CN104807755B - 用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置和方法。本发明装置包括光源辐射单元、检测室单元、多探头检测单元、信号处理单元、控制单元和显示单元。光源辐射单元位于检测室单元的底部，检测室单元的输入端与光源辐射单元的输出端连接；多探头检测单元的输入端与检测室单元相连，信号处理单元的输入端与多探头检测单元的输出端相连；控制单元的输入端与信号处理单元的输出端相连，显示单元的输入端与控制单元的输出端相连。本发明由于采用光致超声技术、多个超声探头探测方法和数据并行处理技术，并且采用互相关算法来获取食品添加剂特征光声信号，可以大大地提高检测精度，并且检测范围和实用性更强。

Description

用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置和 方法

技术领域

本发明涉及食品质量检测装置，具体地指一种用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置和方法。

背景技术

民以食为天，食品质量安全是关系国计民生和人民生命健康的头等大事。在日常生活中，我们会频繁地接触和食用各种各样的食品，其中很多食品中为了增加口感和风味，需要在食品中适量地添加一些添加剂，如：乳酸、维C和香料等。

在国际上，包括中国在内的许多国家对食品中的添加剂及其成分含量是有很严格地要求和指标控制的，其相关食品生产的厂家需要遵守各国食品安全标准来进行生产，并且还有相关食品检测部门的监督和检查，其目的是通过一些法规和标准来使得生产出来的食品质量符合安全，可以保障人民的生命健康。

然而，一些无良商家和小贩，为了最大限度地获取高额利润，除了使用劣质食品原材料之外，还在食品中非法添加一些不符合规范要求的添加剂或者含量超标。对于食品添加剂而言，除了一些安全无毒副作用的添加剂之外，还有很多是具有毒副作用的，比如：防腐剂(二氧化硫)、增白剂(过氧化苯甲酰)、抗氧化剂(二丁基羟基甲苯)和着色剂(苏丹红)等，这些非法添加和超标添加的添加剂，由于无法吸收而在人体内沉积，如果长时间食用，当溶度含量达到一定程度，势必对人体的神经和器官功能造成伤害，给人体生命健康带来很大的隐患。

除了出台安全标准和相关部门的监督检测之外，为了使得食品中非法添加剂成分和含量暴露无遗，以及为惩戒无良商家有理有据，需要利用高效、准确可靠的检测仪器对相关食品中的添加剂进行检测。

目前，高效液相、气相和质谱仪器已经用于食品添加剂的检测。但是，由于此类设备价格非常昂贵，需要对检测对象进行破坏性地处理、且检测步骤繁琐、检测周期较长，基本属于实验室类型的检测设备，故易操作性、现场实用性和性价比等受到一定的影响。另外，虽然已有利用红外(近红外)光谱检测方法来对食品中添加剂成分和含量的研究报道和相关检测设备，如：中国专利申请号为201410690114.3公开了一种利用近红外光谱法进行食品药品检测，但是由于这种光谱检测法容易受到食品中其他成分(包括：水分)的干扰，使得检测的光谱容易产生重叠，甚至使得某些含量较低的添加剂光谱信号被其他成分的光谱信号掩盖而无法实现准确地检测。

而光声检测是利用光声超声技术，将一定调制频率的光信号辐射检测物质，由于检测物质对入射光的某些波长具有特征吸收的特点，吸收特征波长的光而产生能量的聚集和释放，基于热弹性膨胀机理，能量聚集和释放将产生一定频率的超声机械波。因此，通过超声探测器来捕获这些含特征信息的超声机械波，并利用相关分析算法就可以对被测食品添加剂成分及含量进行解析。虽然已经有食品添加剂成分光声检测的专利报道，如：中国专利申请号为201320594523.4公开了一种快速检测液态食品中添加剂的光声装置，但是由于一次检测只能对某一种添加剂成分和含量进行检测，无法实现一次同时检测多种添加剂成分和含量；而且超声探测器易受到前向入射光的干扰，并且检测准确度、稳定性和可重复性等也有待提高。另外，虽然已经有光声技术应用于液态成分的检测文献报道，如：[ZhongRen,Guodong Liu,Zhen Huang.Investigation of Glucose Concentration Measurementbased on Tunable Pulsed Laser induced Photoacoustic technique.Chinese OpticsLetters,S21701,2013]，但是由于采用单个超声探测器来采集光声信号，且前向探测模式，容易使得被测样品的光声信号受到前向入射光源的干扰，使得检测精度和稳定性受到影响。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置和方法，可以大大提高食品添加剂成分定性和含量定量检测的准确度。

