一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端分為漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端和透射式液態(tài)物質(zhì)檢測智能終端，前者包括紫外?可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電路、外殼、進(jìn)樣口和APP；后者包括紫外?可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電路、外殼、進(jìn)樣池、采樣皿和APP；紫外?可見/紅外無損檢測光譜儀包括光源、傳感器、電路系統(tǒng)；存儲(chǔ)電路是E2PROM存儲(chǔ)電路；APP是痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的應(yīng)用軟件。本發(fā)明的痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端可用于食品安全檢測，其成本低廉，便于推廣，體積較小，易于攜帶，還可用于環(huán)境監(jiān)控和日用化工產(chǎn)品的檢測，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于食品檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種檢測特定目標(biāo)物質(zhì)的智能終端和用 途，特別是涉及由紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電路、按鍵和 筆式外殼構(gòu)成，用于痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測的智能終端。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國食品安全和食品質(zhì)量方面的問題日益突出。首先，隨著農(nóng)藥和化肥的 大量不合理使用，食品中殘留農(nóng)藥化肥對人體健康造成的危害不斷加劇;其次，在食品生產(chǎn) 環(huán)節(jié)中添加的各種化學(xué)物質(zhì)致畸、致癌的重大食品安全事故屢有發(fā)生，如三聚氰胺嬰兒致 畸事故、吊白塊、蘇丹紅、亞硝酸鹽及地溝油致癌事故等。再次，由于環(huán)境污染等因素，我國 食品中重金屬等有毒有害物質(zhì)超標(biāo)也成為人民健康的重要威脅;最后，食品長期保存過程 中產(chǎn)生的亞硝酸鹽可能會(huì)誘發(fā)亞硝酸鹽中毒，如何檢測食品中的亞硝酸鹽含量成為日常生 活中食品安全的又一重大問題。隨著全社會(huì)對食品安全的日益關(guān)注，世界各國政府都不斷 制定日益要求嚴(yán)格的食品有毒化學(xué)物質(zhì)限量標(biāo)準(zhǔn)，并對食品的安全檢測技術(shù)提出了更高的 要求。但是目前食品安全抽檢的樣品量少，難以反應(yīng)市場的整體產(chǎn)品質(zhì)量。另一方面，隨著 人民生活水平的日益提高，消費(fèi)者對食品的營養(yǎng)成分也提出了更高的需求。而目前在市場 和家庭環(huán)境中，仍然是通過顏色、形狀和氣味等主觀的方式來判斷食品品質(zhì)，尚無科學(xué)的、 定量的方法能夠?qū)崿F(xiàn)食品品質(zhì)的日常無損檢測。面對上述食品安全和食品品質(zhì)檢測的需 要，我們基于光譜檢測技術(shù)設(shè)計(jì)了一種方便快捷且能夠隨時(shí)進(jìn)行檢測和結(jié)果上傳的無損檢 測智能終端，以滿足食品生產(chǎn)者、消費(fèi)者和監(jiān)察人員隨時(shí)對食品的品質(zhì)和安全性進(jìn)行全面 檢測的使用需求以及國家對全國食品質(zhì)量的監(jiān)控需求。
[0003] 目前，經(jīng)典的微量物質(zhì)測試方法有氣相色譜法(GC)、高效液相色譜法(HPLC)、氣_ 質(zhì)聯(lián)用法(GC-MS)、液-質(zhì)聯(lián)用法(LC-MS)等，現(xiàn)已發(fā)展的十分成熟，是食品有毒化學(xué)物質(zhì)測 定最常用的手段。上述方法具有適應(yīng)范圍廣、分離效能高、靈敏度高、重復(fù)性好、選擇性高、 可同時(shí)進(jìn)行多殘留分析且定性定量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。然而，上述方法也存在樣品前處理過程繁 瑣、具有破壞性、消耗試劑、耗時(shí)長、成本高等缺點(diǎn)。而且所需儀器大都昂貴且龐大、笨重，只 能在室內(nèi)進(jìn)行抽樣檢測，無法走入普通家庭進(jìn)行日常的現(xiàn)場快速檢測 [1]。
[0004] 針對上述問題，科學(xué)家開發(fā)了一系列的有毒有害物質(zhì)現(xiàn)場快速篩查新方法，如酶 抑制法、酶聯(lián)免疫法、生物傳感器法、光譜分析法等。在這些方法中，酶試劑易失活導(dǎo)致反應(yīng) 不穩(wěn)定，檢測結(jié)果誤差較大，重復(fù)性差，實(shí)際應(yīng)用中的確認(rèn)率相對較低;而酶聯(lián)免疫法具有 僅能完成單一測試，抗原提取不易，試劑盒成本高等缺陷；生物傳感器技術(shù)還處在起步階 段，存在穩(wěn)定性差、使用壽命短等問題。相比之下，由于近中紅外光譜法具備測試中不破壞 樣品，定性與定量分析可同時(shí)兼顧，能夠?qū)崿F(xiàn)多組分同時(shí)測量，易于在線分析等優(yōu)點(diǎn)，故而 具備成為一種有效的食品消費(fèi)者和市場檢查部門進(jìn)行產(chǎn)品消費(fèi)前檢查和大量產(chǎn)品篩查的 潛在有效方案。同時(shí)，該種方法也可用于食品含糖量等指標(biāo)的檢測，從而有效檢測食品的質(zhì) 量。
