一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置制造方法
【專利摘要】一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置，包含激光激發(fā)單元、樣品測試單元、探測單元和信號處理單元。其中激光激發(fā)單元由激光器、第一光闌、濾光片、第一聚焦透鏡、第二光闌、準直透鏡和第二聚焦透鏡構(gòu)成；樣品測試單元由樣品托架和樣品池構(gòu)成；探測單元為一超聲探測器；信號處理單元由前置電壓放大器、數(shù)字示波器、GPIB-USBI/O卡和計算機構(gòu)成。該裝置利用光致超聲原理，充分將光學(xué)檢測與超聲檢測技術(shù)相融合，并極大的消除了被測組織光散射帶來的干擾，提高了檢測精度。與近紅外光譜等檢測裝置相比，本實用新型裝置具有檢測精度高、適用性強等特點。
【專利說明】一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及食品安全檢測領(lǐng)域，具體涉及一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的
光聲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步，人類生活條件的改善，無公害、綠色、有機食品備受消費者的青睞。同時，人們也逐漸增強了安全和保健意識，食品安全問題越來越受到人們的關(guān)注。食品安全是一個遍及全球的公共衛(wèi)生問題，不僅直接關(guān)系人類的健康生存，而且還嚴重影響著經(jīng)濟和社會的發(fā)展。但是隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，食品安全卻并未得到相應(yīng)的保證，依然有很多食品添加劑存在于我們?nèi)粘１匦璧氖称分校⑶矣邢喈斠徊糠址欠ㄌ砑觿┖繃乐爻瑯?，甚至出現(xiàn)一些添加劑無法進行檢測的尷尬局面。食品添加劑是食品工業(yè)中不可缺少的輔料，它可以改善風味、調(diào)節(jié)營養(yǎng)成分、防止食品變質(zhì)，從而提高質(zhì)量，使加工食品豐富多彩，滿足消費者的各種需求，但有某些不法商販為了使產(chǎn)品達到價格低廉、色香味俱全濫用、超量使用各種食品添加劑。近年來由于食品添加劑的違規(guī)使用引發(fā)的食品安全問題層出不窮，使得添加劑的使用和食品安全成為了政府監(jiān)管機構(gòu)、新聞媒體和老百姓關(guān)注的焦點。目前，測定添加劑的方法有高效液相色譜法、氣相色譜法、薄層色譜法、毛細管電泳法等。這些傳統(tǒng)的方法雖然取得了一定的效果，但它們都是對食品進行破壞性檢測，而且需要復(fù)雜的樣品預(yù)處理，導(dǎo)致檢測穩(wěn)定性不高、成本昂貴，且需要具備一定的化學(xué)檢驗知識的人員才能正確操作完成。一些傳統(tǒng)的無損檢測方法也逐漸應(yīng)用于食品安全檢測，代表性的方法有:近、中紅外吸收光譜法、拉曼光譜法和超聲檢測法等。雖然能實現(xiàn)無損快速檢測，但是對于近、中紅外吸收光譜法而言，由于被測食品對入射光容易產(chǎn)生光散射，這點對于粉狀和顆粒狀食品顯得更加突出，這些散射光極大的制約了與食品添加劑含量相關(guān)的光譜信息測量，使得測量準確度、穩(wěn)定度不高；對于拉曼光譜法而言，拉曼散射強度容易受光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)等因素的影響，同時被測物體本身的組分對拉曼光譜的影響也較大；而對于超聲檢測法而言，其空間分辨率受到限制而無法得到有效提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述檢測方法的不足，本實用新型專利提出了一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置。
[0004]本實用新型裝置包括激光激發(fā)單元、樣品測試單元、探測單元、信號處理單元。
