CN104082429A - 一种液体紫外光灭菌、检测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体紫外光灭菌、检测装置及其使用方法，该装置利用紫外线灭杀黄曲霉素、病菌、病毒，采用无毒无害的石英玻璃制作容器不存在塑化剂；同时，可以对黄曲霉素和病毒病菌含量进行检测；装置结构简单，检测方法方便、易学，适用于家庭、办公室、工厂进行食用油和饮用水的质量，避免直接饮用或食用影响身体健康，无需更换过滤芯，过滤、灭菌效率高，设计安装有检测液体病毒单元；在大型食用油加工企业通常购置专用测试、检验和分析仪器，对食用油黄曲霉素含量、饮用水中病菌、病毒进行检测；作为小型企业、家庭和办公室而言，不可能或没有条件购置这些专用检测仪器；使客户能够对灭菌效果和质量进行随时检测。

Description

一种液体紫外光灭菌、检测装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种液体紫外光灭菌、检测装置及其使用方法。

背景技术

1993年黄曲霉毒素被世界卫生组织(WHO)的癌症研究机构划定为1类致癌物，是一种毒性极强的剧毒物质。黄曲霉毒素的危害性在于对人及动物肝脏组织有破坏作用，严重时可导致肝癌甚至死亡，黄曲霉素种类包括B1、B2、G1、G2、M1、M2、P1、Q、H1、GM、B2a和毒醇等12种，在天然污染的食品中以黄曲霉毒素B1最为多，且毒性和致癌性也最强。B1的毒性远远高于氰化物、砷化物和有机农药的毒性。当人摄入量大时，可发生急性中毒，出现急性肝炎、出血性坏死、肝细胞脂肪变性和胆管增生。当微量持续摄入，可造成慢性中毒，生长障碍，引起纤维性病变，致使纤维组织增生。B1经常在玉米、花生、棉花种子和一些干果中被检测到，其中以花生、大豆和玉米污染最严重。

一般烹调加工温度不能将黄曲霉素B1破坏，其裂解温度为280℃，可溶于油及一些有机溶剂中。因此，在花生油、玉米油和大豆油等食品油中经常被检测出B1，特别是目前一些小作坊压榨的花生油中含量经常超出国家标准。国家标准《GB2716-2005食用植物油卫生标准》中规定花生油、玉米胚油的黄曲霉素B1含量应小于20μg/kg，其他食用油应小于10μg/kg，目前市场上销售的食用油基本不标注黄曲霉素B1的含量。

另外，塑化剂DEHP(邻苯二甲酸二(2─乙基己)酯)是一种环境荷尔蒙，对人体毒性虽不明确，但它广泛分布于各种食物内，其毒性远高于三聚氰胺，在体内必须停留一段时间才会排出，长期下来恐怕会造成免疫力及生殖力下降。塑化剂DEHP的作用类似于人工荷尔蒙，会危害男性生殖能力并促使女性性早熟，长期大量摄取会导致肝癌。由于幼儿正处于内分泌系统生殖系统发育期，DEHP对幼儿带来的潜在危害会更大。因此，用塑料容器长期盛装食用油、水和饮料等，塑料制品中的塑化剂会慢慢溶解在液体内，产生很大的危害性。

我们知道，塑化剂的分子式是C₂₄H₃₈O₄，黄曲霉素B1的分子式是C₁₇H₁₂O₆，都是高分子碳水化合物，只要将其化学结构破坏，使其失去毒性，残余物仍是碳氢氧的化合物，对人体就不会有害了。

但目前的灭菌装置(如专利申请号为：200610069247.4和200620010495.7所提供的灭菌装置)多采取圆管型结构，管内放置紫外灯管，紫外灯光外侧与圆管内侧之间有一较小的间隙，花生油填充在间隙中接受紫外光照射后，花生油中的黄曲霉素被裂解，这种方式适用于食用油加工企业批量生产使用，花生油从圆管型灭菌装置的一端口流入，从另一个端口流出，花生油在慢速单向流动过程中被紫外线灭菌。但这种灭菌装置存在以下缺点：

(1)灭菌质量、效果与花生油在圆管中的流动速度密切相关，与间隙大小密切相关，食用油加工企业批量生产使用需要多个灭菌装置串联或并联使用，才能满足产量和灭菌质量需求；

(2)间隙越小灭菌越均匀，效果越好，但产量较低。反之，间隙大，虽然产量高，但灭菌不均匀，灭菌效果差。花生油在圆管中流动速度越低，灭菌效果越好，但产生热量越大、产量较低，反之，流动速度越快，灭菌效果越差，产生热量小，产量较高；

(3)该装置制造成本高、体积大，只有大批量、连续式对食用油灭菌处理才能降低成本。因此不适合小作坊、家庭使用；

(4)每个灭菌装置均采用1支或6支几十瓦至几百瓦的大功率紫外线灯管，光源集中在灯管内部，产生热量多，灯管自身无法散热，耗电多，光功率低。

而申请号为200810202461.1和200820155123.2的专利，在紫外光灯管外侧增加了自动擦拭组件，定时擦掉紫外光灯管外侧由于高温产生的食用油固化油层，以提高紫外光照射效率。但是，由于紫外线灯管高温作用使固化油层产生部分变质，这些固化油层被擦到食用油中会影响食用油的质量和其他质量指标。

专利申请号200810026626.4提出的方法采取紫外线、微波和光波混合灭菌，理论上可行，但实际上有很多问题，主要表现在：

(1)2450MHz微波对人体有害，我们通常使用的微波炉其频率就是2450MHz，需要严格的防护措施。微波透入介质(花生、薏苡仁等)时，由于微波能与介质发生一定的相互作用，以微波频率2450MHz的频率使介质的分子每秒产生24亿5000万次的震动，介质的分子间互相产生摩擦，引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态。因此，在使病毒、细菌被杀灭的同时，介质(花生、薏苡仁等)也被加热升温，产生不需要的后果。

(2)光波是指波长在0.3～3μm之间的电磁波，是近紫外光(波长0.3～0.39μm)、可见光(波长0.39～0.0.77μm)和近红外光(波长0.75～2.5μm)的总和，不同峰值波长的光其特性和用途具有显著差异性。小太阳灯管是一种宽泛、广义的概念，根据用途不同小太阳灯包括射灯、汽车前照明灯、取暖灯等多种类型。所以，该专利提出的光波、小太阳灯管是一种广义性概念，不具备针对性、适用性技术特征，无法实施。

