CN102692397B - 便携式光纤spr食品安全检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式光纤表面等离子体共振SPR食品安全检测仪，包括设置于一空腔结构的机箱内侧的光纤SPR传感器，用于接收并处理光纤SPR传感器发送的检测信号的信号处理系统，以及用于对光纤SPR传感器和信号处理系统提供直流电的直流电源管理系统。其中，光纤SPR传感器的探头通过穿透机箱的探测孔延伸到机箱外侧，用于探入待测样品溶液进行检测，并获取待测样品溶液的检测信号。本发明通过上述结构既保留了光纤SPR传感技术的特点，同时又使各个部件设置紧凑，避免了目前SPR检测仪结构庞大、集成度低、仅能使用交流电供电的缺点，实现了食品安全检测仪集成化和便携易用的目的，增强了食品安全检测的现场检测可操作性。

Description

便携式光纤SPR食品安全检测仪

技术领域

本发明涉及食品安全检测领域，更具体的说，是涉及一种便携式光纤SPR食品安全检测仪。

背景技术

食品安全一直以来都是一项大家都关注的、关系国计民生的话题。在当前的食品安全检测领域，SPR(surface plasmons resonance，表面等离子体共)技术是一种新型的检测技术。

该SPR是金属表面自由电子同入射光光子互相耦合形成的局域电磁模式。当金属表面的自由电子在入射光场的激励下，与入射光的光子集体振荡，在金属表面产生了表面等离子体波。现有技术中，利用具有SPR功能的SPR传感器进行食品安全的检测。

其检测原理为：先在传感器金膜表面固定一层与待检物质分子有亲和力的生化敏感层，然后将待测样品溶液流过传感器金膜表面，若样品中有能够与传感器探头金膜表面的生化敏感层相互作用的分子，会引起金膜表面折射率变化，最终导致SPR角变化(使反射光在一定角度内完全消失的入射角称为SPR角)。通过检测SPR角度变化，获得样品溶液的折射率和待检物质的浓度等信息，由此，依据获取到的待测样品溶液的相关信息判断该待检物质是否符合检测标准。

在该SPR传感器中采用的光波导耦合器件为镀有金膜，可产生全内反射衰减的棱镜，它是产生表面等离子体共振的重要场所。但是，该棱镜体积大，结构复杂而庞大，操作不够灵活，需要使用流通池作为传感介质，对应用环境要求较高，稍有不慎便会影响检测结果。

因此，为尽量减少棱镜对检测结果的影响，当前人们将光纤和SPR原理结合在一起形成光纤SPR传感器。采用光纤，使被测空间缩小到光纤直径尺寸的数量级，可实现对长距离的实时检测，同时还可以为做成传感器阵列、光学集成提供了有利条件，能够克服传统SPR传感器信号易受机械结构、光源波动、温度变化等外界因素影响的缺点。

但是，目前研究和开发的光纤SPR传感系统均是实验室应用级的，价格昂贵。在进行食品检测的过程中，由于传感系统部件体积大、安置松散，且均需要使用220V交流电供电，并利用个人计算机进行数据分析和处理，导致不便携，不易进行现场食品安全检测的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种便携式光纤SPR食品安全检测仪，以克服现有技术中的光纤SPR传感器的传感系统由于部件体积大、安置松散且需使用交流电以及个人计算机进行数据分析和处理，从而导致不便携，不易进行现场食品安全检测的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种便携式光纤表面等离子体共振SPR食品安全检测仪，包括：

一空腔结构的机箱；

设置于所述机箱内侧的光纤SPR传感器，所述光纤SPR传感器的光纤SPR传感器探头通过穿透所述机箱的探测孔延伸到所述机箱的外侧，用于探入待测的样品溶液进行检测，并获取对应所述样品溶液的检测信号；

设置于所述机箱内侧，与所述光纤SPR传感器连接，用于接收所述光纤SPR传感器转换所述检测信号后得到的代入温度补偿后的SPR光谱，并对所述SPR光谱进行处理，将得到的检测结果进行显示的信号处理系统；