为实现上述目的，本发明所设计的用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置，包括光源辐射单元、检测室单元、多探头检测单元、信号处理单元、控制单元和显示单元，其特别之处在于：所述光源辐射单元位于检测室单元的底部，所述检测室单元的输入端与光源辐射单元的输出端连接；所述多探头检测单元的输入端与检测室单元相连，所述信号处理单元的输入端与多探头检测单元的输出端相连；所述控制单元的输入端与信号处理单元的输出端相连，所述显示单元的输入端与控制单元的输出端相连。

上述方案中，所述光源辐射单元沿光传播方向依次设置有光源、滤光片、准直透镜和聚集透镜。

上述方案中，所述光源辐射单元中的光源为可调谐脉冲激光器或带斩波器的连续光谱卤素灯，光源的光谱范围可为紫外波段到红外波段。所述滤光片为与所选光源波长对应的带通滤光片或者截止滤光片。

上述方案中，所述检测室单元包括固定托盘、固定在固定托盘上的样品池、置于样品池中的比色皿，所述样品池和比色皿之间设置有耦合液，所述固定托盘、样品池和比色皿均为透明材料的石英玻璃。所述样品池与光源辐射单元的输出端相连，接收光源辐射单元入射的调制光信号，同时产生反映食品添加剂成分和含量的光声信号，经被测食品扩散至多探头检测单元的输入端，然后被多探头检测器单元捕获；所述比色皿用于装载测试样品；所述耦合液为医用超声耦合液，位于样品池和比色皿之间，用于提高食品添加剂光声信号探测灵敏度和减小因阻抗不匹配而带来的信号失真等问题。

上述方案中，所述多探头检测单元由前侧超声探测器、后侧超声探测器、左侧超声探测器和右侧超声探测器构成，所述4个超声探测器分别位于检测室单元的前侧、后侧、左侧和右侧4个不同方向上，所述多探头检测单元的超声探测器探头与耦合液直接接触，且超声探测器的探头平面与比色皿外壁面保持平行并紧密接触。

上述方案中，所述前侧超声探测器、后侧超声探测器、左侧超声探测器和右侧超声探测器为聚焦型或非聚焦型超声探测器，其探测中心频率大于或等于1MHz。

上述方案中，所述信号处理单元包括信号放大器、信号滤波器和信号采集卡，所述信号放大器为多路并行信号放大器，其输入端分别与多探头检测单元的输出端相连；所述信号滤波器的输入端分别与信号放大器的多个输出端并行相连；所述信号采集卡的输入端与信号滤波器的多个输出端并行相连。在信号处理单元中，信号放大器、信号滤波器和信号采集卡依次电气方式连接。所述信号放大器、信号滤波器和信号采集卡均为多路信号并行方式，所述多路信号并行数不少于4个。所述信号滤波器用于滤除添加剂光声电信号中干扰信号，所述信号采集卡用于以一定的采集频率对滤波后的光声电信号进行采样、量化和编码，将模拟光声电信号转换成对应的数字信号。

上述方案中，所述控制单元由计算机、光源辐射单元控制电路、存储器、同步时序电路和控制软件构成；所述计算机配有GPIB-USB总线、PCI总线和PXI总线，所述计算机通过GPIB-USB总线、PCI总线或PXI总线与信号处理单元相连接，并实现数据的传输；所述计算机的输出端分别与光源辐射单元控制电路、存储器、同步时序电路和控制软件的输入端相连接；所述光源辐射单元控制电路的输出端与光源辐射单元相连，所述同步时序电路的输出端与信号放大器、信号滤波器和信号采集卡相连接；所述控制单元与信号采集卡相连。