(3)该方法的每个步骤非常含糊、笼统，缺乏相应技术指标支持。

目前，还未有一种灭杀液体中病毒、病菌的装置与方法，适用于食用油加工的小型企业或家庭作坊、家庭使用并检测黄曲霉素含量，适用于家庭或办公室自制符合卫生标准的饮用水并检测病菌含量。

近年来，很多家庭式小作坊或小型食用油加工企业回归采取传统的物理压榨工艺生产花生油，具有油质淡黄透明、天然浓香、无添加剂、各种营养成分保留完整等优点，备受高端客户市场的欢迎。但是，由于其产量低，购买上述专利生产的食用油黄曲霉素去除设备，导致成本大幅度上升。由于小作坊、小企业不能大批量连续生产，需要先生产几吨甚至十几吨食用油储存起来，然后进行集中去除黄曲霉素的生产方式，设备利用率很低。

部分大型食用油加工企业的职业道德和追求利润等因素，没有按照国家标准要求采取相应措施去除食用油中黄曲霉素。据我们到超市抽查，多种品牌的食用花生油、香油、玉米籽油、葵花籽油、菜籽油和大豆油中，只有山东鲁花集团的5S物理压榨一级花生油的标签中明确注明“黄曲霉素未检出”，其他品牌、种类的食用油均为提到黄曲霉素的含量问题。所以，家庭从市场上购买的食用油是否含有黄曲霉素和其他有害病毒、病菌，没有100％的把握。

部分家庭、办公室由于某些原因没有饮用合格的矿泉水，而自来水、自备井水、山泉水等水源中病毒、病菌含量往往超出国家饮用水标准，直接饮用会影响身体健康。

过滤式水清洁类家用装置需要经常性进行清洗、更换过滤芯等，使用起来比较麻烦，部分体积小的病毒可能被漏网，导致过滤水质量不高。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种液体紫外光灭菌、检测装置及其使用方法，该控装置利用紫外线灭杀黄曲霉素和病菌、病毒，采用无毒无害的石英玻璃制作液体容器不存在塑化剂。同时，对黄曲霉素和病菌、病毒含量进行检测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种液体紫外光灭菌、检测装置，包括桶体、桶底座，放液阀门设置于桶体下部；桶体设置于桶底座上，桶体内部设置有内胆，桶底座内部设有磁驱动装置、控制单元；内胆中装设有由磁驱动装置驱动其旋转的搅拌器，内胆与桶体外壳的间隙处分布有若干个紫外光LED单元，桶底座中设有病毒检测单元。

所述磁驱动装置，包括主动磁盘和被动磁盘，被动磁盘安装于内胆底部，主动磁盘设置于内胆底部外侧，所述主动磁盘和被动磁盘的位置相对应。

所述被动磁盘为圆形盘或圆环盘，上面固定有磁盘骨架，沿磁盘圆周均匀设有n个永久磁铁，8≤n≤36，且n为偶数。永久磁铁的N极、S极面向主动磁盘，且交替布设。磁盘骨架的中心处安装有下滚珠。

所述主动磁盘为圆形盘或圆环盘，沿主动磁盘圆周均匀设有m个交流电磁铁，10≤m≤40，且4≥m-n≥2，且m为偶数，交流电磁铁的磁极面向被动磁盘，与被动磁盘中的永久磁铁磁极面对应。通过交流电控制，使m个电磁铁中的磁极面交替产生N极、S极。

所述内胆为避免产生塑化剂和其他有害病毒、细菌的石英玻璃、磷酸盐玻璃、高硅氧玻璃、钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃。

所述搅拌器，包括上滚珠、下滚珠、搅拌片和连桥，两片搅拌片的上端通过连桥连接，两片搅拌片的下端固定在磁驱动装置的被动磁盘上，连桥与被动磁盘分别通过上、下滚珠连接桶盖内部、内胆底部；所述上滚珠、下滚珠与桶盖和内胆底部的连接位置处设有半圆形凹槽，直径大于上、下滚珠的直径。

所述病毒检测单元，包括单色恒流源、单色LED、聚光罩、滤光板、光接收变送器、传输线和数据分析处理单元，其中，聚光罩为抛物面结构固定于单色恒流源下端，单色LED设置于聚光罩焦点位置，装有被检测液体的石英器皿放置于聚光罩下，滤光板设置于石英器的正下方，光接收变送器位于滤光板下端，通过传输线连接数据分析处理单元。

所述桶底座中设有液晶显示单元，包括液晶显示屏、(油/水、基础/液体)功能按键、(时间选择、转速选择)参数按键、电源开关、启动/停止按键、报警闪烁灯和蜂鸣器，功能按键、参数选择按键、电源开关、启动/停止按键、报警闪烁灯和蜂鸣器分别连接液晶显示屏。

所述控制单元，包括光电接收处理电路、信息分析处理单元、单片机、报警控制电路、电磁铁控制电路、定时选择控制电路、转速选择控制电路、紫外LED驱动电路；其中，紫外LED驱动电路、转速选择控制电路、电磁铁控制电路分别连接定时选择控制电路，定时选择控制电路连接单片机，光电接收处理电路、数据存储电路单元分别连接信息分析处理单元，信息分析处理单元和报警控制电路分别连接单片机。

在检测过程中，光电接收处理电路接收到检测紫外光信号后，经过双运放差动放大器进行微弱信号放大和带通滤波后，再进行模数转换，转换后的数字信号传输给信息分析处理单元进行分析计算，计算结果输送到单片机内进行运算控制，并传输给数据存储电路单元进行存储，单片机将需要显示的数据发送给液晶显示单元进行显示；油/水选择开关、基础/液体选择开关与单片机连接，将选择的信号发送给单片机进行存储，定时选择控制电路确定定时信号、转速信号正确无误后，向电磁铁控制电路发送电磁铁通电启动信号，液体搅拌器开始转动。同时，定时选择控制电路向紫外LED驱动电路发送选择不同类型紫外光LED的控制信号，紫外LED驱动电路向紫外LED发光矩阵输出恒定电流，使紫外LED发光。当检测的液体有害物质超过国家标准时，报警控制电路控制蜂鸣器、报警闪烁灯工作。