设置于所述机箱内侧，用于对所述光纤SPR传感器和所述信号处理系统提供直流电的直流电源管理系统。

优选地，所述光纤SPR传感器包括：

设置于所述机箱内侧插槽上，通过连接器与所述光纤SPR传感器探头连接的Y型光纤耦合器；

设置于所述机箱内侧，分别与所述Y型光纤耦合器连接的光源、光纤光谱仪；

所述光源包括卤钨灯光源；

所述光纤光谱仪用于接收通过所述Y型光纤耦合器传输的所述光纤SPR传感器探头检测到的所述样品溶液的检测信号，并代入到预设的温度校准模型得到温度补偿后的SPR光谱并输出给所述信号处理系统。

优选地，所述光纤SPR传感器探头包括：由内到外分别为纤芯、包层和涂覆层的多模光纤，以及设置于所述多模光纤外围的带孔金属保护罩；

所述多模光纤的连接端通过连接器与所述光纤SPR传感器的Y型光纤耦合器连接，所述Y型光纤耦合器设置于所述机箱内侧插槽上；

所述多模光纤沿所述连接端向外分为四个部分，

所述多模光纤的第一部分即连接端，保留涂覆层和包层；

所述多模光纤的第二部分去除涂覆层和包层且表面镀有金膜，作为第一检测端；

所述多模光纤的第三部分保留涂覆层和包层，用于将第一检测端与溶液隔离；

所述多模光纤的第四部分去除涂覆层和包层且表面镀有金膜，以及固化于所述金膜表面对所述样品溶液的溶液分子具有亲和力的生化敏感层，其切断面上镀有作为微反射镜的金膜，作为第二检测端；