[0005]所述的激光激發(fā)單元沿光傳播方向依次由激光器、第一光闌、濾光片、第一聚焦透鏡、第二光闌、準直透鏡和第二聚焦透鏡構(gòu)成。
[0006]所述的激光器由波長可調(diào)脈沖激光器構(gòu)成。所述濾光片由近紅外高通或帶通濾光片構(gòu)成。
[0007]所述的樣品測試單元由下至上依次由樣品托架和樣品池構(gòu)成。
[0008]所述的樣品托架為升降臺，可以手動進行上下和水平位置移動；所述的樣品池為石英或玻璃材料制成的比色皿容器，比色皿的底座固定于樣品托架上。
[0009]樣品預(yù)處理:對于液態(tài)的食品，比如:各種液態(tài)飲品，無需對這種類型的待測樣品進行預(yù)處理，直接可以放入樣品池進行測試。
[0010]所述的探測單元為聚焦超聲探測器。
[0011]所述的信號處理單元由前置電壓放大器(4-1)、數(shù)字示波器(4-2)、GPIB-USB I/O卡(4-3)、計算機(4-4)依次電氣連接構(gòu)成。
[0012]本實用新型的一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置，使用前，為了消除激光器能量不穩(wěn)定因素，激光器先提前開機預(yù)熱約I小時。激光器完成預(yù)熱后，將被測樣品滴入樣品池中，再將激光器脈沖重復(fù)頻率設(shè)為20HZ，能量輸出先調(diào)至約50%，輸出波長范圍調(diào)至1000-2500nm。光束從激光器發(fā)出，經(jīng)過第一光闌消除光源高頻散射光，再經(jīng)過濾光片濾除近紅外以外的可見光，濾波后的光經(jīng)第一聚焦透鏡、第二光闌和準直透鏡構(gòu)成的光學(xué)4F系統(tǒng)，將激光器發(fā)出的光形成一標準的平行窄帶光束，最后經(jīng)過第二聚焦透鏡，將入射激光的光斑聚焦至樣品池的被測樣品內(nèi)，由于被測食品對入射光的吸收，使得局部能量沉積，并產(chǎn)生體積膨脹進而產(chǎn)生超聲機械波向四周擴散出去，置于樣品池外壁的聚焦探測器捕獲這些向外弛豫的超聲波信號后，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)超聲強度大小的電壓信號，經(jīng)前置電壓放大器放大后，由數(shù)據(jù)示波器將放大的信號采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由GPIB I/O數(shù)字卡經(jīng)GPIB-USB總線送入計算機進行數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)分析軟件進行編程處理。
[0013]本實用新型的一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置，與其他技術(shù)相比，具有以下有益的效果:
[0014](I)由于本實用新型采用光聲檢測技術(shù)，兼具了純光學(xué)檢測技術(shù)高分辨率和純超聲檢測技術(shù)高對比度的優(yōu)點，使得檢測精度更高。
[0015](2)由于本實用新型探測的是食品的光致超聲信號，雖然入射的是激光，但是探測的卻是超聲信號，故極大的克服了食品內(nèi)部組分光散射帶來的干擾，能極大的提高測量的準確度和穩(wěn)定性。
[0016](3)由于本實用新型采用波長可調(diào)的脈沖激光器作為激發(fā)光源，通過波長掃描，可以找到不同食品的不同特征吸收波長，極大的避免了單一波長下，不同食品檢測的適用性問題。
[0017](4)無需對測試飲品等液態(tài)食品進行預(yù)處理操作，故本實用新型具有便捷快速檢測的特點，且易操作，使用性更強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型總體結(jié)構(gòu)原理俯視示意圖。
[0019]圖2為本實用新型測試單元的原理示意圖。
[0020]圖3為本實用新型探測單元方案二示意圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例1本實用新型的裝置