所述的计算机具有GPIB-USB总线、PCI总线或PXI总线等数据传输功能；所述光源辐射单元控制电路用于接收计算机发出的开启、关闭和光源功率参数调节等指令，从而实现光源辐射单元的光源输出、关闭和光源参数调节等功能；所述存储器在接收到计算机的存储指令下，用于将添加剂光声信号进行存储，以待后续分析和显示；所述同步时序电路用于接收计算机发出的同步时序信号，实现光源辐射单元、检测单元和控制单元的同步触发操作；所述控制软件为基于计算机硬件和操作系统下安装的各种控制软件，控制软件包括光源控制软件、基于LabVIEW语言开发的用于实现添加剂光声信号的采集、信号触发和信号存储等的控制软件、基于MATLAB语言开发的添加剂成分定性和含量定量检测的数据分析、处理和显示的软件。

上述方案中，所述显示单元为显示屏，所述显示单元与控制单元中的计算机及软件相连接。

本发明还涉及利用上述食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置的检测方法，包括如下步骤：

第一步，样品加载：将含有食品添加剂的被测样品置于检测室单元的比色皿中；

第二步，开启控制单元中的计算机和操作系统，然后开启控制软件中的光源控制软件，设置光源的相关参数；

第三步，开启光源辐射单元中的光源电源开关，确认光源工作正常后，点击控制软件中的光源控制软件中的开启按钮，发送光源触发指令，这时光源发出光；

第四步，光源发出的光，经过滤光片滤除干扰波长，再经过准直透镜准直和聚集透镜聚集后入射到检测室单元的比色皿中的被测样品上；此时，被测样品吸收入射光，由于吸收能量引起局部热弹性膨胀，从而产生超声机械波，即光声信号；

第五步，被测样品激发产生的光声信号由置于比色皿前侧、后侧、左侧和右侧4个方向的超声探测器接收，并转换为对应强度的电信号，经多路信号放大器放大、信号滤波器滤波；

第六步，开启控制单元的控制软件中的数据采集控制软件，发送采集指令，触发信号采集卡按照一定的采集频率对4路食品添加剂的光声电信号进行并行采集，并转换为相应的数字信号；由数据采集控制软件发出数据存储指令，将数字信号经GPIB-USB总线、PCI总线或者PXI总线进行传输，并存储至计算机的存储器中进行保存；

第七步，开启控制单元的控制软件中的数据分析软件，调用存储器中的4路食品添加剂光声数字信号，利用去噪程序去除噪声信号，再利用互相关算法对食品添加剂光声信号进行提取；再利用定性和定量程序对添加剂进行定性识别和含量定量分析；其中，所述互相关算法简述如下：

假设2个待测信号分别为x₁(t)＝s₁(t)+n₁(t)和x₂(t)＝s₂(t)+n₂(t)，其中，s₁(t)和s₂(t)为有用信号，n₁(t)和n₂(t)为噪声信号，则互相关函数为：