所述样品溶液的检测信号包括所述与空气接触的第一检测端接收到的反射光谱信号和与样品溶液接触的第二检测端接收到的反射光谱信号；

所述带孔金属保护罩与所述多模光纤第一部分连接，延伸至所述多模光纤的第四部分。

优选地，包括：

所述多模光纤的数值孔径的范围为0.37~0.48；

所述多模光纤的纤芯直径的范围为400微米~1000微米，构成材料包括石英；

所述纤芯外侧包裹有包层后的直径范围为425微米~1035微米，所述包层的构成材料包括硬聚合物；

所述包层外侧包裹有涂覆层后的直径范围为730微米~1400微米，所述涂覆层的构成材料包括含氟聚合物。

优选地，所述信号处理系统包括：

设置于所述机箱内侧，用于接收并对所述SPR光谱进行分析处理，并得到检测结果的微控制器；

嵌入于所述机箱的面板上，与所述微控制器连接，并显示所述检测结果的触控屏。

优选地，所述微控制器包括：

与所述光纤SPR传感器的光源和光纤光谱仪连接，用于调节所述光源的强度，以及设置所述光纤光谱仪积分时间的调控单元；

与所述光纤SPR传感器的光纤光谱仪连接，用于接收所述光纤光谱仪输出的所述SPR光谱的接收单元；

以及依据所述SPR光谱的最小峰值与预设拟合曲线进行分析和比较，计算得到所述样品溶液的检测结果的计算单元；

与所述触控屏连接，用于将所述检测结果和/或所述检测信号进行存储并输出给所述触控屏的存储单元；

其中，所述预设拟合曲线由预设的待检物质浓度与光谱最小峰值构成，所述检测结果包括样品溶液的折射率和待检物质的浓度。

优选地，所述信号处理系统还包括：

设置于所述机箱内侧与所述微控制器连接，用于将所述样品溶液的所述检测结果和/或所述SPR光谱对外输出的输出模块；所述输出模块包括Wi-Fi模块。

优选地，所述直流电源管理系统包括；

设置于所述机箱内侧的直流电池组，所述直流电池组包括锂电池组；

与所述直流电池组连接，并依据预设值对所述直流电池组的电能进行电流、电压调节后输出的电源管理模块。

优选地，包括：

设置于所述机箱面板上的电源开关组；

和/或，设置于所述机箱的面板上与所述直流电源管理系统的直流电池组连接的充电接口；

和/或，设置于所述机箱的面板上的散热板，所述散热板上设置有通气孔；

和/或，设置于所述机箱的面板上，用于散热的风扇。

优选地，还包括：

设置于所述机箱内侧，具有穿线孔，用于将所述机箱内的空间进行分层的隔板。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种便携式光纤SPR食品安全检测仪。该食品安全检测仪包括集成在一个机箱内的光纤SPR传感器、信号处理系统和直流电源管理系统。其中，通过直流电池管理系统向该食品安全检测仪供电；延伸于机箱外侧的光纤SPR传感器的光纤SPR传感器探头，将检测样品溶液的检测信号传递给信号处理系统，使其对检测信号进行分析、处理，并将得到的分析结果进行显示。通过本发明上述公开的小体积的光纤SPR传感器和信号处理系统，以及提供直流电的直流电源管理系统紧凑设置于一机箱内，使其便携易用，实现食品安全检测装置的集成化和小型化，增强了食品安全检测的现场检测的目的。

另外，在上述技术方案上通过对信号处理系统附加一个与其输出连接的Wi-Fi模块，可以进一步实现远程监控的可操作性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的光纤SPR食品安全检测仪的示意图；

图2为本发明实施例一公开的光纤SPR食品安全检测仪的原理图；

图3为本发明实施例一公开的光纤SPR传感器探头结构图；

图4为本发明实施例二公开的光纤SPR食品安全检测仪上层俯视图；

图5为本发明实施例二公开的光纤SPR食品安全检测仪下层俯视图；

图6为本发明实施例二公开的光纤SPR食品安全检测仪微处理器模块图；

图7为本发明实施例二公开的光纤SPR食品安全检测仪侧视图；

图8为本发明实施例二公开的光纤SPR食品安全检测仪后视图；

图9为本发明实施例三公开的光纤SPR食品安全检测仪微处理器模块图；

图10为本发明实施例三公开的光纤SPR食品安全检测仪上层俯视图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：

SPR：surface plasmons resonance，表面等离子体共振，是金属表面自由电子同入射光光子互相耦合形成的局域电磁模式。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由背景技术可知，现有技术中的进行食品安全检测的光纤SPR传感系统均是实验室应用级的，传感系统部件体积大、安置松散，且均需要使用220V交流电供电，还需要利用个人计算机进行数据分析和处理，导致不易便携，不易进行现场食品安全检测的问题。对此，本发明公开了一种便携式光纤SPR食品安全仪，通过集成化和小型化的设置，采用直流电进行供电，实现现场对食品安全检测的目的。该光纤SPR食品安全仪的具体结构通过以下实施例进行详细说明。

实施例一

如图1所述，为本发明实施例一公开了一种便携式光纤SPR食品安全仪的结构示意图，主要包括：

一空腔结构的机箱11；

设置于所述机箱11内侧的光纤SPR传感器12；

所述光纤SPR传感器12的光纤SPR传感器探头121通过穿透所述机箱11的探测孔(图中未示出)延伸到所述机箱11的外侧；

该光纤SPR传感器探头121用于探入待测的样品溶液进行检测，并获取对应所述样品溶液的检测信号；

设置于所述机箱11内侧，与所述光纤SPR传感器12连接，用于接收所述光纤SPR传感器12转换所述检测信号后得到的代入温度补偿后的SPR光谱，并对所述SPR光谱进行处理，将得到的分析结果进行显示的信号处理系统13；

设置于所述机箱11内侧，用于对所述光纤SPR传感器12和所述信号处理系统13提供直流电的直流电源管理系统14。

本发明通过上述实施例一公开的结构，将小体积的光纤SPR传感器和信号处理系统，以及提供直流电的直流电源管理系统紧凑设置于一机箱内，使其便携易用，可实现现场对食品安全的检测。

