CN107703069B - 基于恒定电流的分光光度计食品安全检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于恒定电流的分光光度计食品安全检测，包括：比色皿、硅光电池、放大器、单片机控制器、上位机，采用不同波长范围的LED灯，放大器内不存在输入嵌位电路，LED的响应时间在6ns‑15ns之间，LED芯片结工作温度为30度，采用脉冲稳流方式为LED供电，通过单片机控制使得每次测量时从LED发光到硅光电池感测的时间间隔一致为1.3s，保证入射光的一致，提高了检测的精度，克服了在LED灯启动以及熄灭时光源不稳定带来的问题，保证了电流的恒定。
Description
技术领域
本发明涉及食品安全检测领域，具体涉及一种基于恒定电流的分光光度计食品安全检测，通过被测物质与显色剂的反应产物在可见光区吸收光谱的特性来定性鉴别被测物质，通过Beer定律(在 一定条件下，吸光度与被测物质浓度成正比，A＝abc)来定量测定被测物质含量。
背景技术
分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。
在分光光度计中，将不同波长的光连续地照射到一定浓度的样品溶液时，便可得到与众不同波长相对应的吸收强度。如以波长(λ)为横坐标，吸收强度(A)为纵坐标，就可绘出该物质的吸收光谱曲线。利用该曲线进行物质定性、定量的分析方法，称为分光光度法，也称为吸收光谱法。用紫外光源测定无色物质的方法，称为紫外分光光度法；用可见光光源测定有色物质的方法，称为可见光光度法。它们与比色法一样，都以Beer-Lambert定律为基础。上述的紫外光区与可见光区是常用的。但分光光度法的应用光区包括紫外光区，可见光区，红外光区。
根据朗伯(Lambert)-比尔(Beer)定律:A＝abc，当一束强度为I0的单色光垂直照射某物质的溶液后,由于一部分光被体系吸收, 因此透射光的强度降至I,则溶液的透光率T为:
式中A为吸光度，b为溶液层厚度(cm)，c为溶液的浓度 (g/dm^3)，a为吸光系数。其中吸光系数与溶液的本性、温度以及波长等因素有关。溶液中其他组分(如溶剂等)对光的吸收可用空白液扣除。
由上式可知，当固定溶液层厚度l和吸光系数时，吸光度 A与溶液的浓度成线性关系。在定量分析时，首先需要测定溶液对不同波长光的吸收情况(吸收光谱)，从中确定最大吸收波长，然后以此波长的光为光源，测定一系列已知浓度c溶液的吸光度A，作出 A～c工作曲线。在分析未知溶液时，根据测量的吸光度A，查工作曲线即可确定出相应的浓度。这便是分光光度法测量浓度的基本原理。
现有的采用分光光度法的检测仪器，大多采用单光源单接收光路，且设备的工作环境没有具体设置，且在信号放大时都包含嵌位电路，LED的响应时间也没有具体的设定，LED芯片结的工作温度亦没有研究，这类设备的优点是：原理清晰、光路简洁，是经典的管路分析系统，但该系统对工作温度、响应时间控制、以及恒定电流设计等误差控制能力较弱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有食品检测中分光光度仪器存在的不能克服外界条件的差异，导致不能提供恒定电流，因此，本发明提供一种能克服周围环境因素影响导致电流不恒定 的一种基于恒定电流的分光光度计食品安全检测。
一种基于恒定电流的分光光度计食品安全检测，包括比色皿、硅光电池、放大器、单片机控制器、上位机，其特征在于还包括：单波长为410nm的单色LED第一光源、单波长为536nm的单色 LED第二光源、单波长为595nm的单色LED第三光源、单波长为 620nm的单色LED第四光源，其中放大器内不存在输入嵌位电路， LED的响应时间在6ns-15ns之间、LED芯片结工作温度为23-35度， 采用脉冲稳流方式为LED供电，通过单片机控制使得每次测量时从 LED发光到硅光电池感测的时间间隔一致为1.3s，保证入射光的一致，具体步骤如下：
(1)、食品样品提取，并制作出样品溶液，放在比色皿中，单片机控制器根据需要选择相应单波长的单色LED光源；
(2)、单片机控制器控制Vda，Vda控制LED灯电流 Io＝Vda/R2，当Vda增加，V+、V-增加，电压输出Vout增加，电流 Io增加，电压VR2增加，V-增加，V+、V-减小，通过负反馈使输出恒定电流；
(3)、脉冲宽度调制PWM控制LED灯开关，当PWM为高电平，即Vpwm＝Vcc时LED灯灭，当Vpwm＝Vcc时二极管D1 正向导通，V-＝Vcc远大于V+，即V5＝Vda，则Vout＝0，MOSFET管Q1截止LED灯灭。当PWM为低电平，即Vpwm＝0V时LED灯输出电流为Io,原理Vpwm＝0V时二极管反向截止，V-为R2上的电压， MOSFET管导通，导通电流Io＝Vda/R2；
