一種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，屬于液體成分檢測(cè)技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 被分散的液體（分散相）以小液珠的形式分散于另一連續(xù)的液體介質(zhì)（分散介 質(zhì)）中，這種一種液體以小液珠形式分散于與其不相混溶的另一種液體中所構(gòu)成的熱力學(xué) 不穩(wěn)定體系稱為乳液。乳液的分散相直徑一般為〇. 1-10 μ m，從乳液的顆粒直徑范圍來說， 大部分乳液屬于粗分散體系。典型的食品乳液包括牛奶，羊奶，豆?jié){和蛋黃醬等，這些乳液 中的主成份含量關(guān)系到人類的健康；工業(yè)上的乳液包括天然乳膠，乳膠漆等，這些乳液的主 成分含量則關(guān)乎到它們的優(yōu)劣和價(jià)格的高低。因此，為了推動(dòng)市場(chǎng)的安全性和公平性，研宄 一種乳液中主成份含量測(cè)量的有效方法具有重要意義。
[0003] 對(duì)于乳液中主成份的測(cè)量，主要分為化學(xué)分析方法和間接分析方法。何海情通過 對(duì)比和正交實(shí)驗(yàn)探討酸水解法測(cè)量豆奶粉脂肪的主要因素影響，得到的豆?jié){粉脂肪濃度結(jié) 果較好。李錦才等人對(duì)豆?jié){中的脂肪含量分別采用酸水解法、改良酸水解法和堿性乙醇 提取法三種不同的方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示堿性乙醇提取法得到的結(jié)果精密度好，準(zhǔn)確度 高。卓海華等人改進(jìn)了 Robse-Gottied法，對(duì)于椰子汁中脂肪的測(cè)定，分析時(shí)間短，試劑用 量較少，分析結(jié)果準(zhǔn)確。然而上述的這些化學(xué)分析方法具有工作量大、污染樣品，并且測(cè)量 速度慢等缺點(diǎn)。Gustavsson等人通過采用瞬態(tài)平面電源技術(shù)測(cè)量牛奶的導(dǎo)熱性系數(shù)，可以 在1秒內(nèi)完成對(duì)牛奶脂肪含量的測(cè)量。Xin等人利用激光散透比原來，用自行設(shè)計(jì)的測(cè)量 系統(tǒng)同時(shí)測(cè)量了牛奶中的脂肪和蛋白質(zhì)含量。Bogomolov通過研宄牛奶中的脂肪和蛋白質(zhì) 對(duì)可見光的散射現(xiàn)象，用偏最小二乘發(fā)回歸建模實(shí)現(xiàn)了對(duì)脂肪含量和蛋白質(zhì)含量的測(cè)量。 Jayanthy通過測(cè)量室溫下膠乳的介電常數(shù)，將膠乳中的干膠含量和介電常數(shù)（實(shí)部）建立 線性關(guān)系，可對(duì)于膠乳中的干膠含量進(jìn)行測(cè)量。RejiKumar等人提出用電容式傳感器法測(cè)量 天然膠乳中的干膠含量。中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院分析測(cè)試中心的周聰發(fā)明了一種熱輻氣動(dòng)法 快速測(cè)定天然膠乳的干膠含量。然而這些間接分析方法也有缺點(diǎn)，例如消耗試劑多、樣品前 處理過程繁瑣等，從而無法實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。
[0004] 光電技術(shù)將光學(xué)技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，引起了人們生產(chǎn)、生活和作戰(zhàn)方式的重 大變化，光電技術(shù)已成為21世紀(jì)信息技術(shù)發(fā)展的最大特點(diǎn)。目前，光電技術(shù)正在光電材料 和器件、探測(cè)技術(shù)、光機(jī)電一體化、光電子微結(jié)構(gòu)集成以及軍事領(lǐng)域飛速發(fā)展，并和各種高 新技術(shù)相結(jié)合，推動(dòng)能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、糧食生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生的改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種高靈敏度的乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)，以及提供一種 采用該檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行主成分含量檢測(cè)的方法。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)，包括導(dǎo)光模塊、信號(hào)源模塊、光纖耦合模塊以及光 電探測(cè)器，所述導(dǎo)光模塊設(shè)有光纖輸入端、光纖輸出端和光纖探頭，所述光纖耦合模塊包含 若干自聚焦光纖，光纖輸入端、光纖輸出端和光纖探頭上分別連接自聚焦光纖；其中，所述 光纖輸出端通過自聚焦光纖連接光電探測(cè)器，光纖輸入端通過自聚焦光纖連接信號(hào)源模 塊。