基于上述结构，上述本发明实施例一公开的光纤SPR传感器12，如图2所示，主要包括：

设置于所述机箱内侧插槽(图中未标示)上，通过连接器(图中未标示)与所述光纤SPR探头121连接的Y型光纤耦合器202。

设置于所述机箱内侧，分别与所述Y型光纤耦合器连接的光源201、光纤光谱仪203。

所述光纤光谱仪203接收通过所述Y型光纤耦合器202传输的所述光纤SPR探头121检测到的所述样品溶液的检测信号，并通过预设的温度校准模型转换所述检测信号，得到代入温度补偿后的SPR光谱并输出给所述信号处理系统(图中未标示)。

具体的，光纤SPR传感器的安装及连接方式为：

Y型光纤耦合器202的202a端通过连接器与光源201连接；Y型光纤耦合器202的202b端通过连接器与光纤光谱仪203连接；Y型光纤耦合器202c端通过连接器与光纤SPR探头121连接。

其中，光源201可以为卤钨灯光源，也可以为其他可用于光纤的光源，本发明实施例并不仅限于此。

光纤SPR探头121具体包括：参照图3，由内到外分别为纤芯303、包层302和涂覆层301的多模光纤，以及设置于所述多模光纤外围的带孔金属保护罩307构成。

所述多模光纤底端通过连接器309与光纤SPR传感器的Y型光纤耦合器202c端插槽(图中未标示)连接。

所述多模光纤沿所述连接端向外分为四个部分：

所述多模光纤的第一部分304a即连接端，保留涂覆层和包层；

所述多模光纤的第二部分304b去除涂覆层和包层且表面镀有金膜，作为第一检测端；

所述多模光纤的第三部分304c保留涂覆层和包层，用于将第一检测端与样品溶液隔离；

所述多模光纤的第四部分304d去除涂覆层和包层且表面镀有金膜，以及固化于所述金膜表面对所述样品溶液的溶液分子具有亲和力的生化敏感层，其切断面上镀有作为微反射镜的金膜，作为第二检测端。

所述样品溶液的检测信号包括所述与空气接触的第一检测端接收到的反射光谱信号和与样品溶液接触的第二检测端接收到的反射光谱信号。

所述带孔金属保护罩与所述多模光纤第一部分304a连接，延伸至所述多模光纤的第四部分304d。

上述公开的信号处理系统，如图2所示，主要包括：

设置于所述机箱内侧，用于对光纤光谱仪203输出的代入温度补偿后的SPR光谱进行分析处理的微控制器204。

嵌入于所述机箱的面板上，与所述微控制器204连接，并显示分析结果的触控屏205。

该触控屏205结合微控制器204可实现对食品安全检测过程中，向操作人员提供可操作的界面，并显示最终的检测结果。在实现现场对食品安全的检测的同时，使食品检测的过程更加人性化。

上述公开的直流电源管理系统，如图2所示，主要包括：

设置于所述机箱内侧的直流电池组207。

与所述直流电池组207连接，并依据预设值对所述直流电池组207的电能进行电流、电压调节后输出的电源管理模块208，图2中206为充电接口。

其中，该直流电池组207可以为锂电池，充电电池或者其他可提供直流电的电池，本发明实施例并不仅限于此。同时对该直流电池组207中串联的电池个数也不进行具体限定，可根据具体情况进行相应的增减。

本实施例中的食品安全检测仪集成在一个机箱中，直接通过设置于所述机箱内部的信号处理系统对检测信号进行分析、处理；通过直流电池管理系统供电；本发明方案既保留了光纤SPR传感技术的特点，同时又使传感系统紧凑便携易用，避免了目前食品安全检测装置结构庞大，集成度低，仅能使用交流电供电的缺点，实现了食品安全检测装置的集成化和小型化，增强了食品安全检测的现场检测可操作性。

实施例二

参照图4和图5，本发明实施例是在实施例一的基础上，对光纤SPR食品安全检测仪各部件结构及其连接方式的优选方案。

在本发明该实施例中，该机箱为长方体，其内侧增加一隔板。该隔板用于对机箱进行分层，使设置于机箱内侧的各个执行部件可以更好的进行排布。

具体的，所述机箱内部被一块带有穿线孔402的隔板401沿垂直方向分为两层，将光纤SPR传感器的光源201、光纤光谱仪203、Y型光纤耦合器202，信号处理系统的微处理器204，直流电源管理系统的直流电池组207、直流电源管理模块208分层设置。