[0005] 目前國內(nèi)基于近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行食品質(zhì)量的檢測仍處于起步階段。專利授權(quán)公 布號(hào)為CN204044065的實(shí)用新型專利和申請公布號(hào)為CN104865194的發(fā)明專利公開了兩種 基于近紅外光譜的農(nóng)藥殘留檢測裝置，共同特點(diǎn)為采用箱體結(jié)構(gòu)，寬光譜光源和光譜儀進(jìn) 行測量。上述這兩個(gè)專利不同之處在于光學(xué)傳輸部分，專利CN204044065采用光纖傳輸照射 光和反射光，從而可以任意設(shè)定測量位置；而專利CN104865194采用升降臺(tái)調(diào)整被照射位 置。這兩個(gè)專利均存在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，不易攜帶的問題。同時(shí)，這兩個(gè)專利均只考慮 了農(nóng)藥殘留的測定，并不能測定食品品質(zhì)。授權(quán)號(hào)為CN203241151的實(shí)用新型專利介紹了一 種用于甜葉菊甜度測定的紅外光譜儀，但該裝置需采用CCD和積分球進(jìn)行信號(hào)的積分放大 和分析，成本也相對較高，且都不能解決前文所述的實(shí)際問題。
[0006] 為了滿足消費(fèi)者對食品品質(zhì)和安全性進(jìn)行隨時(shí)測量的需求，解決食品生產(chǎn)者和質(zhì) 量監(jiān)督部門無法進(jìn)行大量產(chǎn)品篩查的實(shí)際問題，本專利提供了一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測 的智能終端，其成本低廉，便于推廣，體積較小，便于攜帶，適宜于食品生產(chǎn)者、消費(fèi)者和監(jiān) 察人員隨時(shí)對食品品質(zhì)和安全性進(jìn)行全面檢測。此外，智能終端具備藍(lán)牙通訊功能，產(chǎn)品易 于升級(jí)，可隨著消費(fèi)者對食品安全的實(shí)際需求隨時(shí)升級(jí)并具備檢測新污染物的能力，具有 產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的潛力。
[0007] 參考文獻(xiàn)
[0008] [1]李曉婷，王紀(jì)華，朱大洲，等.果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測方法研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工 程學(xué)報(bào)，2011，27(S2) :363-370·

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終 端。
[0010] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端作為食品質(zhì)量 檢測設(shè)備的用途。
[0011] 本發(fā)明的目的主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0012] 本發(fā)明的一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端為漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終 端或透射式液態(tài)物質(zhì)檢測智能終端。其中，漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端包括紫外-可 見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電路、外殼、進(jìn)樣口和APP;透射式液態(tài) 物質(zhì)檢測智能終端包括紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電路、 外殼、進(jìn)樣池、采樣皿和APP。
[0013] 所述的紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀，其特征是包括光源、傳感器、電路系統(tǒng)。 所述的光源為LED陣列光源，所述的傳感器為光電傳感器或CCD陣列傳感器，所述的電路系 統(tǒng)包括單片機(jī)控制電路和數(shù)據(jù)采集電路，所述的單片機(jī)控制電路為基于nRF51822芯片的單 片機(jī)控制電路，包括通用I/O接口（GPI0)、I2C通訊接口、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、藍(lán)牙模塊， 所述的數(shù)據(jù)采集電路包括功放電路、信號(hào)放大和濾波電路、數(shù)據(jù)傳輸電路或接口電路中的 至少一種。
[0014] 所述的報(bào)警電路，其特征是包括1個(gè)紅色LED指示燈、1個(gè)綠色LED指示燈及5個(gè)顏色 從綠色漸變至紅色的LED指示燈。