一种采用上述液体紫外光灭菌、检测装置的使用方法，具体步骤为：

(1)对被测液体进行灭菌前的病毒、病菌含量进行检测；

(2)根据液体中病毒、细菌的主体类型选择不同峰值波长的紫外光进行灭杀；通过不同峰值波长的紫外光裂解被检测液体中的病毒、细菌的DNA链断裂、损伤、导致死亡；

(3)选择不同的单色紫外光照射剂量灭杀被测液体中的病毒、病菌；根据被测液体的不同，选择不同的光功率体密度和照射时间；

(4)采取对液体顺时针、逆时针交替搅拌方式，使液体能够均匀接受紫外光照射和灭菌。进行灭菌时，将液体倒入石英玻璃内胆中，盖上桶盖，注意桶盖内中心部位的凹槽应与液体搅拌器中的上滚珠对齐；分别设置紫外线灭菌时间、液体搅拌器转速和液体种类，进行灭菌；

(5)对灭菌后的被测液体进行病毒、病菌含量检测。

所述步骤(1)，具体包括以下步骤：

(a)检测测试环境条件下的基础数据：将清洗干净、擦干水迹的标准石英器皿置于液体检测单元中的相应位置上，通过功能按键选择基础测试功能和液体类别，按下启动/停止按键，进行检测；

(b)液体中病毒、病菌含量测试：通过功能按键选择液体测试功能(这时要求时间选择、转速选择均为0)，在标准石英器皿中加液体至规定量，标准石英器皿上有容量刻度标识，将盛有待检测液体的标准石英器皿置于液体检测单元中的相应位置上，通过功能按键选择液体测试功能和液体类别(油或水)，按下启动/停止按键，进行检测。

所述步骤(a)，包括以下步骤：

1)启动单色LED发射紫外光；

2)数据分析处理单元向光接收变送器发出一次接收光信号指令；

3)均匀布局的四个光接收变送器同时接收由单色LED发射的、透过标准石英器皿和滤光板后的紫外光，接收时间为1～5秒；

4)四个光接收变送器同时对接收的紫外光光强度在接收时间段内每间隔0.05秒记录一次，并将模拟信号转化为数字信号后发送给数据分析处理单元存储；

5)自动重复步骤1)-4)；直到记录满三次；

6)数据分析处理单元分别对四个光接收变送器发送的三次数据进行对比分析，除掉与平均值差异性超出50％以上的数据，并存储有效；

7)数据分析处理单元根据预置在存储器中的紫外光差异量与病毒、细菌含量之间的关系函数计算出病毒、细菌的含量数据，并存储数据；

8)数据分析处理单元向液晶显示屏发送显示病毒、细菌含量数据；

9)液晶显示屏显示出数据。

所述步骤b)，具体步骤为：

1)启动单色LED发射紫外光；

2)数据分析处理单元向光接收变送器发出一次接收光信号指令；

3)均匀布局的四个光接收变送器同时接收由单色LED发射的、透过被检测液体、标准石英器皿和滤光板后的紫外光，接收时间为1～5秒；

4)四个光接收变送器同时对接收的紫外光光强度在接收时间段内每间隔0.05秒记录一次，并将模拟信号转化为数字信号后发送给数据分析处理单元存储；

5)重复步骤1)-4)；直到记录满三次；

6)数据分析处理单元分别对四个光接收变送器发送的三次数据进行对比分析，除掉与平均值差异性超出50％以上的数据，并存储有效；

7)数据分析处理单元将本次经过上述处理的数据与第一步检测处理后存储的数据进行比较分析，并根据预置在存储器中的紫外光差异量与病毒、细菌含量之间的关系函数，计算出本次被检测液体中含有病毒、病菌的含量；

8)数据分析处理单元存储本次被检测液体中含有病毒、病菌的含量数据；

9)数据分析处理单元向液晶显示屏发送显示病毒、细菌含量数据；

10)液晶显示屏显示出数据。

所述步骤(2)的具体方法为：根据液体中病毒、细菌的主体类型选择不同峰值波长的紫外光进行灭杀，不同峰值波长的紫外光产生光能量不同，通过裂解食用油、饮用水等液体中的病毒、细菌的DNA链断裂、损伤导致死亡：食用油中的黄曲霉素B1的最大吸收峰值波长为346nm，B2的最大吸收峰值波长为348nm，G1的最大吸收峰值波长为353nm，G2的最大吸收峰值波长为354nm；因此，应用峰值波长为350nm的紫外光裂解、灭杀食用油中的黄曲霉素病毒；饮用水中的大肠杆菌类、贾第鞭毛虫和隐孢子虫的最大吸收峰值波长为253.7nm，因此，应用峰值波长为254nm的紫外光裂解、灭杀饮用水中的大肠杆菌类、贾第鞭毛虫和隐孢子虫细菌、病毒。

所述步骤(3)的具体方法为：采用紫外光灭杀液体中的病毒、病菌需要一定的单色紫外光照射剂量；灭杀食用油中的黄曲霉素时需要350nm紫外光在液体表面的照射剂量为300～3000mW·min/cm²，在石英玻璃内胆中照射的光功率体密度为50～500mW/cm³，照射时间100～300min；灭杀饮用水中的病毒、病菌时需要254nm紫外光在液体表面的照射剂量为30～300mW·min/cm²，在石英玻璃内胆9中照射的光功率体密度为10～100mW/cm³，照射时间60～150min。

所述步骤(4)的具体方法为：采取对液体顺时针、逆时针交替搅拌方式，使液体能够均匀接受紫外光照射和灭菌；搅拌器转动速度控制在2～15转/秒，顺时针转动搅拌5分钟后再逆时针转动5分钟，以此交替进行；通过液晶显示单元中的相关按键进行设置转速、转动时间(即：紫外光照射和灭菌时间)；将液体倒入本发明的装置的石英玻璃内胆中，盖上桶盖；注意桶盖内中心部位的凹槽应与液体搅拌器中的上滚珠对齐；通过液晶显示单元中的功能按键和参数选择按键，分别设置紫外线灭菌时间、液体搅拌器转速；按下启动/停止按键，进入对液体的灭菌过程；倒计时显示剩余时间，按照设置的灭菌时间结束后，灭菌完成。

