便携式近红外山茶油掺假检测仪器.pdf

本发明公开了一种基于近红外光谱分析技术的便携式山茶油掺假检测仪器，其特征在于：包含使用近红外发光二极管和窄带干涉滤光片组合的仪器结构，实现仪器的控制和检测功能的电路模块、上位机光谱数据分析等，能够便携、快速、经济的实现山茶油掺假检测。

1.  一种便携式山茶油掺假检测仪器，其特征在于：包括使用近红外发光二极管和窄带干涉滤光片组合的仪器结构，实现仪器的控制和检测功能的电路模块、上位机光谱数据分析等。

2.  根据权利要求1所述便携式山茶油掺假检测仪器，其特征在于，所述使用近红外发光的二极管和窄带干涉滤光片组合的仪器结构用于产生窄带很宽的“单色”近红外光。

3.  根据权利要求1所述便携式山茶油掺假检测仪器，其特征在于，所述电路模块用于红外光采集及处理等。

4.  根据权利要求1所述便携式山茶油掺假检测仪器，其特征在于，所述上位机光谱数据分析技术用于对光谱数据分析，最终辨别出山茶油的真假。

便携式近红外山茶油掺假检测仪器
技术领域
本发明属食用油掺假检测装置，是结合机械、电子、光学、控制技术等为一体的机电一体化设备。
背景技术
食品质量与安全与人民身体健康和生活质量息息相关，检测食品质量和安全是我国乃至全球食品监管部门的重要职责。食用植物油作为生活必需消费品，随着生活质量的提高，人们越来越青睐特种、功能性油脂。山茶油以其独特的食疗双效，被称为“油中之王”，又由于产量有限，其价格比普通的食用植物油要高出许多。基于以上因素，一些不法分子往山茶油中掺假低价植物油来牟取非法收益，因此快速、高效、经济地检测山茶油的掺假情况具有重要的实际意义。
目前，食用油掺假检测技术包括理化检验法、色谱法和近红外光谱分析等。理化检测法检测范围有限；色谱法(液相和气相色谱法)所涉及的检测方法专业、复杂，仪器昂贵，不适合现场快速检测；近红外光谱分析技术作为一种新型无损快速检测技术，具有广阔的应用前景。本发明利用近红外光谱分析技术，研制出一套便携、快速、经济的山茶油掺假检测仪器。
发明内容
本发明的目的在于：山茶油掺假不同种类、不同浓度植物油后，近红外透射光谱数据会发生变化。这种光谱变化与掺假的食用油种类或掺假浓度存在某种内在联系，通过合适的化学计量学方法把这两者之间的联系进行关联，建立掺假浓度与光谱数据的定量关系，即所谓的校正模型。建模后，只需测量未知样品的一些近红外光谱，然后由仪器系统自动对模型库进行比对判断，挑出正确模型，运算得出山茶油油样的掺假情况。此发明就是利用这种原理进行对山茶油的掺假检测。
本发明采用了近红外发光二极管和滤光片组合产生不同中心波长的窄带近红外光，0PTl01检测近红外光经油样吸收前后的光强信号，并经信号调理和A／D转换得到光强的数字信号，单片机采集该值并通过RS232串口上传到PC机。在PC机上，使用MFC编程接收传来的光强数据，计算油样光谱数据，并将样品集光谱数据和掺假浓度数据保存到Excel文件中，由Matlab读取并采用多元线性回归方法分析，得到样品集光谱数据和掺假浓度间的校正模型，由该模型预测未知油样的掺假情况。
附图说明
图1是本检测装置的系统结构框图。
具体实施方式
本发明属食用油掺假检测装置，是结合机械、电子、光学、控制技术等为一体的机电一体化设备。此检测装置的系统结构框图如图1所示，主要由近红外光谱仪、电路模块、光谱数据采集系统三部分组成，下面详述这三部分的具体实施方式。
1、近红外光谱仪的具体实施方式
为了获得短近红外区间(780—1100nm)某一波长处的近红外光，我们选用特峰值波长(也称中心波长)的近红外发光二极管(NIR_LED)作为光源。通常这样的NIR_LED发出的并不是单一波长的光，半峰宽一般为40—60nm。为了产生窄带很宽的“单色”近红外光，需要组合相应的窄带滤光片，将NIR_LED发出的光过滤成半带宽更窄的近红外光。为了增强光的聚集效果，我们在滤光片和石英比色皿之间放置菲涅耳透镜，将滤光片过滤后的近红外光经过菲涅尔透镜和样品池后汇聚到光强检测传感器上。
2、电路模块的具体实施方案
电路部分主要实现仪器的控制和检测功能，具体可分以下几个电路模块：
(1)可调恒流驱动电路：发光二极管(LED)是注入式电致发光元件，直接将输入的电能转换成光信号，其辐射出的光强跟输入的电流或电压相关，为了获得稳定的光强，需要设计一套恒流且可调的驱动电路，通过调节可调恒流驱动电路，使各个NIR—LED发出的近红外光强度相等且相对稳定；
(2)光谱数据采集电路：光强传感器输出的电信号一般：不能直接获取，需要经过调理电路去噪、放大处理，再经A／D转换才能被单片机获取和处理；
(3)人机交互电路：仪器作为用户操作的对象，人机交互界面的设计在人和仪器的“交流”中起着重要的桥梁作用。通常，仪器需要显示屏幕提示用户如何操作，并提供不同功能的按键，由用户根据提示结合按键实现对仪器的控制操作；
(4)其他辅助电路：为了记录光强采集时的温度和时钟信息，需要温度转换电路和时钟电路；为了保存仪器的重要设置参数或采集的光谱数据，需要提供数据存储电路；在出现非法操作或无法预料的紧急意外，为了提示用户需要提供报警电路；仪器的工作离不开电源，因此也需要设计电源电路，为仪器的正常可靠工作提供动力保障。
3、光谱数据采集系统的具体实施方法
光谱数据采集系统具体包括：光强检测元件将经透过比色皿，经油样吸收后的光信号转换成电信号，经调理电路处理后交由模数转换器(A／D)进行模数转换，转换结果传输给给单片机，由单片机进行光谱数据的均值滤波运算、存储或串口传输等操作。