[0015] 所述的存儲(chǔ)電路，其特征是基于24C08存儲(chǔ)器的E2PR0M存儲(chǔ)電路。
[0016]所述的電源電路，其特征是包括鋰電池、基于HB6266芯片的充電保護(hù)和升壓電路、 USB數(shù)據(jù)線。
[0017]所述的外殼，其特征是帶有貼膜按鍵的黑色筆式外殼。
[0018] 所述的APP，其特征是痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的應(yīng)用軟件。
[0019] 本發(fā)明的一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端在食品質(zhì)量檢測中的應(yīng)用。
[0020] 本發(fā)明的一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端以LED陣列光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)光譜儀的 復(fù)色光光源和復(fù)雜分光光路，使光譜儀結(jié)構(gòu)得到簡化。智能終端成本低廉，便于推廣，體積 較小，易于攜帶，除了食品安全檢測外，還可用于環(huán)境監(jiān)控和日用化工產(chǎn)品的檢測，具有廣 闊的應(yīng)用前景。智能終端采集的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)的反映特定地域特定食品的安全情況，對政 府的食品安全監(jiān)控具有較高的價(jià)值，如果采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)構(gòu)建食品安全和營養(yǎng)模型，可以 實(shí)現(xiàn)隨著季節(jié)、時(shí)令和地域智能扣除食品特征光譜背景，增加測量的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的結(jié)構(gòu)和外觀示意圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的結(jié)構(gòu)和外觀示意圖。
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1-3的痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的工作流程圖。
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1-3的痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。 [0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1-3的痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的APP工作流程圖。
[0026] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例3的痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端測定氧化樂果的反射吸 收曲線。
[0027] 附圖標(biāo)記：1外殼2檢測口 3光源4光電傳感器5信號(hào)放大和濾波電路6單片機(jī) 控制電路7數(shù)據(jù)傳輸電路8功放電路9電源
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其目的僅在于更好的理解本發(fā)明的內(nèi)容 而非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍：
[0029] 實(shí)施例1漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端
[0030] 本發(fā)明將光譜檢測技術(shù)與數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)相結(jié)合，制成一種痕量化學(xué)物質(zhì) 無損檢測智能終端，其包括紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電 路、外殼、進(jìn)樣口和APP。
[0031] 紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀包括光源、傳感器、電路系統(tǒng)。光源為LED陣列光 源，傳感器為光電傳感器，電路系統(tǒng)包括單片機(jī)控制電路和數(shù)據(jù)采集電路，單片機(jī)控制電路 為基于nRF51822芯片的單片機(jī)控制電路，包括通用I/O接口（GPI0)、I2C通訊接口、模擬數(shù)字 轉(zhuǎn)換器(ADC)、藍(lán)牙模塊。數(shù)據(jù)采集電路包括功放電路、信號(hào)放大和濾波電路、數(shù)據(jù)傳輸電 路。
[0032] 報(bào)警電路包括1個(gè)紅色LED指示燈、1個(gè)綠色LED指示燈及5個(gè)顏色從綠色漸變至紅 色的LED指示燈。
[0033] 存儲(chǔ)電路為基于24C08存儲(chǔ)器的E2PR0M存儲(chǔ)電路。
[0034] 電源電路包括鋰電池、基于HB6266芯片的充電保護(hù)和升壓電路、USB數(shù)據(jù)線。
[0035] 外殼為帶有貼膜按鍵的黑色筆式外殼。