本发明的有益效果为：

(1)采用石英玻璃内胆，用以盛装液体；不会对内装的液体产生污染二次污染；避免无害塑料桶长时间盛装食用油、各种饮料时，会分解出一定的有害物质(如塑化剂、重金属等)溶解到液体中的问题；石英玻璃对紫外光具有较高的透射率(透射率95～98％)，可以保证石英玻璃内胆外侧的LED发射的紫外光和桶体壳体内侧反射的紫外光投射到液体中进行灭菌

(2)在石英玻璃内胆中安装电磁传动的液体搅拌器，通过改变主动磁盘中交流磁铁的极性，可以改变液体搅拌器的转动方向，通过程序设计使顺时针转动5分钟，再逆时针转动5分钟，这样顺时针、逆时针交替转动搅拌液体，使液体能够均匀接受紫外光照射和灭菌，同时，避免了上述专利中采取紫外灯管方式由于灯管发热导致在灯管外侧产生固化油层的问题；

(3)在石英玻璃内胆中的液体搅拌器不需要固定，当改变需要处理的液体类别时，关闭电源后，主动磁盘中的交流电磁铁失去磁性，这时，打开桶盖即可将液体搅拌器方便地拿出来，可对石英玻璃内胆、液体搅拌器分别进行清洗，方便、快捷；

(4)设计安装有检测液体病毒单元；在大型食用油加工企业通常购置专用测试、检验和分析仪器，对食用油黄曲霉素含量、饮用水中病菌、病毒进行检测；作为小型企业、家庭作坊和家庭、办公室而言，不可能或没有条件购置这些专用检测仪器；使客户在应用本发明的方法和装置进行液体灭菌时，能够对灭菌效果和质量进行随时检测。

附图说明

图1是本装置的外部示意图；

图2是本装置的内部结构平面示意图；

图3是本装置中被动磁盘永久磁铁磁极布局图；

图4是本装置中主动磁盘交流电磁铁磁极布局图；

图5是本装置中检测黄曲霉素单元结构图；

图6是本装置中液晶显示单元结构图；

图7是本装置中液晶显示内容和布局；

图8是本装置的电路结构图；

图9是本装置的定时选择控制电路图；

图10是本装置的光电接收处理电路图；

图11是本装置的单片机主处理及数据存储与液晶显示控制电路图。

其中：1.桶盖，2.桶体，3.放液阀门，4.桶底座，5.液体病毒检测单元，6.液晶显示单元，7.上滚珠，8.紫外光LED单元，9.石英玻璃内胆，10.搅拌片，11.LED及检测控制单元，12.电磁传动控制单元，13.主动磁盘，14.被动磁盘，15.下滚珠，16.桶体壳体，17.连桥，18.永久磁铁，19.磁盘骨架，20.交流电磁铁，21.单色恒流源，22.抛物面铝合金聚光罩，23.标准石英器皿，24.被检测液体，25.滤光板，26.数据分析处理单元，27.传输线，28.光接收变送器，29.单色LED，30.液晶显示屏，31.油/水选择键，32.基础/液体选择键，33.时间选择键，34.转速选择键，36.报警闪烁灯，35.蜂鸣器，37.启动/停止按键，38.电源开关,39.油/水选择开关，40.基础/液体选择开关，41.报警控制电路，42.电磁铁控制电路，43.定时选择控制电路，44.转速选择控制电路，45.紫外LED发光矩阵，46.紫外LED驱动电路，47.光电接收处理电路，48.数据存储电路单元，49.滤波与转换单元，50.单片机CPU，51.液晶显示单元。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种液体紫外光灭菌、检测装置，本装置外部由桶体2、桶盖1、桶底座4三部分构成，在桶体下部安装有放液阀门3，经过灭菌后的液体通过该阀门放出、使用。在桶底座4中安装有液体病毒检测单元5和液晶显示单元6。液晶显示单元能够显示紫外光灭菌时间、灭菌设置时间，显示液体病毒检测数据和桶内温度。液体病毒检测单元5可分别检测经过紫外光灭菌前后液体中的液体病毒含量，检测结果通过液晶显示单元6显示出来。

桶体2设计成圆桶式结构，具有一般常见油桶、水桶的形状和使用方便性。

在桶体底部设计有放液阀门3，打开桶盖1可向桶内盛装未经过灭菌处理的液体。灭菌处理完毕后，可打开放液阀门3将桶内液体放出来被食用。

根据用户类别和用途，本装置的容量可设计为5升、10升、20升作为家庭和办公室使用，设计为50升、100升、200升、300升和400升供小作坊、小型企业使用。

搅拌片10和连桥17都为不锈钢材质。

如图2所示，由上滚珠7、不锈钢搅拌片10、下滚珠15和被动磁盘14构成一个液体搅拌器，两个不锈钢搅拌片10通过上部的不锈钢连桥17和上滚珠7连接着在一起并固定在被动磁盘15上，上滚珠7和下滚珠15起到支撑、低摩擦旋转作用。在石英玻璃制作的桶盖1内侧中心部位有一个半圆形凹槽，在石英玻璃内胆9底部内侧中心也有一个半圆形凹槽，两个凹槽直径略大于上滚珠7和下滚珠15的直径，以保障液体搅拌器旋转时平稳、阻力最小。用石英玻璃内胆9长期盛装食用液体，不会象塑料容器那样产生塑化剂和其他有害病毒、细菌。

采取小功率、分散式紫外光源，减少热能，并利用装置壳体承担散热功能。本发明采用多只小功率、高发光效率的LED紫外光源，均匀布设在桶壳体中，构成紫外光LED单元8。桶体2的壳体16采用铝镁合金结构(热导率151～200W/m·k)，压铸工艺制造。桶体壳体16内侧经过精细抛光后作为紫外线反光板，其紫外线反射率在95～99％。使紫外光LED单元8中均匀布局的几十只至几百只200mW～3W的小功率紫外光LED发射出来的光经过反射后，在石英玻璃内胆9中的液体得到均匀的紫外光照射，同时，使紫外光的光功率密度和辐射照度增加100％以上。桶体壳体16的热导率是不锈钢(热导率15～20W/m·k)的10倍左右，再加上其外侧为条形槽结构，使散热表面积增加一倍，散热效果是不锈钢的10倍以上。