其中,隔板上设置有穿线孔402，用于光纤和电线在该检测仪底层和上层的穿行连接。

具体的连接关系如下：

光纤SPR传感器中包括：设置于机箱底层的光源201和光纤SPR探头121、Y型光纤耦合器202和设置于机箱上层的光纤光谱仪203，其相互之间的连接方式以及与其他部件连接方式具体为：

Y型光纤耦合器202的202a端通过连接器与光源201连接；Y型光纤耦合器202的202b端通过连接器、光纤与固定在机箱中间隔板401上的光纤光谱仪203连接；Y型光纤耦合器202的202c端通过连接器适配器与光纤SPR探头121连接。

该光纤SPR传感器内的光纤SPR传感器探头121在该实施例中示出其具体的结构。参照图3，光纤SPR传感器探头121包括：光纤SPR探头由由内到外分别为纤芯303、包层302和涂覆层301的多模光纤与设置于所述多模光纤外侧的带孔金属保护罩307构成。

所述多模光纤的数值孔径的范围为0.37~0.48；

所述多模光纤的纤芯303直径的范围为400微米~1000微米，构成材料包括石英；

所述纤芯外侧包裹有包层302后的直径范围为425微米~1035微米，所述包层的构成材料包括硬聚合物；

所述包层外侧包裹有涂覆层301后的直径范围为730微米~1400微米，所述涂覆层的构成材料包括含氟聚合物Tefzel；

所述多模光纤连接端通过连接器309与Y型光纤耦合器202c端连接。

所述多模光纤沿所述连接端向外分为四个部分。

所述多模光纤的第一部分304a即连接端长为100毫米，保留涂覆层和包层；

所述多模光纤的第二部分304b长为10毫米，去除涂覆层和包层且表面镀有一层50纳米厚的金膜，作为第一检测端；

所述多模光纤的第三部分304c长为50毫米，保留涂覆层和包层，用于将第一检测端与溶液隔离；

所述多模光纤的第四部分304d长为20毫米，去除涂覆层和包层且表面镀有一层50纳米厚的金膜，以及固化于所述金膜表面对所述样品溶液的溶液分子具有亲和力的生化敏感层,厚度30纳米，其切断面上镀有作为微反射镜的金膜,厚为200纳米，作为第二检测端。

所述样品溶液的检测信号包括所述与空气接触的第一检测端304b接收到的反射光谱信号和与样品溶液接触的第二检测端304d接收到的反射光谱信号。

所述带孔金属保护罩307与所述多模光纤第一部分304a连接，延伸至所述多模光纤的第四部分304d。

所述带孔金属保护罩307通过环氧粘合剂308与保留有包层和涂覆层的所述多模光纤第一部分粘接，延伸罩到所述多模光纤的第四部分。

具体的，参照附图2、图4和图5，直流电源管理系统具体包括直流电池组207和直流电源管理模块208，其在机箱中的安装及连接方式为：

直流电池组207被支架501固定在机箱底板502上,直流电源管理模块208固定在机箱隔板401上层。

直流电源管理系统对外供电方式可参照附图2，直流电池组207通过充电接口206进行充电，通过直流电源管理模块208分别向光源201、触控屏的微处理器204和风扇209提供24V、12V和5V直流电压。

该直流电池组可以是锂电池组，其电压是16.8V(伏)，容量是20Ah(安培小时)，最大工作电流是10A(安培)，直流电源同时输出24V，12V和5V，分别给光源、触控屏的微控制器和风扇供电，直流电源可持续输出电流达到5A，输出电压波动范围是±2%，直流电池组充电电压是16.8V。