[0036] APP為痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的應(yīng)用軟件。
[0037] 單片機(jī)控制電路通過藍(lán)牙模塊和APP進(jìn)行交互，通過APP控制12C通訊接口實(shí)現(xiàn)測 定結(jié)果的上傳和痕量化學(xué)物質(zhì)光譜數(shù)據(jù)的下載，并保存于存儲(chǔ)電路。當(dāng)收到APP的控制指令 或按下外部按鍵，單片機(jī)控制電路通過GPI0接口控制LED陣列光源按波長順序依次發(fā)光，通 過ADC讀取傳感器和電路系統(tǒng)測得的食品表面的漫反射功率值，繪制漫反射率-波長曲線。 單片機(jī)控制電路通過APP調(diào)出存儲(chǔ)電路中相應(yīng)食品的痕量化學(xué)物質(zhì)的漫反射率數(shù)據(jù)，利用 多波長采樣線性回歸算法判斷食品表面是否含有目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)以及目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的含量， 如果食品中存在目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)，單片機(jī)控制電路將通過GPI0接口控制報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。
[0038] 報(bào)警電路的紅色LED指示燈和綠色LED指示燈用于警示是否含有目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)，5 個(gè)顏色從綠色漸變至紅色的LED指示燈用于標(biāo)示目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的含量，它們同時(shí)點(diǎn)亮提示 目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的含量超出國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。
[0039] 電源電路用于紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路和存儲(chǔ)電路的供電，USB 數(shù)據(jù)線用于為鋰電池充電。
[0040] 外殼的貼膜按鍵用于指示痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端對常見食品中的化學(xué) 物質(zhì)和營養(yǎng)成分進(jìn)行檢測，如農(nóng)藥殘留、重金屬殘留、糖含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、亞硝 酸鹽含量等。紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀和進(jìn)樣口安裝在外殼末端，進(jìn)樣口位于光源 照射中心點(diǎn)，光源、照射中心點(diǎn)和傳感器位于同一平面上，光源的出光光路、傳感器的探測 通路和照射中心點(diǎn)的法線之間的角度相等，確保反射光線最大限度的進(jìn)入傳感器。
[0041 ] -種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端采用獨(dú)立測量分析數(shù)據(jù)模式，適合在沒有手 機(jī)或電磁環(huán)境較復(fù)雜，藍(lán)牙模塊無法使用的情況下工作，該模式僅能測量少量的幾種目標(biāo) 化學(xué)物質(zhì)，適用于家庭環(huán)境中常見食品有毒化學(xué)物質(zhì)或營養(yǎng)成分檢測。
[0042 ]實(shí)施例2透射式液態(tài)物質(zhì)檢測智能終端
[0043] 本發(fā)明將光譜檢測技術(shù)與數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)相結(jié)合，制成一種痕量化學(xué)物質(zhì) 無損檢測智能終端，其包括紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電 路、外殼、進(jìn)樣池、采樣皿和APP。
[0044] 紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀包括光源、傳感器、電路系統(tǒng)。光源為LED陣列光 源，傳感器為CCD陣列傳感器，電路系統(tǒng)包括單片機(jī)控制電路和數(shù)據(jù)采集電路，單片機(jī)控制 電路為基于nRF51822芯片的單片機(jī)控制電路，包括通用I/O接口（GPI0)、I2C通訊接口、模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、藍(lán)牙模塊，數(shù)據(jù)采集電路為接口電路。
[0045] 報(bào)警電路包括1個(gè)紅色LED指示燈、1個(gè)綠色LED指示燈及5個(gè)顏色從綠色漸變至紅 色的LED指示燈。
[0046] 存儲(chǔ)電路為基于24C08存儲(chǔ)器的E2PR0M存儲(chǔ)電路。
[0047] 電源電路包括鋰電池、基于HB6266芯片的充電保護(hù)和升壓電路、USB數(shù)據(jù)線。
[0048] 外殼為帶有貼膜按鍵的黑色筆式外殼。