如图3所示，在被动磁盘14中磁盘骨架19中等角度、均匀安装有8～36个永久磁铁18。永久磁铁18个数必须是偶数，面向底部N极、S极交替布局安装，永久磁铁18的磁极面可以是圆形、长方形或椭圆形。各个永久磁铁18布局间隔大小与磁铁的磁场强度大小有关，磁场强度大其间隔可以大一些。

永久磁铁18固定安装在磁盘骨架19上，磁盘骨架19是不锈钢材料制作，在磁盘骨架19圆心处固定安装有下滚珠15，下滚珠15与上滚珠7构成了液体搅拌器的旋转轴。

如图4所示，转动磁盘13中的交流电磁铁20形状与永久磁铁18的形状一致，数量为10～40个。交流电磁铁20的个数必须是偶数，面向被动磁盘一面的N极、S极交替布局安装。被动磁盘14中永久磁铁18的数量比主动磁盘13中交流电磁铁20的数量少2或4个，以避免液体搅拌器产生瞬间停滞现象。

如图5所示，单色恒流源21向单色LED29提供恒定电流，单色LED29安装在铝合金聚光罩22的抛物面焦点处，发出单色光经过抛物面铝合金聚光罩22聚光后形成平行光束照射到标准石英器皿23内的被检测液体24，单色光透过被检测液体24经过滤光板25后，被光接收变送器28接收，在光接收变送器28中经过模数转换后输出数字信号，通过传输线27传到数据分析处理单元26中。

由于异性磁极相互吸引、同性磁极相互排斥的作用，在主动磁盘13中的交流电磁铁20的磁极N、磁极S的极性随着交流电的变化而变化，因此促使被动磁盘14产生旋转，以此搅拌液体，使液体受到紫外光LED单元8发射的紫外光均匀照射，达到最佳灭菌效果。

紫外光LED单元8发射的紫外光透过石英玻璃内胆9照射在盛在胆内的液体中，在一定紫外线强度下经过一定时间可以杀灭液体中的黄曲霉素以及细菌类、病毒类、水藻类有害菌毒。根据石英玻璃内胆9的容量大小，安装相应数量的紫外光LED，以保障足够的紫外光照射体密度和适宜的灭菌时间(0.5～3小时)。

以家庭用5升食用油装置为例，石英玻璃内胆9内径18cm，高22cm。紫外光LED光源350nm，单只LED光功率为30～40mW，需要66～200只均匀布局在紫外光LED单元8中，并与桶体壳体16内侧面低热阻连接。桶体壳体16采用铝镁合金压铸而成，其经过精细抛光后对紫外线的反射率为95～99％，每次通电处理120分钟，可以将食用油中的黄曲霉素杀灭干净或少于5μg/kg，远小于国家标准20μg/kg。

紫外光LED单元8发射的紫外光透过石英玻璃内胆9照射在盛在胆内的液体中，在一定紫外线强度下经过一定时间可以杀灭液体中的黄曲霉素以及细菌类、病毒类、水藻类有害菌毒。紫外光LED单元中均匀布局设置了360nm和254nm两种类型的紫外光LED光源(350nm和254nm的功率比为3:1～5:1)，根据石英玻璃内胆的容量大小，安装相应数量的紫外光LED，以保障足够的紫外光体密度(大约10～500mW/cm³)和适宜的灭菌时间(小于3小时)。

桶底座4与桶体2结合在一起，座内安装有LED及检测控制单元11、电磁传动控制单元12和主动磁盘13，LED及检测控制单元11中有紫外光LED恒流源与控制电路、数据分析处理单元26、微处理器和功能控制单元。液体病毒检测单元5检测到的单色紫外光信号通过传输线27发送到数据分析处理单元26中，微处理器对接收的检测信号电流与单色LED光源29滚珠电流、标准信号进行对比分析，计算出液体病毒的含量，通过液晶显示屏30进行数据显示。电磁传动控制单元12中由电源电路、交流电磁铁20工作电流和频率控制电流构成，为本装置各个单元提供不同要求的供电电源，通过控制交流电磁铁20的磁场强度、磁极N、S极性转换频率，调整被动磁盘14的转动力矩和转速。

如图6所示，液晶显示单元6由液晶显示屏30、油/水选择键31、基础/液体选择键32、时间选择键33、转速选择键34、蜂鸣器35、报警闪烁灯36、启动/停止按键37和电源开关38构成。液晶显示屏30显示相关参数和功能；按一次油/水选择键31显示油，再按一次显示水，以此确定检测或灭菌的对象时食用油还是饮用水；按一次基础/液体选择键32显示基础，再按一次显示液体，以此确定检测的对象时环境还是液体；按下灭菌时间按键33则显示出60分，再按一次显示90分，每按一次依次显示的灭菌时间分别为60、90、120、150和180分钟；按下转速选择键34则显示出2转/秒，再按一次显示5转/秒，每按一次依次显示的灭菌时间分别为2、5、8、12和15转/秒；启动/停止按键37控制灭菌功能的启动和停止，灭菌功能停止包括定时停止和人为停止2两种方式，在灭菌过程中方式故障时报警闪烁灯36会发出闪烁信号，同时蜂鸣器35发出报警声音，当检测的液体有害物质超过国家标准时，报警控制电路41控制蜂鸣器35、报警闪烁灯36工作，报警闪烁灯36会发出闪烁信号，蜂鸣器35发出报警声音。

如图7所示，液晶显示屏显示被检测液体的病菌含量，单位是μg/kg，常态时显示000.0，三位半液晶显示；灭菌时间显示分别为60、90、120、150、180分钟，常态时显示000，检测过程中显示000；转速显示分别为2、5、8、12、15转/秒，常态时显示00，检测过程中显示00；倒计时分别显示秒和分，进入灭菌过程后开始显示，常态时显示000:00，检测过程中显示000：00；功能显示分别显示油或水、基础或液态。