[0008] 其中，所述導(dǎo)光模塊為W型光纖，包括五個(gè)端口，其中有兩個(gè)為光纖輸出端，兩個(gè) 為光纖探頭，一個(gè)光纖輸入端；所述兩個(gè)光纖探頭結(jié)構(gòu)相同，其端面則包括內(nèi)層和外層，內(nèi) 層用于將進(jìn)入導(dǎo)光模塊光纖輸入端的光垂直入射到液體中，外層用于接收液體反射的光。
[0009] 進(jìn)一步的，所述信號(hào)源模塊采用近紅外LED，所述信號(hào)源模塊與光纖輸入端耦合， 光纖輸入端上連接的自聚焦光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)/4的奇數(shù)倍，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括導(dǎo)光模塊、信號(hào)源模塊、光纖耦合 模塊以及感光模塊，所述導(dǎo)光模塊設(shè)有光纖輸入端、光纖輸出端和光纖探頭，所述光纖耦合 模塊包含若干自聚焦光纖，光纖輸入端、光纖輸出端和光纖探頭上分別連接自聚焦光纖；其 中，所述光纖輸出端通過自聚焦光纖連接感光模塊，光纖輸入端通過自聚焦光纖連接信號(hào) 源模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述導(dǎo)光模塊 為W型光纖，包括五個(gè)端口，其中上部的最左和最右端兩個(gè)為光纖輸出端，下部的兩個(gè)為光 纖探頭，以及上部中間的光纖輸入端；所述兩個(gè)光纖探頭結(jié)構(gòu)相同，其端面包括內(nèi)層和外 層，內(nèi)層用于將進(jìn)入導(dǎo)光模塊光纖輸入端的光垂直入射到液體中，外層用于接收液體反射 的光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述信號(hào)源模 塊采用近紅外LED，所述信號(hào)源模塊與光纖輸入端耦合，光纖輸入端上連接的自聚焦光纖長(zhǎng) 度為L(zhǎng)/4的奇數(shù)倍，Z=-其中α為一常數(shù)，n(|為折射率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述感光模塊 為光電探測(cè)器，該光電探測(cè)器與信號(hào)源模塊在光譜特性相匹配。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的任意一種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：該系 統(tǒng)包括兩個(gè)容器用于盛放液體，還包括一個(gè)恒溫裝置，所述恒溫裝置放置在容器下方，用于 保持待液體的溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：在連接在所述 光纖探頭上的自聚焦光纖的下端面，設(shè)有有錐狀的屏蔽環(huán)，所述屏蔽環(huán)由硬質(zhì)材料卷曲形 成，其內(nèi)表面帶有深色涂層。
7. -種乳液主成份含量測(cè)量方法，該方法提供信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、光電流信號(hào)前置放大模 塊、二級(jí)去溫漂放大模塊以及信號(hào)處理模塊，其特征在于：該方法按照如下步驟實(shí)施： 步驟一，將盛有乳液樣品的容器放置一個(gè)光纖探頭正下方，將盛有蒸餾水的容器放置 在另一個(gè)光纖探頭正下方，信號(hào)源模塊發(fā)光，通過光纖耦合模塊照射到導(dǎo)光模塊，導(dǎo)光模塊 形成的光束垂直照射到乳液樣品表面形成帶有待測(cè)乳液樣品信息的光信號(hào)； 步驟二，反復(fù)步驟一，最終獲得光電流信號(hào)； 