[0049] APP為痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的應(yīng)用軟件。
[0050] 單片機(jī)控制電路通過藍(lán)牙模塊和APP進(jìn)行交互，通過APP控制12C通訊接口實(shí)現(xiàn)測 定結(jié)果的上傳和痕量化學(xué)物質(zhì)光譜數(shù)據(jù)的下載，并保存于存儲(chǔ)電路。當(dāng)收到APP的控制指令 或按下外部按鍵，單片機(jī)控制電路通過GPI0接口控制LED陣列光源按波長順序依次發(fā)光，通 過ADC讀取傳感器和電路系統(tǒng)測得的痕量化學(xué)物質(zhì)的透射功率值，繪制透射率-波長曲線。 單片機(jī)控制電路通過APP和手機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙通訊，將痕量化學(xué)物質(zhì)的透射率數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)， 利用手機(jī)客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果再由手機(jī)發(fā)送至單片機(jī)控制電路，如果食品中存 在目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)，單片機(jī)控制電路將通過GPIO接口控制報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。
[0051] 報(bào)警電路的紅色LED指示燈和綠色LED指示燈用于警示是否含有目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)，5 個(gè)顏色從綠色漸變至紅色的LED指示燈用于標(biāo)示目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的含量，它們同時(shí)點(diǎn)亮，提示 目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的含量超出國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。
[0052] 電源電路用于紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路和存儲(chǔ)電路的供電，USB 數(shù)據(jù)線用于為鋰電池充電。
[0053]外殼的貼膜按鍵用于指示痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端對常見食品中的化學(xué) 物質(zhì)或營養(yǎng)成分進(jìn)行檢測，如農(nóng)藥殘留、重金屬殘留、糖含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、亞硝 酸鹽含量等。微型紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、進(jìn)樣池和采樣皿安裝在外殼末端。進(jìn)樣 池為矩形方孔，光源和傳感器分別位于進(jìn)樣池的頂端和底部，呈直線排列。采樣皿為耗材， 形狀為立方體，大小恰好可插入進(jìn)樣池內(nèi)。采樣皿的上表面有兩個(gè)帶塞圓孔，可通過配套的 注射器進(jìn)行注入樣品和取出清洗，側(cè)面有一圓環(huán)，盛取待測液體樣品后，可將采樣皿插入進(jìn) 樣池進(jìn)行檢測，檢測完成后，可通過圓環(huán)將采樣皿從進(jìn)樣池中取出。
[0054] 一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端采用智能終端和手機(jī)通過APP共同測量和分 析數(shù)據(jù)模式，適合在攜帶手機(jī)而無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不佳的環(huán)境中使用，可將測量數(shù)據(jù)與食品特 征光譜背景信息和對應(yīng)物質(zhì)模型濃度表進(jìn)行比對，以確定食品中營養(yǎng)成分的含量和是否含 有有毒有害化學(xué)物質(zhì)，該模式能夠進(jìn)行多種目標(biāo)物質(zhì)的分析測量，實(shí)時(shí)性和手機(jī)性能相關(guān)。
[0055] 實(shí)施例3漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端
[0056] 本發(fā)明將光譜檢測技術(shù)與數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)相結(jié)合，制成一種痕量化學(xué)物質(zhì) 無損檢測智能終端，其包括紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電 路、外殼、進(jìn)樣口和APP。
[0057] 紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀包括光源、傳感器、電路系統(tǒng)。光源為LED陣列光 源，傳感器為CCD陣列傳感器，電路系統(tǒng)包括單片機(jī)控制電路和數(shù)據(jù)采集電路，單片機(jī)控制 電路為基于nRF51822芯片的單片機(jī)控制電路，包括通用I/O接口（GPI0)、I2C通訊接口、模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、藍(lán)牙模塊。數(shù)據(jù)采集電路為接口電路。