由于R_1,2(t)包含了食品添加剂光声有用信号，再通过滤波或去噪算法，就可以将食品添加剂特征光声信号进行提取出来；

第八步，将识别的食品添加剂的光声信号在显示单元的显示屏上进行实时显示，并且对食品添加剂类型进行识别，同时输出该类食品添加剂成分的含量百分比值。

本发明的有益效果在于：相比光谱检测法，本发明采用光致超声技术，从原理上避免了被测物质内部其他组分散射光给检测带来的干扰，极大地提高了检测精度和信噪比。

与液相、气相色谱和质谱法相比，本发明无需对被测样品进行过多的复杂的前处理，对于液体食品可以直接上机测试，极大方便了仪器的操作和使用，实用性更强。本发明采用多个超声探头从多个不同方向来采集含有食品添加剂被测样品的光声信号，并采用互相关算法可以使得添加剂特征光声信号提取更加准确，可以大大提高检测精度。另外，由于该装置装配了多个超声传感器，还可以实现对含有多种添加剂成分的同时检测，使得检测范围更宽、功能更强。本发明采用侧向光声探测模式，可以大大地减少激光器前向探测带来的激光辐射干扰，大大地提高了测量的可靠性和稳定性。因此，本发明基于多探头捕获的光声信号，通过多信号分析技术可以大大的提高添加剂成分定性和含量定量检测的准确度。

附图说明

图1为用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置的结构示意图。

图2为图1中检测室单元的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置，包括光源辐射单元100、检测室单元200、多探头检测单元300、信号处理单元400、控制单元500和显示单元600。光源辐射单元100位于检测室单元200的底部，检测室单元200的输入端与光源辐射单元100的输出端连接；多探头检测单元300的输入端与检测室单元200相连，信号处理单元400的输入端与多探头检测单元300的输出端相连；控制单元500的输入端与信号处理单元400的输出端相连，显示单元600的输入端与控制单元500的输出端相连。

光源辐射单元100沿光传播方向依次设置有光源101、滤光片102、准直透镜103和聚集透镜104。

光源辐射单元100中的光源101为可调谐脉冲激光器或带斩波器的连续光谱卤素灯，光源101的光谱范围可为紫外波段到红外波段；滤光片102为与所选光源101波长对应的带通滤光片或者截止滤光片。

作为优选一光源101，在本实施例中，脉冲激光器为光学参量振荡器脉冲激光器；其规格为532nm泵浦源调Q Nd：YAG；激光输出波长为680～2500nm，并在波长范围内可以以1～20nm间隔可调；整个波段内能量小于或等于10mJ，秒冲持续时间为10ns；重复频率为1～20Hz可调；输出能量为0～100％内可调；在有效波长范围内。

光源101优选二，所述光源101为波长范围从紫外到红外波段的连续光谱光源，如：卤素灯(飞利浦，MR11/12V 35W)，另外还需配置由步进电机驱动转动的斩波器，用于产生一定调制频率的脉冲光源。

如图2所示，检测室单元200包括固定托盘201、固定在固定托盘201上的样品池202、置于样品池202中的比色皿203，样品池202和比色皿203之间设置有耦合液204，固定托盘201、样品池202和比色皿203均为透明材料的石英玻璃。其中，固定托盘201和样品池202为固定器件、比色皿203为可更换元器件，即：每次测试均可以更换，消除多次检测不同物质的干扰。所述耦合液204优选采用医用超声耦合液，用于提高添加剂光声信号与探测器的阻抗匹配。

多探头检测单元300由前侧超声探测器301、后侧超声探测器302、左侧超声探测器303和右侧超声探测器304构成，4个超声探测器分别位于检测室单元200的前侧、后侧、左侧和右侧4个不同方向上，多探头检测单元300的超声探测器探头与耦合液204直接接触，且超声探测器的探头平面与比色皿203外壁面保持平行并紧密接触。

前侧超声探测器301、后侧超声探测器302、左侧超声探测器303和右侧超声探测器304为聚焦型或非聚焦型超声探测器，其探测中心频率大于或等于1MHz。本实施例中，前侧超声探测器301、后侧超声探测器302、左侧超声探测器303和右侧超声探测器304为广州多普勒电子科技有限公司生产的I1P01NF40、I1P02NF40、I1P05NF40或I1P10NF40型超声探测器，超声探测器的中心响应频率分别约为1.0MHz、2.0MHz、5.0MHz和10.0MHz。