应用病毒检测单元检测检验环境条件下基础数据时，先通过基础/液体选择键32选择“基础”检测，然后通过油/水选择键31选择“油”或“水”，最后按下启动/停止按键37，进入基础数据检测过程。注意，此时的灭菌时间应显示“000”，转速应显示“00”，倒计时显示“000:00”。

应用病毒检测单元检测检液体数据时，先通过基础/液体选择键32选择“液体”检测，然后通过油/水选择键31选择“油”或“水”，最后按下启动/停止按键37，进入液体数据检测过程。注意，此时的灭菌时间应显示“000”，转速应显示“00”，倒计时显示“000:00”。

进行灭菌时，先通过灭菌时间选择键33选择“60、90、120、150、180”分钟中的一个时间；第二步，通过转速选择键34选择“2、5、8、12、15”转/秒中的一个转速。第三步，通过油/水选择键31选择“油”或“水”。最后按下启动/停止按键，进入灭菌过程。

如图8所示，光电接收处理电路48接收到检测紫外光信号后，传输给信息分析处理单元49，经过分析处理后将模拟信号转转换为数字信号传输给单片机CPU50进行分析计算，计算结果输送到数据存储电路单元48进行存储。需要显示的数据发送给液晶显示单元51进行显示。油/水选择开关39、基础/液体选择开关40与单片机CPU50连接，将选择的信号发送给单片机CUP50进行存储，同时向定时器控制电路43发送相应控制信号，定时选择控制电路43确定了定时时间后，向转速选择控制电路44发出控制信号，转速选择控制电路44接收到定时器的信号后进行比较，确定转速选择控制信号是否有效，并向定时选择控制电路反馈结果信息。定时选择控制电路43确定定时信号、转速信号正确无误后，向电磁铁控制电路42发送电磁铁通电启动信号，液体搅拌器开始转动。同时，定时选择控制电路向紫外LED驱动电路46发送选择不同类型紫外光LED的控制信号，紫外LED驱动电路46向紫外LED发光矩阵45输出恒定电流，使紫外LED发光。

如图9所示，IC1是定时集成电路，J是继电器，IC2是模拟电子多路开关。KT1～KT4是IC2中的电子开关，RT1～RT5是5个电阻值相同的精密电阻。KT4闭合后定时时间为60分钟，KT3闭合后定时时间为90分钟，KT2闭合后定时时间为120分钟，KT1闭合后定时时间为150分钟，KT1-KT4全部断开后定时时间为180分钟，KT1～KT4每次只能有一个闭合或都不闭合。KJ1和KJ2是继电器J的为常闭触点，定时时间结束时IC2的2端口输出高电平，可控硅SCR导通，继电器J动作后，KJ1和KJ2断开，使紫外LED驱动电路停止供电，紫外线照射结束，同时，电磁控制电路和转速选择控制电路断电停止工作。

如图10所示中，IC3～IC6是高增益低漂移运算放大器。检测时，紫外光照射到光敏二极管D，产生电流，经过IC3和IC4构成的双运放差动放大器进行微弱信号放大，信号放大后经过由IC5构成的二阶压控有源低通滤波器和由IC6构成的二阶压控有源高通滤波器进行带通滤波，确保信号无干扰和杂波。IC6输出的模拟信号电压在0～2.5V之间，输出到模数转换电路。

如图11所示，IC7是单片机，IC8是锁存存储器，IC9是A/D模数转换电路，IC10是闪存存储器，IC11是多功能液晶显示模块。经过放大滤波后的模拟信号由IC9的信号输入端输入，通过A/D转换从D0～D7D端口输出数字信号，经过IC8进行锁存，向IC9输出信号由单片机进行分析运算。同时将信号输出到IC10进行存储。IC7单片机分析计算后得到的数据存储到IC10闪存存储器中。需要显示的数据有单片机IC7控制，通过IC11液晶显示模块进行进行显示。

本发明的技术原理如下：

(1)利用病毒、细菌对紫外光的最大吸收峰波长进行检测。由于病毒、细菌对紫外光的吸收、裂解，使入射到被检测液体中的紫外光强度与投射出来的光强度之间产生一定的差异量。

(2)通过对标准样本的多次试验，确定入射/投射的紫外光差异量与病毒、细菌含量的之间关系函数。

(3)在检测环境变化不大和4小时之内的室温情况下，标准石英器皿23、空气、检测单元稳定性等对检测准确性的影响相对稳定。因此，每次检测前，先进行第一步对清洗干净后的标准石英器皿进行检测，以此作为基准，对被检测液体的相关数据进行对比分析。

(4)由于病毒、细菌对最大吸收峰值波长的紫外光进行吸收后产生裂解，使其发生结构变化而导致死亡。死亡后的病毒、细菌不再吸收紫外光。因此，在进行检测过程中，紫外光连续照射、检测时间长短对紫外光差异量有一定影响。所以，在每次检测过程中，应确定检测时间内(1～30秒)，并每间隔0.05秒记录一次紫外光差异量，以此确定紫外光差异量与时间的函数关系。

检测黄曲霉素含量时，使用吸收峰值波长为350nm±5nm的单色LED29紫外光进行照射，光接收变送器28接收的接收峰值波长为350nm±5nm。

检测饮用水中的总大肠菌群、耐热大肠菌群和大肠埃希氏菌时，使用吸收峰值波长为254nm±5nm的单色LED29紫外光进行照射，光接收变送器28接收的接收峰值波长为254nm±5nm。

检测方法：

第一步，测试环境条件下的基础数据。将清洗干净、擦干水迹的标准石英器皿23置于液体检测单元5中的相应位置上，通过基础/液体选择键32选择基础测试功能和液体类别，按下启动/停止按键37，进行检测过程。注意，此时的灭菌时间应显示“000”，转速应显示“00”，倒计时显示“000:00”。检测软件控制程序如下：