[0058] 報(bào)警電路包括1個(gè)紅色LED指示燈、1個(gè)綠色LED指示燈及5個(gè)顏色從綠色漸變至紅 色的LED指示燈。
[0059] 存儲(chǔ)電路為基于24C08存儲(chǔ)器的E2PR0M存儲(chǔ)電路。
[0060] 電源電路包括鋰電池、基于HB6266芯片的充電保護(hù)和升壓電路、USB數(shù)據(jù)線。
[0061 ]外殼為帶有貼膜按鍵的黑色筆式外殼。
[0062] APP為痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的應(yīng)用軟件。
[0063] 單片機(jī)控制電路通過藍(lán)牙模塊和APP進(jìn)行交互，通過APP控制12C通訊接口實(shí)現(xiàn)測 定結(jié)果的上傳和痕量化學(xué)物質(zhì)光譜數(shù)據(jù)的下載，并保存于存儲(chǔ)電路。當(dāng)收到APP的控制指令 或按下外部按鍵，單片機(jī)控制電路通過GPI0接口控制LED陣列光源按波長順序依次發(fā)光，通 過ADC讀取傳感器和電路系統(tǒng)測得的食品表面的漫反射功率值，繪制漫反射率-波長曲線。 單片機(jī)控制電路通過APP與手機(jī)和服務(wù)器進(jìn)行藍(lán)牙通訊，首先將痕量化學(xué)物質(zhì)的漫反射率 數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)，然后手機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)一步發(fā)送至指定服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果由服 務(wù)器先發(fā)送至手機(jī)，再發(fā)送至單片機(jī)控制電路，如果食品中存在目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)，單片機(jī)控制 電路將通過GPIO接口控制報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。
[0064] 報(bào)警電路的紅色LED指示燈和綠色LED指示燈用于警示是否含有目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)，5 個(gè)顏色從綠色漸變至紅色的LED指示燈用于標(biāo)示目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的含量，它們同時(shí)點(diǎn)亮提示 目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的含量超出國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。
[0065] 電源電路用于紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路和存儲(chǔ)電路的供電，USB 數(shù)據(jù)線用于為鋰電池充電。
[0066] 外殼的貼膜按鍵用于指示痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端對常見食品中的化學(xué) 物質(zhì)和營養(yǎng)成分進(jìn)行檢測，如農(nóng)藥殘留、重金屬殘留、糖含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、亞硝 酸鹽含量等。紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀和進(jìn)樣口安裝在外殼末端，進(jìn)樣口位于光源 照射中心點(diǎn)，光源、照射中心點(diǎn)和傳感器位于同一平面上，光源的出光光路、傳感器的探測 通路和照射中心點(diǎn)的法線之間的角度相等，確保反射光線最大限度的進(jìn)入傳感器。
[0067] -種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端采用智能終端、手機(jī)和服務(wù)器協(xié)同測量、上 傳和分析數(shù)據(jù)的工作模式，適合在3G/4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用，由于單次檢測數(shù)據(jù)長度在100字 節(jié)以內(nèi)，因此1M流量即可實(shí)現(xiàn)2000次以上的檢測，且數(shù)據(jù)收發(fā)速度可滿足檢測的實(shí)時(shí)性要 求，該模式在滿足用戶對食品安全和食品營養(yǎng)成分進(jìn)行檢測的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)食品安全和食 品品質(zhì)的大數(shù)據(jù)監(jiān)控。
[0068] 手機(jī)可通過APP從專用的存儲(chǔ)于指定服務(wù)器的食品安全數(shù)據(jù)庫中下載實(shí)時(shí)的食品 特征光譜背景信息，對應(yīng)物質(zhì)模型濃度表和本地新發(fā)有毒有害物質(zhì)及當(dāng)前食品質(zhì)量通告。 此外，APP還可以發(fā)布食品相關(guān)的廣告以及向指定服務(wù)器上傳當(dāng)前測量結(jié)果。