具体的，参照图6，信号处理系统包括：设置于本发明实施例所述机箱内部的微处理器204和嵌入在所述机箱面板上的触控屏205。

所述微处理器中具体包括：调控单元601、接收单元602、计算单元603和存储单元604。

其中，本发明实施例中微处理器204的安装及连接方式为：

调控单元601与所述光纤SPR传感器的光源201和光纤光谱仪203连接，用于调节所述光源201的强度，以及设置所述光纤光谱仪203积分时间；

接收单元602与所述光纤SPR传感器的光纤光谱仪203连接，用于接收所述光纤光谱仪203输出的带入温度补偿后的SPR光谱；

计算单元603依据所述SPR光谱的最小峰值与预设拟合曲线进行分析和比较，计算得到所述样品溶液的检测结果；

存储单元604与所述触控屏205连接，用于将所述检测结果和/或所述检测信号进行存储，并利于所述触控屏205从所述存储单元604中获取存储的检测结果和/或检测信号。

其中，所述预设拟合曲线由预设的待检物质浓度与光谱最小峰值构成，所述检测结果包括样品溶液的折射率和待检物质的浓度。

基于上述本发明该实施例公开的机箱，其用于控制各部件进行开启或关闭的开关组件，具体设置于该机箱上的位置如图1和图7所示。

机箱11由六个面板组装而成，包括底板(图中未标示)、上盖701、前面板703、后面板(图中未标示)和侧面板702和另一侧面板(图中未标示)；

其中，

机箱前面板703安装有开关组，包括电池开关704用于控制光纤SPR食品安全检测仪的直流电源管理系统(图中未标示)供电、光源开关705用于控制光源(图中未标示)的电源供电；触控屏205用于显示数据；

需要说明的是，在侧板702设置通气孔作为散热板，该通气孔可以为圆形、椭圆形或长条形等，对其形状和大小本发明实施例并不仅限于此。

参照附图8，在本发明该实施例公开的机箱的后面板802上设置有用于固定Y型光纤耦合器(图中未标示)的插槽801、用于给直流电池组(图中未标示)充电的充电接口206。

更优的，机箱后面板802安装有风扇209，用于对光源(图中未标示)散热降温。

针对上述本发明该实施例公开的便携式光纤SPR食品安全检测仪，参照图2、图3、图6和图7，其具体进行食品安全检测所依据的原理，以及检测过程具体包括：

当进行食品安全检测时，开启电池开关704、光源开关705，使用直流电池管理系统供电；

此时，将光纤SPR传感器探头121的304d处第二检测端插入待测溶液中，而其304b处第一检测端由于304c处阻挡住溶液，所以暴露在空气中；

通过在触控屏205上设置与所述光纤SPR传感器的光源201和光纤光谱仪203连接的微处理器204的调控单元601，调节所述光源201的强度，以及设置所述光纤光谱仪203积分时间；

首先，光源201发出的宽带白光通过Y型光纤耦合器202进入光纤SPR探头121，部分光束在光纤SPR探头121的304d处发生全内发射，其中一部分以倏逝波的形式穿过304d处金膜进入溶液，当该处金膜发生表面等离子体共振时，这一部分入射光的倏逝波便被溶液中的待测物所吸收，从而使304d处金膜反射光的能量下降；

其次，光纤SPR探头121获取得样品溶液的检测信号，该检测信号具体为304b处第一检测端和304d处第二检测端金膜的反射光谱信号，其中，304b处金膜专门用来检测温度带来的反射光谱信号偏移量；

之后，304b处和304d处金膜的反射光谱通过Y型光纤耦合器202被光纤光谱仪203接收，光纤光谱仪203将接收到的304d处金膜的反射光谱偏移量减去由温度引起的304b处金膜反射光谱偏移量，带入温度校准模型进行计算，得到温度补偿后的SPR光谱，并将其输出给信号处理系统的微处理器204；

随后，微处理器204通过与光纤光谱仪203连接的接收单元602，接收所述光纤光谱仪203输出的SPR光谱；

然后，微处理器204的计算单元603计算出SPR光谱的最小峰值，并与存储单元604中预先存储的该种待检物质浓度与光谱最小峰值拟合曲线进行分析和比较，所述预设拟合曲线由预设的待检物质浓度与光谱最小峰值构成；得到所述样品溶液的检测结果，包括折射率和待检物质的浓度，并将检测结果在存储单元604中进行存储；