(1)启动单色LED29发射紫外光；

(2)数据分析处理单元26向光接收变送器28发出第一次接收光信号指令；

(3)均匀布局的四个光接收变送器28同时接收由单色LED29发射的、透过标准石英器皿23和滤光板25后的紫外光，接收时间为1～5秒；

(4)四个光接收变送器28同时对接收的紫外光光强度在接收时间段内每间隔0.05秒记录一次，并将模拟信号转化为数字信号后发送给数据分析处理单元26存储；

(5)数据分析处理单元26接收数据存储后，即可向光接收变送器28发出第二次接收光信号指令；

(6)均匀布局的四个光接收变送器28同时接收由单色LED29发射的、标准石英器皿23和滤光板25后的紫外光，接收时间为1～5秒；

(7)四个光接收变送器28同时对接收的紫外光光强度在接收时间段内积分后，将模拟信号转化为数字信号并发送给数据分析处理单元26存储；

(8)数据分析处理单元26接收数据存储后，即可向光接收变送器28发出第三次接收光信号指令；

(9)均匀布局的四个光接收变送器28同时接收由单色LED29发射的、透过标准石英器皿23和滤光板25后的紫外光，接收时间为1～5秒；

(10)四个光接收变送器28同时对接收的紫外光光强度在接收时间段内每间隔0.05秒记录一次，并模拟信号转化为数字信号并发送给数据分析处理单元26存储；

(11)数据分析处理单元26分别对四个光接收变送器28发送的三次数据进行对比分析，除掉与平均值差异性超出50％以上的数据，并存储有效；

(12)数据分析处理单元26根据预置在存储器中的紫外光差异量与病毒、细菌含量之间的关系函数计算出病毒、细菌的含量数据，并存储数据；

(13)数据分析处理单元26向液晶显示屏30发送显示病毒、细菌含量数据；

(14)液晶显示屏30显示出数据。

第二步，液体中病毒、病菌含量测试。在标准石英器皿23中加液体至规定量，标准石英器皿23上有容量刻度标识。将盛有待检测液体的标准石英器皿23置于液体检测单元5中的相应位置上，通过功能按键31选择液体测试和液体类别，按下启动/停止按键，进行检测过程，检测软件控制程序如下：

(1)启动单色LED29发射紫外光；

(2)数据分析处理单元26向光接收变送器28发出第一次接收光信号指令；

(3)均匀布局的四个光接收变送器28同时接收由单色LED29发射的、透过被检测液体24、标准石英器皿23和滤光板25后的紫外光，接收时间为1～5秒；

(4)四个光接收变送器28同时对接收的紫外光光强度在接收时间段内每间隔0.05秒记录一次，并模拟信号转化为数字信号并发送给数据分析处理单元26存储；

(5)数据分析处理单元26接收数据存储后，即可向光接收变送器28发出第二次接收光信号指令；

(6)均匀布局的四个光接收变送器28同时接收由单色LED29发射的、透过被检测液体24、标准石英器皿23和滤光板25后的紫外光，接收时间为1～5秒；

(7)四个光接收变送器28同时对接收的紫外光光强度在接收时间段内每间隔0.05秒记录一次，并模拟信号转化为数字信号并发送给数据分析处理单元26存储；

(8)数据分析处理单元26接收数据存储后，即可向光接收变送器28发出第三次接收光信号指令；

(9)均匀布局的四个光接收变送器28同时接收由单色LED29发射的、透过被检测液体24、标准石英器皿23和滤光板25后的紫外光，接收时间为1～5秒；

(10)四个光接收变送器28同时对接收的紫外光光强度在接收时间段内每间隔0.05秒记录一次，并模拟信号转化为数字信号并发送给数据分析处理单元26存储；

(11)数据分析处理单元26分别对四个光接收变送器28发送的三次数据进行对比分析，除掉与平均值差异性超出50％以上的数据，并存储有效；

(12)数据分析处理单元26将本次经过上述处理的数据与第一步检测处理后存储的数据进行比较分析，并根据预置在存储器中的紫外光差异量与病毒、细菌含量之间的关系函数，计算出本次被检测液体24中含有病毒、病菌的含量；

(13)数据分析处理单元26存储本次被检测液体24中含有病毒、病菌的含量数据；

(14)数据分析处理单元26向液晶显示屏30发送显示病毒、细菌含量数据；

(15)液晶显示屏30显示出数据。

第三步，根据液体中病毒、细菌的主体类型选择不同峰值波长的紫外光进行灭杀；通过不同峰值波长的紫外光裂解被检测液体中的病毒、细菌的DNA链断裂、损伤、导致死亡；

食用油中的黄曲霉素B1的最大吸收峰值波长为346nm，B2的最大吸收峰值波长为348nm，G1的最大吸收峰值波长为353nm，G2的最大吸收峰值波长为354nm。因此，应用峰值波长为350nm的紫外光裂解、灭杀食用油中的黄曲霉素病毒。

饮用水中的大肠杆菌类、贾第鞭毛虫和隐孢子虫的最大吸收峰值波长为253.7nm，因此，应用峰值波长为254nm的紫外光裂解、灭杀饮用水中的大肠杆菌类、贾第鞭毛虫和隐孢子虫等细菌、病毒。

第四步，选择不同的单色紫外光照射剂量灭杀被测液体中的病毒、病菌；根据被测液体的不同，选择不同的光功率体密度和照射时间；灭杀食用油中的黄曲霉素时需要350nm紫外光在液体表面(石英玻璃内胆9的内表面)的照射剂量为300～3000mW·min/cm²，在石英玻璃内胆9中照射的光功率体密度为50～500mW/cm³，照射时间100～300min。

灭杀饮用水中的病毒、病菌时需要254nm紫外光在液体表面(石英玻璃内胆9的内表面)的照射剂量为30～300mW·min/cm²，在石英玻璃内胆9中照射的光功率体密度为10～100mW/cm³，照射时间60～150min。

第五步，采取对液体顺时针、逆时针交替搅拌方式，使液体能够均匀接受紫外光照射和灭菌，进行灭菌；将液体倒入石英玻璃内胆中，盖上桶盖，注意桶盖内中心部位的凹槽应与液体搅拌器中的上滚珠对齐；分别设置紫外线灭菌时间、液体搅拌器转速，进行灭菌；采取对液体顺时针、逆时针交替搅拌方式，使液体能够均匀接受紫外光照射和灭菌。搅拌器转动速度不宜过快，控制在2～15转/秒，顺时针转动搅拌5分钟后再逆时针转动5分钟，以此交替进行。转速、顺时针和逆时针转动时间、总转动时间(紫外光照射、灭菌时间)可通过液晶显示单元6中的相关按键进行设置。