[0069] 服務(wù)器根據(jù)手機(jī)上傳數(shù)據(jù)的定位區(qū)域、檢測食品種類、檢測時(shí)間將食品安全和檢 測數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。利用指定區(qū)域在特定時(shí)間段內(nèi)的某種食品的大量智能 終端檢測數(shù)據(jù)，利用特征提取、統(tǒng)計(jì)分析和曲線擬合技術(shù)，構(gòu)建食品營養(yǎng)成分全光譜模型。 利用模型，可以生成食品特征光譜背景信息。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫管理者采用痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢 測智能終端還可構(gòu)建不同濃度的常見有毒有害化學(xué)物質(zhì)殘留模型，生成對應(yīng)物質(zhì)模型濃度 表。當(dāng)用戶手機(jī)上傳數(shù)據(jù)和指定食品營養(yǎng)成分全光譜模型比對出現(xiàn)異常時(shí)，即認(rèn)為可能存 在有毒有害化學(xué)物質(zhì)。此時(shí)即可和指定常見有毒有害化學(xué)物質(zhì)殘留模型進(jìn)行比對，以確定 有毒有害化學(xué)物質(zhì)種類。同時(shí)，服務(wù)器還可通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)將食品特征光譜背景扣除信息和 對應(yīng)物質(zhì)模型濃度表發(fā)送至手機(jī)中，以實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。
[0070] 實(shí)施例4水果農(nóng)藥殘留和品質(zhì)的同時(shí)確定
[0071] 以蘋果檢測為例，我國蘋果農(nóng)藥殘留的主要種類為有機(jī)磷類農(nóng)藥和擬除蟲菊酯類 農(nóng)藥，可利用本發(fā)明實(shí)施例3的漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端接觸果皮進(jìn)行檢測。如針對 氧化樂果農(nóng)藥，采用漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端檢測農(nóng)藥反射曲線見圖6。表1為不同 濃度氧化樂果農(nóng)藥反射衰減情況。在3G/4G網(wǎng)絡(luò)較差的環(huán)境下，檢測數(shù)據(jù)被發(fā)送至手機(jī)APP; 由手機(jī)APP調(diào)用從服務(wù)器上下載的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過如線性回歸等算法來綜合分析被測蘋果 是否存在農(nóng)藥或其他有害物質(zhì)殘留，并分析其營養(yǎng)成分如何。結(jié)果將顯示在手機(jī)APP和漫反 射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端上。在3G/4G網(wǎng)絡(luò)較好的環(huán)境下，檢測數(shù)據(jù)將發(fā)送至指定服務(wù) 器，大量的檢測數(shù)據(jù)將被用來構(gòu)建蘋果的全營養(yǎng)成分全光譜模型。在服務(wù)器上通過實(shí)時(shí)比 對蘋果的全營養(yǎng)成分全光譜模型和所發(fā)送的檢測結(jié)果，分析當(dāng)前所測蘋果的營養(yǎng)成分。如 果有異常光譜吸收峰存在，則通過調(diào)用不同種類農(nóng)藥的吸收譜來判斷農(nóng)藥種類，當(dāng)判斷為 氧化樂果時(shí)，再通過算法判斷農(nóng)藥殘留濃度，其結(jié)果將由手機(jī)APP中轉(zhuǎn)后發(fā)送至漫反射式固 態(tài)物質(zhì)檢測智能終端，通過對應(yīng)安全或警示LED閃爍和蜂鳴器鳴響的方式向使用者報(bào)告有 無農(nóng)藥殘留。如存在農(nóng)藥殘留，將通過LED組燈顯示殘留量。手機(jī)APP也會(huì)同步顯示測量濃度 等相關(guān)參數(shù)。服務(wù)器會(huì)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)檢測結(jié)果，如某區(qū)域檢出氧化樂果殘留次數(shù)過于頻繁，則月艮 務(wù)器會(huì)向該地區(qū)全部智能終端的手機(jī)APP軟件中發(fā)送檢出警告，以避免惡性食物中毒事件 的發(fā)生。
[0072]表1不同濃度氧化樂果的反射吸收率
[0074] 實(shí)施例5突發(fā)食品安全問題與新食品污染物防治