其中，所述预设拟合曲线由预设的待检物质浓度与光谱最小峰值构成；

最后，微处理器204通过与存储单元604连接的触控屏205，使所述触控屏205显示分析得到的样品溶液的检测结果。

本发明实施例具体提供的较为优选的食品安全检测仪的结构，将集成在一个双层机箱中，基于上述原理以及进行检测执行过程，直接利用设置于机箱面板上的触控屏控制该机箱内部的微处理器对光纤SPR传感器收集的检测信号进行分析、处理；通过直流电池管理系统供电；本发明方案既保留了光纤SPR传感技术的特点，同时又使传感系统紧凑便携易用，避免了目前食品安全检测装置结构庞大，集成度低，仅能使用交流电供电的缺点，实现了食品安全检测装置的集成化和小型化，增强了食品安全检测的现场检测的可操作性。

实施例三

本实施例在实施例一的基础上，本发明该实施例还公开了一种便携式食品安全检测仪。针对信号处理系统中进行传输时，既可以采用无线Wi-Fi模块，也可以采用有线连接。

具体针对实施例二中公开的检测仪中信号处理系统的结构，参照附图9，其微控制器204中与存储单元604连接的输出单元605，用于将存储于所述存储单元604中的计算得到的所述样品溶液折射率和待检物质的浓度或所述检测信号对外输出。

另外，该输出单元605可以设置于微控制器204的内部，也可以设置于微控制器204的外侧，机箱内侧，与所述微控制器204连接，用于将所述样品溶液的所述检测结果和/或所述SPR光谱对外输出。

当该输出模块基于无线传输时，可以具体为Wi-Fi模块，其可以用于进行数据的短距离无线传输；其在机箱内的安装方式参照附图10，该图为在本发明实施例二图4的基础上，增加Wi-Fi模块403后的机箱内侧隔板上层俯视图，其中Wi-Fi模块403设置于在中间隔板401上。

在本实施例中，光纤SPR食品安全检测仪可利用Wi-Fi模块的短距离无线传输功能，实现了食品安全检测的远程监控的可操作性。

综上所述：

本发明中通过本发明上述公开的小体积的光纤SPR传感器和信号处理系统，以及提供直流电的直流电源管理系统紧凑设置于一机箱内，使其便携易用，实现食品安全检测装置的集成化和小型化，增强了食品安全检测的现场检测的目的。

另外，在上述技术方案上通过对信号处理系统附加一个与其输出连接的Wi-Fi模块，可以进一步实现远程监控的可操作性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述地比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种便携式光纤表面等离子体共振SPR食品安全检测仪，其特征在于，包括：

一空腔结构的机箱；

设置于所述机箱内侧的光纤SPR传感器，所述光纤SPR传感器的光纤SPR传感器探头通过穿透所述机箱的探测孔延伸到所述机箱的外侧，用于探入待测的样品溶液进行检测，并获取对应所述样品溶液的检测信号；

设置于所述机箱内侧，与所述光纤SPR传感器连接，用于接收所述光纤SPR传感器转换所述检测信号后得到的代入温度补偿后的SPR光谱，并对所述SPR光谱进行处理，将得到的检测结果进行显示的信号处理系统；

设置于所述机箱内侧，用于对所述光纤SPR传感器和所述信号处理系统提供直流电的直流电源管理系统；

其中，所述光纤SPR传感器探头包括：由内到外分别为纤芯、包层和涂覆层的多模光纤，以及设置于所述多模光纤外围的带孔金属保护罩；

所述多模光纤的连接端通过连接器与所述光纤SPR传感器的Y型光纤耦合器连接，所述Y型光纤耦合器设置于所述机箱内侧插槽上；

所述多模光纤沿所述连接端向外分为四个部分，

所述多模光纤的第一部分即连接端，保留涂覆层和包层；

所述多模光纤的第二部分去除涂覆层和包层且表面镀有金膜，作为第一检测端；

所述多模光纤的第三部分保留涂覆层和包层，用于将第一检测端与溶液隔离；

所述多模光纤的第四部分去除涂覆层和包层且表面镀有金膜，以及固化于所述金膜表面对所述样品溶液的溶液分子具有亲和力的生化敏感层，其切断面上镀有作为微反射镜的金膜，作为第二检测端；