[0022]圖1為本實施例的裝置結(jié)構(gòu)圖。圖中所示各元器件的名稱為:激光發(fā)生器(1-1)、第一光闌(1-2)、濾光片(1_3)、第一聚焦透鏡(1-4)、第二光闌(1_5)、準直透鏡(1-6)、第二聚焦透鏡(1-7)、樣品托架(2-1)和樣品池(2-2)、超聲探測器(3)、前置電壓放大器(4-1)、數(shù)字示波器(4-2 )、GPIB-USB I/O卡(4-3 )、計算機(4-4)。本實用新型由激光激發(fā)單元(I)、樣品測試單元(2)、探測單元(3)和信號處理單元(4)構(gòu)成。如圖1所示，其中激光激發(fā)單元(I)沿光路傳播方向，依次由以下元器件構(gòu)成，即:激光器(1-1)、第一光闌(1-2)、濾光片(1-3)、第一聚焦透鏡(1-4)、第二光闌(1-5)、準直透鏡(1-6)、第二聚焦透鏡(1-7)。樣品測試單元(2)由樣品托架(2-1)和樣品池(2-2)構(gòu)成。探測單元(3)為超聲探測器。信號處理單元(4)由前置電壓放大器(4-1)、數(shù)字示波器(4-2)、GPIB-USB I/O卡(4-3)、計算機(4-4)依次電氣連接構(gòu)成。
[0023]對于液態(tài)的食品，比如:各種液態(tài)飲品，無需對這種類型的待測樣品進行預(yù)處理，直接可以放入樣品池進行測試。
[0024]本實用新型裝置使用前，為了消除激光器能量不穩(wěn)定因素，激光器(1-1)先提前開機預(yù)熱約I小時。激光器(1-1)完成預(yù)熱后，將被測樣品滴入樣品池(2-2)中，再將激光器(1-1)的脈沖重復(fù)頻率設(shè)為20Hz，能量輸出先調(diào)至約50%，輸出波長范圍調(diào)至1000-2400nm。光束從激光器(1_1)發(fā)出，經(jīng)過第一光闌(1_2)消除光源高頻散射光，再經(jīng)過濾光片(1-3)濾除近紅外以外的可見光，濾波后的光經(jīng)第一聚焦透鏡(1-4)、第二光闌(1-5)和準直透鏡(1-6)構(gòu)成的光學(xué)4F系統(tǒng)，將激光器(1-1)發(fā)出的光形成一標準的平行窄帶光束，最后經(jīng)過第二聚焦透鏡(1-7)，將入射激光的光斑聚焦至樣品池(2-2)的被測樣品內(nèi)，由于被測食品對入射光的吸收，使得局部能量沉積，并產(chǎn)生體積膨脹進而產(chǎn)生超聲機械波向四周擴散出去，置于樣品池(2-2)外壁的超聲探測器3捕獲這些向外弛豫的超聲波信號后(如圖2所示)，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)超聲強度大小的電流信號，經(jīng)前置電壓放大器(4-1)放大后，由數(shù)字示波器(4-2)將放大的信號采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由GPIB-USB I/O卡(4_3)經(jīng)GPIB-USB總線送入計算機(4-4)進行數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)分析軟件進行編程處理。
[0025]激光器(1-1)為532nm泵浦源調(diào)Q Nd:YAG的光學(xué)參量振蕩器(OpticalParametric Oscillator, ΟΡΟ)脈沖激光器(OpoletteTM, 532 II , Opotek Inc., CA),其激光輸出輸出波長為680-2400nm可調(diào)，整個波段內(nèi)能量不大于10毫焦，脈沖持續(xù)時間10納秒，重復(fù)頻率為1-20HZ可調(diào)，輸出能量0-100%可調(diào)，且在有效波長范圍內(nèi)，激光可以以l-20nm可調(diào)掃描輸出。濾光片(1_3)為長波通型近紅外濾光片(IPGC-720)，它將可見光反射，而將近紅外光透射。第一聚焦透鏡(1-4)、第二光闌(1-5)和準直透鏡(1-6)構(gòu)成的光學(xué)4F系統(tǒng)，光闌(1-5)位于第一聚焦透鏡(1-4)后焦面和準直透鏡(1-6)的前焦面處，第一聚焦透鏡(1-4)和準直透鏡的焦距均約為10厘米。第二聚焦透鏡(1-7)的焦距約為2厘米。