[0075] 以食品中重金屬污染物含量超標(biāo)為例，由于工礦企業(yè)對重金屬污染物管控不當(dāng)造 成的突發(fā)的水源和農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染物含量超標(biāo)是引發(fā)食品安全重大事故的危險(xiǎn)因素之 一。使用實(shí)施例3的漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端上傳數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)食品的快速篩查，篩 查的全光譜數(shù)據(jù)將上傳至服務(wù)器并和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。如果出現(xiàn)服務(wù)器中沒有的新的反 射譜的特征峰值，食品安全監(jiān)察人員即可將出現(xiàn)問題的食品交由當(dāng)?shù)厥称钒踩O(jiān)督部門進(jìn) 行精確的檢測。如果檢測出重金屬污染物(或是其他新污染物)的超標(biāo)，即可通過APP向當(dāng)?shù)?全部用戶發(fā)出預(yù)警信息。漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端可同步更新其檢測算法，從而實(shí) 現(xiàn)有針對性的升級(jí)產(chǎn)品，使得智能終端進(jìn)行個(gè)性化升級(jí)并具備檢驗(yàn)新的重金屬污染物的功 能。通過這種方式，即可在消費(fèi)前防止食品安全重大事故的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)重金屬污染物可防可 控。
[0076] 實(shí)施例6痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的自我升級(jí)
[0077]每個(gè)痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端都有一個(gè)自己的專屬ID，服務(wù)器會(huì)記錄該ID 的歷史檢測活動(dòng)，從而分析該ID的檢測行為，并按其檢測行為進(jìn)行痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測 智能終端的個(gè)性化升級(jí)。如針對牛奶檢測，當(dāng)服務(wù)器發(fā)現(xiàn)痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端 的檢測結(jié)果絕大多數(shù)是針對牛奶時(shí)，即會(huì)向智能終端發(fā)送不同奶源的特征數(shù)據(jù)庫和有害物 質(zhì)特征數(shù)據(jù)庫并實(shí)時(shí)更新，以確保在3G/4G網(wǎng)絡(luò)較差的環(huán)境下牛奶檢測快速有效，達(dá)到服務(wù) 器同步檢測標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，服務(wù)器可根據(jù)歷史檢測結(jié)果篩選出牛奶質(zhì)量較好的企業(yè)和牛奶檢 測頻率，對牛奶有明顯需求的家庭用戶，將之歸類到一個(gè)整體中并在手機(jī)APP上顯示，作為 第三方平臺(tái)滿足企業(yè)用戶和家庭用戶的交易需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端，其特征是包括漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終 端和透射式液態(tài)物質(zhì)檢測智能終端;漫反射式固態(tài)物質(zhì)檢測智能終端包括紫外-可見/紅外 無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電路、外殼、進(jìn)樣口和APP;透射式液態(tài)物質(zhì)檢測 智能終端包括紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀、報(bào)警電路、電源電路、存儲(chǔ)電路、外殼、進(jìn)樣 池、采樣皿和APP;所述的紫外-可見/紅外無損檢測光譜儀，其特征是包括光源、傳感器、電 路系統(tǒng);所述的報(bào)警電路，其特征是包括1個(gè)紅色LED指示燈、1個(gè)綠色LED指示燈及5個(gè)顏色 從綠色漸變至紅色的LED指示燈;所述的存儲(chǔ)電路，其特征是基于24C08存儲(chǔ)器的E 2PROM存 儲(chǔ)電路;所述的電源電路，其特征是包括鋰電池、基于HB6266芯片的充電保護(hù)和升壓電路、 USB數(shù)據(jù)線;所述的外殼，其特征是帶有貼膜按鍵的黑色筆式外殼;所述的APP，其特征是痕 量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端的應(yīng)用軟件。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端，其特征是所述的光源 為LED陣列光源，所述的傳感器為光電傳感器或CCD陣列傳感器，所述的電路系統(tǒng)包括單片 機(jī)控制電路和數(shù)據(jù)采集電路，所述的單片機(jī)控制電路為基于nRF51822芯片的單片機(jī)控制電 路，包括通用I/O接口（GPI0)、I2C通訊接口、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、藍(lán)牙模塊，所述的數(shù)據(jù) 采集電路包括功放電路、信號(hào)放大和濾波電路、數(shù)據(jù)傳輸電路或接口電路中的至少一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種痕量化學(xué)物質(zhì)無損檢測智能終端在食品質(zhì)量檢測中的應(yīng) 用。
【文檔編號(hào)】G01N21/27GK106092917SQ201610380131
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】劉天軍, 董曉曦, 洪閣
【申請人】劉天軍