分析、多元線性擬合、模板匹配、聚類以及人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù) 處理方法。由于氣體傳感器的響應(yīng)與被測氣體體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系一般是非線性的，現(xiàn)有系 統(tǒng)多用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和偏最小二乘法。近些年發(fā)展起來的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN由于具有很強(qiáng) 的非線性處理能力及模式識(shí)別能力而得到了廣泛的應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)自動(dòng)掌握隱藏 在傳感器響應(yīng)和氣味類型與強(qiáng)度之間的、難以用明確的模型數(shù)學(xué)表示的對(duì)應(yīng)關(guān)系。許多統(tǒng) 計(jì)技術(shù)和ANN是互為補(bǔ)充的，所以常常與ANN聯(lián)合使用，以得到一組比用單個(gè)技術(shù)得到的數(shù) 據(jù)更加全面的分類和聚類。這類統(tǒng)計(jì)學(xué)或化學(xué)計(jì)量學(xué)方法包括主分量分析，部分最小平方 法，辨別分析法，辨別因子分析法，和聚類分析法等。將食品質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)、食品參數(shù)、以及通過智能分析得到的食品質(zhì)量判斷結(jié)果進(jìn) 行綜合分析，由本系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)的推導(dǎo)和分析，以獲得所測食品的質(zhì)量及檢測參數(shù)和結(jié)果。 由于對(duì)食品質(zhì)量安全影響的因素很多，本實(shí)用新型充分利用食品安全的影響因素，如食品 內(nèi)部質(zhì)量、外部環(huán)境因素、樣品數(shù)量等，采用智能分析方法，利用多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法、智 能與專家系統(tǒng)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和模糊方法將多維響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為感官評(píng)定指標(biāo)值或組 成成分的濃度值，得到被測結(jié)果的智能解釋。最后將智能分析的結(jié)果與食品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析 和比較，得出食品質(zhì)量報(bào)告。上述實(shí)施例為本方案較佳的實(shí)施方式，本方案可有較多的變化，這種變化不能認(rèn) 為偏離本方案的范圍，其他的任何未背離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)原理下所作的改變、替代或簡 化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型所要求的保護(hù)及等同范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種食品安全檢測裝置，其特征在于包括取樣操作器[1]、生物傳感器陣列[2]、傳感器系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)[3]、智能分析系統(tǒng)[4]及控制系統(tǒng)[5]；所述取樣操作器[1]為存儲(chǔ)檢測樣品的操作平臺(tái)；所述生物傳感器陣列[2]用于檢測待檢測食品的氣味；所述傳感器系統(tǒng)用于檢查食品外部的環(huán)境參數(shù)；所述信號(hào)處理系統(tǒng)[3]用于將生物傳感器陣列[2]及傳感器系統(tǒng)的檢測模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)處理并進(jìn)行信號(hào)的整形；所述智能分析系統(tǒng)[4]用于對(duì)整形后的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別處理及質(zhì)量分析，以獲得食品的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，并與食品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較，得出食品質(zhì)量結(jié)果；所述控制系統(tǒng)[5]用于控制取樣操作器[1]、傳感器陣列[2]、傳感器系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)[3]及智能分析系統(tǒng)[4]的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品安全檢測裝置，其特征在于還包括與控制系統(tǒng)[5]相 連的記錄與通信系統(tǒng)[6]，其用于存儲(chǔ)檢測到的食品質(zhì)量結(jié)果，并將結(jié)果傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的PC 機(jī)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的食品安全檢測裝置，其特征在于記錄與通信系統(tǒng)[6]與PC 機(jī)通信采用USB和無線兩種方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的食品安全檢測裝置，其特征在于還包括與控制系統(tǒng)[5]相 連的顯示系統(tǒng)[7]，用于顯示所檢測到的食品質(zhì)量結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的食品安全檢測裝置，其特征在于所述傳感器陣列[2]包括 26個(gè)感應(yīng)食品中各種氣體的氣敏傳感器陣列；所述傳感器系統(tǒng)包括溫度傳感器、濕度傳感 器及酸度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的食品安全檢測裝置，其特征在于該檢測裝置為手持式。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種智能化食品安全檢測裝置，包括取樣操作器、生物傳感器陣列、傳感器系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；取樣操作器為存儲(chǔ)檢測樣品的操作平臺(tái)；生物傳感器陣列用于檢測待檢測食品的氣味；傳感器系統(tǒng)用于檢查食品外部的環(huán)境參數(shù)；信號(hào)處理系統(tǒng)用于將生物傳感器陣列及傳感器系統(tǒng)的檢測模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)處理并進(jìn)行信號(hào)整形；智能分析系統(tǒng)對(duì)整形后的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別處理及質(zhì)量分析，以獲得食品的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，并與食品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較，得出食品質(zhì)量結(jié)果；控制系統(tǒng)用于控制上述各個(gè)器件工作。本實(shí)用新型能實(shí)時(shí)檢測，并利用數(shù)字化分析和智能處理，對(duì)食品質(zhì)量安全高效、準(zhǔn)確地分析和判斷。
文檔編號(hào)G01N33/02GK201555840SQ20092026788
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月25日
發(fā)明者姚金濤, 張明武, 戴永謙, 楊波, 沈焱萍 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)