所述样品溶液的检测信号包括与空气接触的第一检测端接收到的反射光谱信号和与样品溶液接触的第二检测端接收到的反射光谱信号；

所述带孔金属保护罩与所述多模光纤第一部分连接，延伸至所述多模光纤的第四部分。

2.根据权利要求1所述的食品安全检测仪，其特征在于，所述光纤SPR传感器包括：

设置于所述机箱内侧插槽上，通过连接器与所述光纤SPR传感器探头连接的Y型光纤耦合器；

设置于所述机箱内侧，分别与所述Y型光纤耦合器连接的光源、光纤光谱仪；

所述光源包括卤钨灯光源；

所述光纤光谱仪用于接收通过所述Y型光纤耦合器传输的所述光纤SPR传感器探头检测到的所述样品溶液的检测信号，并代入到预设的温度校准模型得到温度补偿后的SPR光谱并输出给所述信号处理系统。

3.根据权利要求1所述的食品安全检测仪，其特征在于，包括：

所述多模光纤的数值孔径的范围为0.37～0.48；

所述多模光纤的纤芯直径的范围为400微米～1000微米，构成材料包括石英；

所述纤芯外侧包裹有包层后的直径范围为425微米～1035微米，所述包层的构成材料包括硬聚合物；

所述包层外侧包裹有涂覆层后的直径范围为730微米～1400微米，所述涂覆层的构成材料包括含氟聚合物。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的食品安全检测仪，其特征在于，所述信号处理系统包括：

设置于所述机箱内侧，用于接收并对所述SPR光谱进行分析处理，并得到检测结果的微控制器；

嵌入于所述机箱的面板上，与所述微控制器连接，并显示所述检测结果的触控屏。

5.根据权利要求4所述的食品安全检测仪，其特征在于，所述微控制器包括：

与所述光纤SPR传感器的光源和光纤光谱仪连接，用于调节所述光源的强度，以及设置所述光纤光谱仪积分时间的调控单元；

与所述光纤SPR传感器的光纤光谱仪连接，用于接收所述光纤光谱仪输出的所述SPR光谱的接收单元；

以及依据所述SPR光谱的最小峰值与预设拟合曲线进行分析和比较，计算得到所述样品溶液的检测结果的计算单元；

与所述触控屏连接，用于将所述检测结果和/或所述检测信号进行存储并输出给所述触控屏的存储单元；

其中，所述预设拟合曲线由预设的待检物质浓度与光谱最小峰值构成，所述检测结果包括样品溶液的折射率和待检物质的浓度。

6.根据权利要4所述的食品安全检测仪，其特征在于，所述信号处理系统还包括：

设置于所述机箱内侧与所述微控制器连接，用于将所述样品溶液的所述检测结果和/或所述SPR光谱对外输出的输出模块；所述输出模块包括Wi-Fi模块。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的食品安全检测仪，其特征在于，所述直流电源管理系统包括；

设置于所述机箱内侧的直流电池组，所述直流电池组包括锂电池组；

与所述直流电池组连接，并依据预设值对所述直流电池组的电能进行电流、电压调节后输出的电源管理模块。

8.根据权利要求1～3中任意一项所述的食品安全检测仪，其特征在于，包括：

设置于所述机箱面板上的电源开关组；

和/或，设置于所述机箱的面板上与所述直流电源管理系统的直流电池组连接的充电接口；

和/或，设置于所述机箱的面板上的散热板，所述散热板上设置有通气孔；

和/或，设置于所述机箱的面板上，用于散热的风扇。

9.根据权利要求1～3中任意一项所述的食品安全检测仪，其特征在于，还包括：

设置于所述机箱内侧，具有穿线孔，用于将所述机箱内的空间进行分层的隔板。