信号处理单元400包括信号放大器401、信号滤波器402和信号采集卡403，信号放大器401为多路并行信号放大器，其输入端分别与多探头检测单元300的输出端相连；信号滤波器402的输入端分别与信号放大器401的多个输出端并行相连；信号采集卡403的输入端与信号滤波器402的多个输出端并行相连。本实施例中，所述信号放大器401为增益可调电压放大器，所述信号滤波器402为有源低通滤波器；所述信号采集卡403为NI公司的数据采集卡PXI/PCI-5105。

控制单元500由计算机501、光源辐射单元控制电路502、存储器503、同步时序电路504和控制软件505构成；计算机501配有GPIB-USB总线、PCI总线和PXI总线，计算机501通过GPIB-USB总线、PCI总线或PXI总线与信号处理单元400相连接，并实现数据的传输；计算机501的输出端分别与光源辐射单元控制电路502、存储器503、同步时序电路504和控制软件505的输入端相连接；光源辐射单元控制电路502的输出端与光源辐射单元100相连，同步时序电路504的输出端与信号放大器401、信号滤波器402和信号采集卡403相连接；控制单元500与信号采集卡403相连。

控制软件505包括光源控制软件、数据采集控制软件及数据分析软件。本实施例中，光源控制软件为OPPTEKV1.2.18型激光器驱动软件；负责开启脉冲激光器，并对脉冲激光器的基本参数(如：激光器输出能量、脉冲频率和波长等)进行设置；数据采集控制软件为虚拟仪器控制软件LabVIEW，通过图形化编程来控制信号采集卡403的数据采集，以及光声信号的实时显示及数据存储等操作；数据分析软件为MATLAB编程，实现对采集到的添加剂光声数据进行去噪、预处理、定性和含量定量检测等操作。

显示单元600为显示屏，显示单元600与控制单元500中的计算机501相连接。

基于以上食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置，本发明利用上述检测装置进行检测的方法，具体步骤如下：

第一步，样品加载：将含有食品添加剂的被测样品置于检测室单元200的比色皿203中；如果被测样品是液态样品，则无需对被测样品进行处理，可以直接利用滴定法将液体慢慢滴入比色皿203中；如果被测样品是固态样品，可以先用碾钵将其碾碎成粉状，然后利用乙醇或乙腈溶液对碾碎的粉末进行溶解，再利用过滤膜进行过滤去除颗粒较大的物质，然后利用乙醚等萃取溶液进行萃取，最后将萃取出的溶液滴入比色皿203中；

第二步，开启控制单元500中的计算机501和操作系统，然后开启控制软件505中的光源控制软件，设置好光源101中激光器的相关参数，如：激光器输出能量百分比、调制频率、激发波长等；

第三步，开启光源辐射单元100中的光源101的电源开关，确认光源101工作正常后，点击控制软件505中的光源控制软件中的开启按钮，即发送光源触发指令，这时光源101发出光；

第四步，光源101发出的光，经过滤光片102滤除干扰波长，再经过准直透镜103准直和聚集透镜104聚集后入射到检测室单元200的比色皿203中的被测样品上；此时，被测样品吸收入射光，由于吸收能量引起局部热弹性膨胀，从而产生超声机械波，即光声信号；

第五步，被测样品激发产生的光声信号由置于比色皿203前侧、后侧、左侧和右侧4个方向的超声探测器(301、302、303和304)同时接收，并转换为对应强度的电信号，经信号放大器401放大、信号滤波器402滤波；

第六步，开启控制单元500的控制软件505中的数据采集控制软件，发送采集指令，触发信号采集卡403按照一定的采集频率对4路食品添加剂的光声电信号进行并行采集，并转换为相应的数字信号；由数据采集控制软件发出数据存储指令，将数字信号经GPIB-USB总线、PCI总线或者PXI总线进行传输，并存储至计算机的存储器503中进行保存；

第七步，开启控制单元500的控制软件505中的数据分析软件，调用存储器503中的4路食品添加剂光声数字信号，利用去噪程序去除噪声信号，再利用互相关算法对食品添加剂光声信号进行提取；再利用定性和定量程序对添加剂进行定性识别和含量定量分析；其中，所述互相关算法简述如下：