步驟三，對(duì)光電流信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和轉(zhuǎn)換，采用兩級(jí)放大電路放大光電流信號(hào)； 步驟四，配置若干種已知主成分濃度的乳液樣品，對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行 標(biāo)識(shí)，構(gòu)建出根據(jù)主成分含量變化隨數(shù)字信號(hào)變化的標(biāo)準(zhǔn)方程； 步驟五，對(duì)待測(cè)乳液樣品的主成分含量進(jìn)行測(cè)量，重復(fù)步驟一至步驟三，并將信號(hào)轉(zhuǎn) 換器輸出值代入步驟四得到的標(biāo)準(zhǔn)方程進(jìn)行計(jì)算，即可實(shí)時(shí)顯示此次測(cè)量樣品中主成分含 量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種乳液主成份含量測(cè)量方法，其特征在于：所述步驟一具 體指： 步驟I. 1 :采用近紅外LED作為信號(hào)源模塊，光信號(hào)通過自聚焦光纖耦合進(jìn)入W型光纖 中，并分成光強(qiáng)相同的兩路從光纖探頭出射； 步驟1. 2 :出射的兩路光分別通過自聚焦光纖匯聚并垂直照射在乳液樣品表面和蒸餾 水表面，照射入乳液樣品的光經(jīng)過乳液漫散射后，攜帶了乳液樣品的成分含量信息；照射入 蒸餾水的光經(jīng)過鏡面反射后，攜帶了蒸餾水液體鏡面反射光強(qiáng)的信息，兩路反射后的光信 號(hào)再次經(jīng)自聚焦光纖耦合進(jìn)入W型光纖中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種乳液主成份含量測(cè)量方法，其特征在于：所述步驟三具 體指： 步驟3. 1 :采用兩個(gè)前置放大模塊將乳液樣品和蒸餾水兩路光電流信號(hào)分別放大并轉(zhuǎn) 換成電壓信號(hào)； 步驟3. 2 :通過二級(jí)去溫漂放大模塊對(duì)乳液樣品信號(hào)和蒸餾水信號(hào)進(jìn)行差分放大并輸 送到信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種乳液主成份含量測(cè)量方法，其特征在于：所述步驟四具 體指： 步驟4. 1 :配置不同的已知主成分濃度的乳液樣品，按照步驟一至步驟三的測(cè)量步驟， 對(duì)于各個(gè)濃度的乳液樣品，依次記錄對(duì)應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊輸出值； 步驟4. 2 :采用BaSO4作為乳液樣品的參照白板，再按照按照步驟一至步驟三的測(cè)量步 驟，記錄對(duì)應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊輸出值； 步驟4. 3 :對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，并建立回歸方程，將標(biāo)準(zhǔn)方程載入信號(hào)處理模塊 數(shù)據(jù)處理流程中。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種乳液主成份含量測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，使用了近紅外LED和相匹配的光電二極管作為光電傳感器的輸入輸出信號(hào)源，使用W型光纖作為非功能型傳感器，通過可升降載物臺(tái)調(diào)節(jié)光纖探頭與樣品間的距離，并使用恒溫裝置保持樣品的溫度恒定；測(cè)量方法采用線性回歸分析法處理測(cè)量數(shù)據(jù)，并增加一路參考信號(hào)用來消除溫漂等外界對(duì)系統(tǒng)測(cè)量穩(wěn)定性的影響。測(cè)量系統(tǒng)不僅集成度高、消耗樣品數(shù)量少，而且是一種無損測(cè)量方法；測(cè)量方法還實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示，非常適用于乳液主成份含量的測(cè)量分析。
【IPC分類】G01N21-49
【公開號(hào)】CN104730035
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510100593
【發(fā)明人】朱星玥, 趙志敏, 俞曉磊, 錢坤
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日