[0026]樣品池(2-2)為石英比色皿，光程長約為10mm。超聲探測器(3)為壓電陶瓷材料聚焦超聲探測器(I1P10NF40，Doppler, China)，該超聲探測器中心響應(yīng)頻率9.52MHz,相對回波靈敏度為-29.32db，焦距范圍在34-46mm之間，阻尼50 Ω。前置電壓放大器(4-1)為日本奧林巴斯5678，該放大器的放大增益為40dB，帶寬為50k-40MHz。數(shù)字示波器(4-2)為雙通道數(shù)字示波器(54642D，Agilent, USA)，它用于觸發(fā)單點或連續(xù)采集光聲電信號，該示波器帶寬500MHz，最高采樣速率為2GSa/s。GPIB-USB 1/0卡(4_3)為1/0數(shù)字卡(GPIB-USB-HS，National Instruments, USA)，它用于連接數(shù)字示波器(4-2)和計算機(4-4)，用于采樣數(shù)據(jù)的高速傳輸。數(shù)據(jù)分析軟件為LabVIEW (Version.8.0，NationalInstruments, USA)，它用于編程軟件觸發(fā)示波器的數(shù)據(jù)采集、峰峰值參數(shù)測量和數(shù)據(jù)自動存儲等操作。
[0027]實施例2
[0028]如圖1所示，本實用新型激光激發(fā)單元(I)發(fā)出的脈沖激光入射至樣品池(2-2)中的被測樣品時，產(chǎn)生光聲源，并持續(xù)不斷的向四周發(fā)出超聲信號波，為了減小因樣品池壁反射的超聲回波疊加或混頻對超聲探測的干擾，超聲探測器(3)的探頭用醫(yī)用超聲耦合液涂抹緊貼于樣品池外壁表面，同時位于激光激發(fā)單兀(I)發(fā)出激光方向的對立面。
[0029]其余同實施例1。
[0030]實施例3
[0031 ] 當激光器(1-1)能量太大，使得發(fā)出的脈沖激光穿透樣品池，有部分入射激光直接照射到超聲探測器(3)的表面上，從而使得超聲信號測量不準確，為了避免上述問題，如圖3所示，將超聲探測器(3)的探頭表面置于樣品池側(cè)面，超聲探測器(3)探頭的軸向方向與激光激發(fā)單元(I)發(fā)出的入射激光光軸相互正交。
[0032]其余同實施例1。
【權(quán)利要求】
1.一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置，包括激光激發(fā)單元(I)、樣品測試單元(2)、探測單元(3)和信號處理單元(4)，其特征在于，激光激發(fā)單元(I)沿光傳播的方向依次由激光器(1-1)、第一光闌(1-2)、濾光片(1-3)、第一聚焦透鏡(1-4)、第二光闌(1-5)、準直透鏡(1-6)、第二聚焦透鏡(1-7)構(gòu)成；樣品測試單元(2)由樣品托架(2-1)和樣品池(2-2)構(gòu)成；信號處理單元(4)由前置電壓放大器(4-1)、數(shù)字示波器(4-2)、GPIB-USB I/O卡(4-3)、計算機(4-4)依次電氣連接構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置，其特征在于:所述的激光器(1-1)為短脈沖激光器，其輸出波長和重復(fù)頻率可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置，其特征在于:所述濾光片(1-3)由近紅外高通或帶通濾光片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置，其特征在于:所述的樣品池(2-2)為石英或玻璃材質(zhì)比色皿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速檢測液態(tài)食品中添加劑的光聲裝置，其特征在于:所述的探測單元(3)為一聚焦超聲探測器，使用時，將聚焦超聲探測器探頭緊貼樣品池外壁，且聚焦超聲探測器探頭和樣品池外壁間均勻涂抹醫(yī)用超聲耦合液。
【文檔編號】G01N21/39GK203519497SQ201320594523
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】任重, 劉國棟 申請人:江西科技師范大學(xué)