第六步，对灭菌后的被测液体进行病毒、病菌含量检测。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种液体紫外光灭菌、检测装置，其特征是：包括桶体、桶底座，放液阀门设置于桶体下部；桶体设置于桶底座上，桶体内部设置有内胆，桶底座内部设有磁驱动装置、控制单元；内胆中装设有由磁驱动装置驱动其旋转的搅拌器，内胆与桶体外壳的间隙处分布有若干个紫外光LED单元，桶底座中设有病毒检测单元。

2.如权利要求1所述的一种液体紫外光灭菌、检测装置，其特征是：所述磁驱动装置，包括主动磁盘和被动磁盘，被动磁盘安装于内胆底部，主动磁盘设置于内胆底部外侧，所述主动磁盘和被动磁盘的位置相对应。

3.如权利要求2所述的一种液体紫外光灭菌、检测装置，其特征是：所述被动磁盘为圆形盘或圆环盘，上面固定有磁盘骨架，沿磁盘圆周均匀设有n个永久磁铁，8≤n≤36，且n为偶数；永久磁铁的N极、S极面向主动磁盘，且交替布设；磁盘骨架的中心处安装有下滚珠。

4.如权利要求2所述的一种液体紫外光灭菌、检测装置，其特征是：所述主动磁盘为圆形盘或圆环盘，沿主动磁盘圆周均匀设有m个交流电磁铁，10≤m≤40，且4≥m-n≥2，且m为偶数，交流电磁铁的磁极面向被动磁盘，与被动磁盘中的永久磁铁磁极面对应；通过交流电控制，使m个电磁铁中的磁极面交替产生N极、S极。

5.如权利要求1所述的一种液体紫外光灭菌、检测装置，其特征是：所述搅拌器，包括上滚珠、下滚珠、搅拌片和连桥，两片搅拌片的上端通过连桥连接，两片搅拌片的下端固定在磁驱动装置的被动磁盘上，连桥与被动磁盘分别通过上、下滚珠连接桶盖内部、内胆底部；所述上滚珠、下滚珠与桶盖和内胆底部的连接位置处设有半圆形凹槽，直径大于上、下滚珠的直径。

6.如权利要求1所述的一种液体紫外光灭菌、检测装置，其特征是：所述病毒检测单元，包括单色恒流源、单色LED、聚光罩、滤光板、光接收变送器、传输线和数据分析处理单元，其中，聚光罩为抛物面结构固定于单色恒流源下端，单色LED设置于聚光罩焦点位置，装有被检测液体的石英器皿放置于聚光罩下，滤光板设置于石英器的正下方，光接收变送器位于滤光板下端，通过传输线连接数据分析处理单元；所述桶底座中设有液晶显示单元，包括液晶显示屏、功能按键、参数按键、电源开关、启动/停止按键、报警闪烁灯和蜂鸣器，功能按键、参数选择按键、电源开关、启动/停止按键、报警闪烁灯和蜂鸣器分别连接液晶显示屏。

7.如权利要求1所述的一种液体紫外光灭菌、检测装置，其特征是：所述控制单元，包括光电接收处理电路、信息分析处理单元、单片机、报警控制电路、电磁铁控制电路、定时选择控制电路、转速选择控制电路、紫外LED驱动电路；其中，紫外LED驱动电路、转速选择控制电路、电磁铁控制电路分别连接定时选择控制电路，定时选择控制电路连接单片机，光电接收处理电路、数据存储电路单元分别连接信息分析处理单元，信息分析处理单元和报警控制电路分别连接单片机。

8.一种采用上述液体紫外光灭菌、检测装置的使用方法，其特征是：具体步骤为：

(1)对被测液体进行灭菌前的病毒、病菌含量进行检测；

(2)根据液体中病毒、细菌的主体类型选择不同峰值波长的紫外光进行灭杀；通过不同峰值波长的紫外光裂解被检测液体中的病毒、细菌的DNA链断裂、损伤、导致死亡；

(3)选择不同的单色紫外光照射剂量灭杀被测液体中的病毒、病菌；根据被测液体的不同，选择不同的光功率体密度和照射时间；

(4)采取对液体顺时针、逆时针交替搅拌方式，使液体能够均匀接受紫外光照射和灭菌。进行灭菌时，将液体倒入石英玻璃内胆中，盖上桶盖，注意桶盖内中心部位的凹槽应与液体搅拌器中的上滚珠对齐；分别设置紫外线灭菌时间、液体搅拌器转速和液体种类，进行灭菌；

(5)对灭菌后的被测液体进行病毒、病菌含量检测。

9.如权利要求8所述的使用方法，其特征是：所述步骤(1)，具体包括以下步骤：

(a)检测测试环境条件下的基础数据：将清洗干净、擦干水迹的标准石英器皿置于液体检测单元中的相应位置上，通过功能按键选择基础测试功能和液体类别，按下启动/停止按键，进行检测；

(b)液体中病毒、病菌含量测试：通过功能按键选择液体测试功能，在标准石英器皿中加液体至规定量，标准石英器皿上有容量刻度标识，将盛有待检测液体的标准石英器皿置于液体检测单元中的相应位置上，通过功能按键选择液体测试功能和液体类别，按下启动/停止按键，进行检测。

10.如权利要求8所述的使用方法，其特征是：所述步骤(a)，包括以下步骤：

1)启动单色LED发射紫外光；

2)数据分析处理单元向光接收变送器发出一次接收光信号指令；

3)均匀布局的四个光接收变送器同时接收由单色LED发射的、透过标准石英器皿和滤光板后的紫外光，接收时间为1～5秒；

4)四个光接收变送器同时对接收的紫外光光强度在接收时间段内每间隔0.05秒记录一次，并将模拟信号转化为数字信号后发送给数据分析处理单元存储；

5)自动重复步骤1)-4)；直到记录满三次；

6)数据分析处理单元分别对四个光接收变送器发送的三次数据进行对比分析，除掉与平均值差异性超出50％以上的数据，并存储有效；

7)数据分析处理单元根据预置在存储器中的紫外光差异量与病毒、细菌含量之间的关系函数计算出病毒、细菌的含量数据，并存储数据；

8)数据分析处理单元向液晶显示屏发送显示病毒、细菌含量数据；

9)液晶显示屏显示出数据。