假设2个待测信号分别为x₁(t)＝s₁(t)+n₁(t)和x₂(t)＝s₂(t)+n₂(t)，其中，s₁(t)和s₂(t)为有用信号，n₁(t)和n₂(t)为噪声信号，则互相关函数为：

由于R_1,2(t)包含了食品添加剂光声有用信号，再通过滤波或去噪算法，就可以将食品添加剂特征光声信号进行提取出来；

第八步，将识别的食品添加剂的光声信号在显示单元600的显示屏上进行实时显示，并且对食品添加剂类型进行识别，同时输出该类食品添加剂成分的含量百分比值。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置，包括光源辐射单元(100)、检测室单元(200)、多探头检测单元(300)、信号处理单元(400)、控制单元(500)和显示单元(600)，其特征在于：

所述光源辐射单元(100)位于检测室单元(200)的底部，所述光源辐射单元(100)用于向检测室单元(200)发射一定调制频率的激光信号，所述检测室单元(200)的输入端与光源辐射单元(100)的输出端连接，所述光源辐射单元(100)沿光传播方向依次设置有光源(101)、滤光片(102)、准直透镜(103)和聚集透镜(104)；所述光源辐射单元(100)中的光源(101)为可调谐脉冲激光器或带斩波器的连续光谱卤素灯，光源(101)的光谱范围可为紫外波段到红外波段；所述滤光片(102)为与所选光源(101)波长对应的带通滤光片或者截止滤光片；

所述检测室单元(200)由下至上依次设置有固定托盘(201)、固定在固定托盘(201)上的样品池(202)、以及置于样品池(202)中的比色皿(203)，所述样品池(202)和比色皿(203)之间填充有耦合液(204)，所述固定托盘(201)、样品池(202)和比色皿(203)均为透明材料的石英玻璃；

所述多探头检测单元(300)的输入端与检测室单元(200)相连，用于捕获检测室单元(200)中被测食品添加剂产生的光声信号，同时将反映食品添加剂成分及含量的光声信号转换成对应强度的电信号；所述多探头检测单元(300)由前侧超声探测器(301)、后侧超声探测器(302)、左侧超声探测器(303)和右侧超声探测器(304)构成，所述4个超声探测器分别位于检测室单元(200)的前侧、后侧、左侧和右侧4个不同方向上，所述多探头检测单元(300)的超声探测器探头与耦合液(204)直接接触，且超声探测器的探头平面与比色皿(203)外壁面保持平行并紧密接触；

所述信号处理单元(400)的输入端与多探头检测单元(300)的输出端相连，用于将多探头检测单元(300)输出的电信号进行信号放大、滤波预处理和采集卡进行信号采集并转换为数字信号；所述控制单元(500)的输入端与信号处理单元(400)的输出端相连，用于发送相关指令信号控制光源辐射单元(100)、多探头检测单元(300)和信号处理单元(400)的开启、食品添加剂光声信号的数据处理、存储和食品添加剂类型的定性和含量定量的判定操作；所述显示单元(600)的输入端与控制单元(500)的输出端相连，用于对控制单元(500)处理的食品添加剂光声信号、成分及含量进行显示。

2.根据权利要求1所述的用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置，其特征在于：所述前侧超声探测器(301)、后侧超声探测器(302)、左侧超声探测器(303)和右侧超声探测器(304)为聚焦型或非聚焦型超声探测器，其探测中心频率大于或等于1MHz。

3.根据权利要求1所述的用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置，其特征在于：所述信号处理单元(400)包括信号放大器(401)、信号滤波器(402)和信号采集卡(403)，所述信号放大器(401)为多路并行信号放大器，其输入端分别与多探头检测单元(300)的输出端相连；所述信号滤波器(402)的输入端分别与信号放大器(401)的多个输出端并行相连；所述信号采集卡(403)的输入端与信号滤波器(402)的多个输出端并行相连。

4.根据权利要求1所述的用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置，其特征在于：所述控制单元(500)由计算机(501)、光源辐射单元控制电路(502)、存储器(503)、同步时序电路(504)和控制软件(505)构成；所述计算机(501)配有GPIB-USB总线、PCI总线和PXI总线，所述计算机(501)通过GPIB-USB总线、PCI总线或PXI总线与信号处理单元(400)相连接，并实现数据的传输；所述计算机(501)的输出端分别与光源辐射单元控制电路(502)、存储器(503)、同步时序电路(504)和控制软件(505)的输入端相连接；所述光源辐射单元控制电路(502)的输出端与光源辐射单元(100)相连，所述同步时序电路(504)的输出端与信号放大器(401)、信号滤波器(402)和信号采集卡(403)相连接；所述控制单元(500)与信号采集卡(403)相连，由计算机(501)和控制软件(505)发出采集指令触发信号采集卡(403)进行光声电信号的采集。

5.根据权利要求1所述的用于食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置，其特征在于：所述显示单元(600)为显示屏，所述显示单元(600)与控制单元(500)中的计算机(501)相连接。

6.一种适用于权利要求1～5之一所述食品添加剂成分和含量的多探头快速光声检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，样品加载：将含有食品添加剂的被测样品置于检测室单元(200)的比色皿(203)中；

第二步，开启控制单元(500)中的计算机(501)和操作系统，然后开启控制软件(505)中的光源控制软件，设置光源(101)的相关参数；

第三步，开启光源辐射单元(100)中的光源电源开关，确认光源(101)工作正常后，点击控制软件(505)中的光源控制软件中的开启按钮，发送光源触发指令，这时光源(101)发出光；

第四步，光源(101)发出的光，经过滤光片(102)滤除干扰波长，再经过准直透镜(103)准直和聚集透镜(104)聚集后入射到检测室单元(200)的比色皿(203)中的被测样品上；此时，被测样品吸收入射光，由于吸收能量引起局部热弹性膨胀，从而产生超声机械波，即光声信号；

第五步，被测样品激发产生的光声信号由置于比色皿(203)前侧、后侧、左侧和右侧4个方向的超声探测器(301、302、303和304)接收，并转换为对应强度的电信号，经多路信号放大器(401)放大、信号滤波器(402)滤波；

第六步，开启控制单元(500)的控制软件(505)中的数据采集控制软件，发送采集指令，触发信号采集卡(403)按照一定的采集频率对4路食品添加剂的光声电信号进行并行采集，并转换为相应的数字信号；由数据采集控制软件发出数据存储指令，将数字信号经GPIB-USB总线、PCI总线或者PXI总线进行传输，并存储至计算机的存储器(503)中进行保存；

第七步，开启控制单元(500)的控制软件(505)中的数据分析软件，调用存储器(503)中的4路食品添加剂光声数字信号，利用去噪程序去除噪声信号，再利用互相关算法对食品添加剂光声信号进行提取；再利用定性和定量程序对添加剂进行定性识别和含量定量分析；其中，所述互相关算法简述如下：

假设2个待测信号分别为x₁(t)＝s₁(t)+n₁(t)和x₂(t)＝s₂(t)+n₂(t)，其中，s₁(t)和s₂(t)为有用信号，n₁(t)和n₂(t)为噪声信号，则互相关函数为：

$R_{1,2}\left(t\right)=\underset{T\→\mathrm{\∞}}{\lim }\frac{1}{2T}\underset{-T}{\overset{T}{\∫}}{x}_1\left(\mathrm{\τ}\right)x_2(t-\mathrm{\τ})d\mathrm{\τ}$

由于R_1,2(t)包含了食品添加剂光声有用信号，再通过滤波或去噪算法，就可以将食品添加剂特征光声信号进行提取出来；

第八步，将识别的食品添加剂的光声信号在显示单元(600)的显示屏上进行实时显示，并且对食品添加剂类型进行识别，同时输出该类食品添加剂成分的含量百分比值。