(4)、光通过比色皿被硅光电池接收，将转化为的电信号通过放大电路放大，放大电路的放大增益为G＝R5的值；
(5)、经过放大再经单片机内AD转为数字信号，通过串口RS485将数字信号传输给上位机；
(6)、上位机对获取的数据进行处理，并判断食品的安全性。
优选地，所述步骤(1)还包括同时制作出四份相同的样品溶液，分别放在比色皿中，并且同时采用不同波长的单色光光源对样品溶液进行照射。
优选地，上位机包含显示器以及打印设备，且显示器根据食品的检测到的食品安全性程度进行不同色度的显示。
优选地，LED的响应时间为8ns，LED芯片结的工作温度为32度。
优选地，设置单波长为前四种LED之一光源波长的单色LED第五光源。
所述LED灯的供电方式为脉冲方式，只在测量时给LED供电点亮，保证了LED灯发光稳定性，同时降低LED灯在测量时的功耗，提高检测准确性，延长LED灯寿命。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
一、本发明基于恒定电流的分光光度计食品安全检测，通过设置不同波长的LED灯，LED灯亮和灭由外接的电路板控制，当需要某个波长的LED灯检测样品时，通过电路控制只点亮该波长的LED灯，光线通过光孔穿过检测比色槽内的液体样品到达另一面上的光电传感器，大大提高了检测效率；且本发明设置多个相同波长 的LED灯，以便进行误差分析。
二、通过单片机控制使得每次测量时从LED发光到硅光电池感测的时间间隔一致为1.3s，有利于提高检测的精度，克服了在 LED灯启动以及熄灭时光照不充足带来的问题。
三、本发明还通过反馈电路的设置，确保了输出的电流恒定，从而提高测试的准确性。
四、本发明通过设置LED的响应时间在6ns-15ns之间、LED芯片结工作温度为23-35度，往往能提高方法的灵敏度和选择性。
五、本发明所述的LED供电采用脉冲方式，利用LED灯响应速度快的优势，在测量时向LED灯提供脉冲宽度调制(PWM)的 供电电压。该方式能方便地通过改变占空比调整LED灯亮度，也能有效降低LED灯的功耗和工作温度，减少因温度上升引起的亮度漂移，从而提高检测准确性，延长LED灯使用寿命，传统LED灯点亮方式为连续工作状态，LED灯较易衰减，影响检测结果。
附图说明
图1是基于恒定电流的分光光度计食品安全检测示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例如下：
如图1所示，包括：比色皿、硅光电池、放大器、单片机控制器、上位机，单波长为410nm的单色LED第一光源、单波长为536nm的单色LED第二光源、单波长为595nm的单色LED第三光源、单波长为620nm的单色LED第四光源，其中放大器内不存在输入嵌位电路，LED的响应时间在6ns-15ns之间、LED芯片结工作温度为23-35度，采用脉冲稳流方式为LED供电，通过单片机控制使得每次测量时从LED发光到硅光电池感测的时间间隔一致为1.3s，保证入射光的一致，具体步骤如下：
(1)、食品样品提取，并制作出样品溶液，放在比色皿中，单片机控制器根据需要选择相应单波长的单色LED光源；
(2)、单片机控制器控制Vda，Vda控制LED灯电流 Io＝Vda/R2，当Vda增加，V+、V-增加，电压输出Vout增加，电流 Io增加，电压VR2增加，V-增加，V+、V-减小，通过负反馈使输出恒定电流；
(3)、脉冲宽度调制PWM控制LED灯开关，当PWM 为高电平，即Vpwm＝Vcc时LED灯灭，当Vpwm＝Vcc时二极管D1 正向导通，V-＝Vcc远大于V+，即V5＝Vda，则Vout＝0，MOSFET管Q1截止LED灯灭。当PWM为低电平，即Vpwm＝0V时LED灯输出电流为Io,原理Vpwm＝0V时二极管反向截止，V-为R2上的电压， MOSFET管导通，导通电流Io＝Vda/R2；
(4)、光通过比色皿被硅光电池接收，将转化为的电信号通过放大电路放大，放大电路的放大增益为G＝R5的值；
(5)、经过放大再经单片机内AD转为数字信号，通过串口RS485将数字信号传输给上位机；
(6)、上位机对获取的数据进行处理，并判断食品的安全性。
优选地，所述步骤(1)还包括同时制作出四份相同的样品溶液，分别放在比色皿中，并且同时采用不同波长的单色光光源对样品溶液进行照射。
优选地，上位机包含显示器以及打印设备，且显示器根据食品的检测到的食品安全性程度进行不同色度的显示。
优选地，LED的响应时间为8ns，LED芯片结的工作温度为32度。
优选地，设置单波长为前四种LED之一光源波长的单色 LED第五光源。
当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于恒定电流的分光光度计食品安全检测方法，包括比色皿、硅光电池、放大器、单片机控制器、上位机，其特征在于还包括：单波长为410nm的单色LED第一光源、单波长为536nm的单色LED第二光源、单波长为595nm的单色LED第三光源、单波长为620nm的单色LED第四光源，其中放大器内不存在输入嵌位电路，采用脉冲稳流方式为LED供电，通过单片机控制使得每次测量时从LED发光到硅光电池感测的时间间隔一致为1.3s，保证入射光的一致，LED的响应时间为8ns，LED芯片结的工作温度为32度，具体步骤如下：
(1)、食品样品提取，并制作出样品溶液，放在比色皿中，单片机控制器根据需要选择相应单波长的单色LED光源； 同时制作出四份相同的样品溶液，分别放在比色皿中，并且同时采用不同波长的单色光光源对样品溶液进行照射；
(2)、单片机控制器控制Vda，Vda控制LED灯电流Io＝Vda/R2，当Vda增加，V+、V-增加，电压输出Vout增加，电流Io增加，电压VR2增加，V-增加，通过负反馈使输出恒定电流；
(3)、脉冲宽度调制PWM控制LED灯开关，当PWM为高电平，即Vpwm＝Vcc时LED灯灭，当Vpwm＝Vcc时二极管D1正向导通，V-＝Vcc远大于V+，即V5＝Vda，则Vout＝0，MOSFET管Q1截止LED灯灭，当PWM为低电平，即Vpwm＝0V时LED灯输出电流为Io,原理Vpwm＝0V时二极管反向截止，V-为R2上的电压，MOSFET管导通，导通电流Io＝Vda/R2；
(4)、光通过比色皿被硅光电池接收，将转化为的电信号通过放大电路放大，放大电路的放大增益为G＝R5的值；
(5)、经过放大再经单片机内AD转为数字信号，通过串口RS485将数字信号传输给上位机；
(6)、上位机对获取的数据进行处理，并判断食品的安全性。
2.根据权利要求1所述的一种基于恒定电流的分光光度计食品安全检测方法，其特征在于，上位机包含显示器以及打印设备，且显示器根据食品的检测到的食品安全性程度进行不同色度的显示。
3.根据权利要求2所述的一种基于恒定电流的分光光度计食品安全检测方法，其特征在于：设置单波长为前四种LED之一光源波长的单色LED第五光源。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20220627 Address after: 510000 third floor, building A2, No. 11, Kaiyuan Avenue, Science City, Guangzhou high tech Industrial Development Zone, Guangdong Province Patentee after: GUANGDONG DAYUAN OASIS FOOD SAFETY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: No. 11, Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou, Guangdong 510000 Patentee before: GUANGDONG DAYUAN FOOD SAFETY TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20230116 Address after: 510663 Guangdong Guangzhou high tech Industrial Development Zone, Science City, open source road 11, A2 third. Patentee after: GUANGDONG DAYUAN OASIS FOOD SAFETY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: Guangdong Industry Technical College Address before: 510000 third floor, building A2, No. 11, Kaiyuan Avenue, Science City, Guangzhou high tech Industrial Development Zone, Guangdong Province Patentee before: GUANGDONG DAYUAN OASIS FOOD SAFETY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |