CN107991266A - 一种黄曲霉素的在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黄曲霉素的在线检测装置，该在线检测装置包括：第一物料传输系统(102)、第二物料传输系统(103)，待检测物料依次经过第一物料传输系统(102)和第二物料传输系统(103)；以及在第一物料传输系统(102)的末端设置有第一检测识别系统(201)，第一检测识别系统(201)用于检测待检测物料的表面的黄曲霉素，以及在第二物料传输系统(103)的上方设置有第二检测识别系统(301)，第二检测识别系统(301)用于检测待检测物料的内部的黄曲霉素。本发明通过第一检测识别系统和第二检测识别系统，实现了待检测物料的表面和内部的双重检测，进而实现了更高的检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，具体来说，涉及一种黄曲霉素的在线检测装置。
背景技术
黄曲霉毒素(Aflatoxin，简称AF)是由黄曲霉和寄生曲霉产生一种真菌有毒代谢产物，也是迄今发现的毒性最强的一类真菌毒素。黄曲霉毒素主要有AFB1、AFB2、AFG1、AFG2、AFM1这5类。其中，AFB1的毒性最强，其毒性为氰化钾的10倍，为砒霜的68倍，为三聚氰胺的416倍。而且，AFB1致癌能力是二甲基硝胺的75倍，1993年国际肿瘤研究机构(International Agency for Research on Cancer，简称IARC)就已将其列为I类致癌物，其它4类被列为II类致癌物。因此，黄曲霉毒素不仅毒性大、含量低，且污染范围广，为了高值化利用黄曲霉毒素污染的食品原料(如花生、玉米等)，开展黄曲霉毒素污染食品原料在线检测技术研究十分重要。
目前关于黄曲霉毒素的检测技术主要包括有损检测技术和无损检测技术两类，其中，有损检测技术主要为基于物化原理(如：高效液相色谱法、液相色谱－质谱/质谱法等)，其对样品具有破坏性，进行净化预处理等，检测时间长，不适用于大批量工业在线检测。而无损检测技术具有对检测对象非破坏性的优点，成为人们研究的热点，目前报道的无损检测技术通常一方面利用紫外荧光强度像的检测技术，其主要利用长波紫外照射待测对象激发可见荧光，并结合相机获得可见荧光强度像。目前报道的利用此技术进行黄曲霉毒素检测的主要有美国专利US20120093985及中国申请公开专利CN105044062A和CN103234945A。由于此技术直接获取的是可见荧光强度像，通常紫外激发产生的荧光很弱，导致强度图像的分辨率较低和信噪比较差，其会影响检测的准确性，同时，此技术适用于感染黄曲霉毒素浓度较高食品原料，且易出现假阳性或假阴性检测问题；其次，利用可见和近红外的技术在中国发明专利CN104368540A有报道，但是此技术仅限于可见和红外双波长，检测仍然存在一定的局限性。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种黄曲霉素的在线检测装置，其利用可见光成像和近红外多光谱技术实现双检测识别系统，从而实现了黄曲霉毒素污染食品的原料表面和内部物理及化学成分的双重检测，进而克服了现有技术的不足。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种黄曲霉素的在线检测装置。
该黄曲霉素的在线检测装置包括：第一物料传输系统(102)、第二物料传输系统(103)，待检测物料依次经过第一物料传输系统(102)和第二物料传输系统(103)；以及在第一物料传输系统(102)的末端设置有第一检测识别系统(201)，第一检测识别系统(201)用于检测待检测物料的表面的黄曲霉素，以及在第二物料传输系统(103)的上方设置有第二检测识别系统(301)，第二检测识别系统(301)用于检测待检测物料的内部的黄曲霉素。
根据本发明的一个实施例，第一物料传输系统(102)设置在第二物料传输系统(103)的上方，且第一物料传输系统(102)和第二物料传输系统(103)之间设置有间隙。
根据本发明的一个实施例，第一检测识别系统(201)包括：背景系统(23)、第一照明系统(21A)、第二照明系统(21B)、成像系统(22)，背景系统(23)和第一照明系统(21A)、第二照明系统(21B)、成像系统(22)分别设置在第一物料传输系统(102)的两侧，且第一照明系统(21A)和第二照明系统(21B)设置在成像系统(22)的两侧，背景系统(23)提供基准信号，且基准信号穿过间隙，以及成像系统(22)接收第一照明系统(21A)和第二照明系统(21B)照射在待检测物料上的反射的可见光和背景系统(23)提供的基准信号，并将基准信号对应的第一信息和反射的可见光对应的第二信息进行比较，以及在第一信息和第二信息存在差异的情况下，确定待检测物料的表面具有黄曲霉素。
根据本发明的一个实施例，在线检测装置包括：第一剔除系统(401)，第一剔除系统和背景系统(23)分别设置在第一物料传输系统(102)的两侧，且第一剔除系统(401)和成像系统(22)通信连接，第一剔除系统(401)用于将表面具有黄曲霉素的待检测物料剔除。
根据本发明的一个实施例，第一照明系统(21A)和第二照明系统(21B)前均设置有可见波段菲涅尔透镜或柱透镜。
根据本发明的一个实施例，第二检测识别系统(301)包括：第三照明系统(31)、扫描系统(32)、传感系统(33)，第三照明系统(31)发出的红外线经过扫描系统(32)垂直照射在待检测物料上，且扫描系统将待检测物料反射的红外线发送到传感系统(33)，传感系统(33)确定反射的红外线的光谱，从而确定待检测物料的内部的具有黄曲霉素。
根据本发明的一个实施例，在线检测装置包括：第二剔除系统(402)，第二剔除系统(402)设置在第二物料传输系统(102)的末端，且第二剔除系统(402)和传感系统(33)通信连接，第二剔除系统(402)用于将内部具有黄曲霉素的待检测物料剔除。
根据本发明的一个实施例，传感系统(33)包括：第一反射式会聚系统(331)、狭缝掩模板(332)、反射式准直系统(333)、反射式一维位相光栅(334)、第二反射式会聚系统(335)、光电探测单元(336)，狭缝掩模板(332)上设有狭缝，且狭缝宽度方向和反射式一维位相光栅(334)的线条方向垂直，其中，第一反射式会聚系统(331)将反射的红外线发送至反射式准直系统(333)，且反射的红外线通过狭缝，反射式准直系统(333)将反射的红外线变为平行光束并将平行光束发送到反射式一维位相光栅(334)上，以及第二反射式会聚系统(335)将反射式一维位相光栅(334)产生的光谱发送到光电探测单元(336)，光电探测单元(336)根据光谱确定待检测物料的内部的具有黄曲霉素。
根据本发明的一个实施例，反射式一维位相光栅(334)的一个周期内包括非反射非透光单元、反射光部分，从而产生光谱。
根据本发明的一个实施例，第三照明系统(31)的第一中心轴与传感系统(33)的第二中心轴的夹角范围为10°至30°。
本发明的有益技术效果在于：
本发明通过第一检测识别系统和第二检测识别系统，实现了待检测物料的表面和内部的双重检测，进而实现了更高的检测效率。此外，还通过反射式一维位相光栅产生对应不同波长的1级谱信息，避免了其它级次谱(尤其是2级谱)信息的影响，从而提高检测的准确度。另外，该第二检测识别系统采用反射式结构布局，避免透射式结构对微弱红外反射光吸收的问题，从而提高黄曲霉毒素污染食品原料的探测效率。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的黄曲霉素的在线检测装置的示意图；
图2是根据本发明实施例的第二检测识别系统的示意图；
图3是根据本发明实施例的传感系统的示意图；
图4是根据本发明实施例的反射式一维位相光栅的平面示意图。
具体实施方式
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种黄曲霉素的在线检测装置。
如图1所示，根据本发明实施例的黄曲霉素的在线检测装置包括：第一物料传输系统(102)、第二物料传输系统(103)，待检测物料依次经过第一物料传输系统(102)和第二物料传输系统(103)；以及在第一物料传输系统(102)的末端设置有第一检测识别系统(201)，第一检测识别系统(201)用于检测待检测物料的表面的黄曲霉素，以及在第二物料传输系统(103)的上方设置有第二检测识别系统(301)，第二检测识别系统(301)用于检测待检测物料的内部的黄曲霉素。
借助于本发明的上述技术方案，通过第一检测识别系统和第二检测识别系统，实现了待检测物料的表面和内部的双重检测，进而实现了更高的检测效率。
为了更好的描述本发明的技术方案，下面通过具体的实施例进行详细的描述。
如图1所示，该黄曲霉素的在线检测装置包括送料系统(101)、第一物输送系统(102)、第二物料输送系统(103)，该送料系统(101)将待检测物料输送至第一物输送系统(102)，同时，第一物料传输系统(102)设置在第二物料传输系统(103)的上方，且第一物料传输系统(102)和第二物料传输系统(103)之间设置有间隙，该待检测物料经过上述缝隙后在第二物料传输系统(103)上传输。此外，按照待检测物料的传输方向，将第一物料传输系统(102)的终点定义为末端，该第二物料输送系统(103)类似，在此不再详细说明。继续参见图1，在第一物料传输系统(102)的末端设有第一检测识别系统(201)，该第一检测识别系统(201)包括背景系统(23)、第一照明系统(21A)、第二照明系统(21B)、成像系统(22)，背景系统(23)和第一照明系统(21A)分别设置在第一物料传输系统(102)的两侧，类似地，第二照明系统(21B)和成像系统(22)与背景系统(23)的关系类似，在此不再详细说明，同时，第一照明系统(21A)和第二照明系统(21B)设置在成像系统(22)的两侧。另外，该黄曲霉素的在线检测装置还包括第一剔除系统(401)，第一剔除系统和背景系统(23)分别设置在第一物料传输系统(102)的两侧，且第一剔除系统(401)和成像系统(22)通信连接。
此外，为了提高照明区域的能量，将第一检测识别系统(201)中的第一照明系统(21A)和第二照明系统(21B)两者均采用可见LED一维阵列布局。同时，为了提高照明区域的均匀性，第一照明系统(21A)和第二照明系统(21B)前均设置有菲涅尔透镜或柱透镜，上述菲涅尔透镜或柱透镜用于匀光。此外，第一检测识别系统(201)中的成像系统(22)可为线阵列扫描CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)。
另外，继续参见图1，在该第二物料输送系统(103)的上方还设置有第二检测识别系统(301)，继续参见图2，该第二检测识别系统(301)包括第三照明系统(31)、扫描系统(32)、传感系统(33)，虽然图1示出了该第三照明系统(31)和传感系统(33)分别设置在扫描系统(32)的两侧，但是，第三照明系统(31)和扫描系统(32)的相对位置可根据实际需求进行设置，例如，根据本发明的一个实施例，继续参见图2，该扫描系统(32)为八面旋转镜，且第三照明系统(31)和传感系统(33)设置在扫描系统(32)的同一侧，本发明对此不作限定。另外，该扫描系统(32)还可为八面或十二面等多面旋转镜。
此外，第二检测识别系统(301)中的第三照明系统(31)可采用红外卤素灯。同时，继续参见图3，该传感系统(33)包括第一反射式会聚系统(331)、狭缝掩模板(332)、反射式准直系统(333)、反射式一维位相光栅(334)、第二反射式会聚系统(335)、光电探测单元(336)，狭缝掩模板(332)上设有狭缝，且狭缝宽度方向和反射式一维位相光栅(334)的线条方向垂直，从而在第三照明系统(31)设置有反射式准直系统(333)，提高了照明效率和均匀性，同时，传感系统(33)中的光电探测单元(336)为线阵列近红外传感单元，其波长范围900nm-2500nm，而且，第三照明系统(31)的中轴线与传感系统(33)的中心轴夹角范围为10°至30°。另外，该第一反射式会聚系统(331)、反射式准直系统(333)和第二反射式会聚系统(335)可为反射曲面镜。同时，该黄曲霉素的在线检测装置还包括第二剔除系统(402)，第二剔除系统(402)设置在第二物料传输系统(102)的末端，且第二剔除系统(402)和传感系统(33)通信连接。
另外，继续参见图4，改反射式一维位相光栅(334)的一个周期内包括非反射非透光单元(如图4中的黑色部分)、反射光部分(如图4白色部分)，反射式一维位相光栅(334)的基底材料采用SiO2，非反射非透光单元为Cr膜，反射光部分为Al膜。同时，设反射式一维位相光栅334的占空比为w，即非反射非透光单元与反射光单元宽度之比为w，以及根据傅里叶变换理论分析得出，当w＝2时，反射式一维位相光栅(334)的反射光谱主要为1级谱。
此外，结合图1，利用本发明的上述装置，待检测物料为黄曲霉毒素污染食品物料同时，为了更好的理解本发明的技术方案，在图1中，将表面污染黄曲霉毒素的待检测物料标记为104，将内部感染黄曲霉毒素的待检测物料标记为105，将未污染黄曲霉毒素的待检测物料标记为106。该黄曲霉毒素污染食品物料经过送料系统(101)进入第一物输送系统(102)，在第一物输送系统(102)的末端设置有第一检测识别系统(201)，当黄曲霉毒素污染食品原料到达第一检测识别系统201检测区域时，背景系统(23)提供基准信号，该基准信号与无污染食品原料(106)的信号基本等效，而与表面污染黄曲霉毒素食品物料(104)的信号存在一定差异，第一照明系统(21A)和第二照明系统(21B)照射食品原料的反射的可见光由成像系统(22)探测，经过信号处理获得表面污染黄曲霉毒素的食品原料(104)的信息与无污染食品原料(106)的信息差异，并产生一剔除信号，并将剔除信号通过控制系统传达给第一剔除系统(401)，从而将表面污染黄曲霉毒素的食品原料(104)剔除。随后，未被剔除的食品物料进入第二物料输送系统(103)，在第二物料输送系统(103)中设置有第二检测识别系统(301)，第三照明系统(31)发出的红外光经过扫描系统(32)在与传送带运行方向的垂直方向上形成一定宽度的照明区域，被照射物料产生反射的红外光经过扫描系统(32)进入传感系统33中的第一反射式会聚系统(331)中，该第一反射式会聚系统(331)将来自扫描系统(32)的光束会聚到狭缝窗口中狭缝掩模板(332)后进入反射式准直系统(333)中，该反射式准直系统(333)将来自狭缝窗口的透射光束变为平行光束并入射到反射式一维位相光栅(334)上，该反射式一维位相光栅334将入射红外光分成对应不同波长的1级谱，随后该第二反射式会聚系统(335)将反射式一维位相光栅(334)产生的光谱会聚到光电探测单元(336)处。根据进一步的红外多光谱主成分分析，获得内部污染黄曲霉毒素食品原料(105)的识别，并通过控制系统传达给第二剔除系统(402)，进一步实现内部污染黄曲霉毒素食品原料(105)的剔除，从而获得未污染黄曲霉毒素的食品原料(106)。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过第一检测识别系统和第二检测识别系统，实现了待检测物料的表面和内部的双重检测，进而实现了更高的检测效率。此外，还通过反射式一维位相光栅产生对应不同波长的1级谱信息，避免了其它级次谱(尤其是2级谱)信息的影响，从而提高检测的准确度。另外，该第二检测识别系统采用反射式结构布局，避免透射式结构对微弱红外反射光吸收的问题，从而提高黄曲霉毒素污染食品原料的探测效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种黄曲霉素的在线检测装置，其特征在于，包括：第一物料传输系统(102)、第二物料传输系统(103)，所述待检测物料依次经过所述第一物料传输系统(102)和所述第二物料传输系统(103)；以及
在所述第一物料传输系统(102)的末端设置有第一检测识别系统(201)，所述第一检测识别系统(201)用于检测所述待检测物料的表面的所述黄曲霉素，以及在所述第二物料传输系统(103)的上方设置有第二检测识别系统(301)，所述第二检测识别系统(301)用于检测所述待检测物料的内部的所述黄曲霉素。
2.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述第一物料传输系统(102)设置在所述第二物料传输系统(103)的上方，且所述第一物料传输系统(102)和所述第二物料传输系统(103)之间设置有间隙。
3.根据权利要求2所述的在线检测装置，其特征在于，所述第一检测识别系统(201)包括：
背景系统(23)、第一照明系统(21A)、第二照明系统(21B)、成像系统(22)，所述背景系统(23)和所述第一照明系统(21A)、所述第二照明系统(21B)、所述成像系统(22)分别设置在所述第一物料传输系统(102)的两侧，且所述第一照明系统(21A)和所述第二照明系统(21B)设置在所述成像系统(22)的两侧，所述背景系统(23)提供基准信号，且所述基准信号穿过所述间隙，以及所述成像系统(22)接收所述第一照明系统(21A)和所述第二照明系统(21B)照射在所述待检测物料上的反射的可见光和所述背景系统(23)提供的所述基准信号，并将所述基准信号对应的第一信息和所述反射的可见光对应的第二信息进行比较，以及在所述第一信息和所述第二信息存在差异的情况下，确定所述所述待检测物料的表面具有所述黄曲霉素。
4.根据权利要求3所述的在线检测装置，其特征在于，所述在线检测装置包括：
第一剔除系统(401)，所述第一剔除系统和所述背景系统(23)分别设置在所述第一物料传输系统(102)的两侧，且所述第一剔除系统(401)和所述成像系统(22)通信连接，所述第一剔除系统(401)用于将表面具有所述黄曲霉素的待检测物料剔除。
5.根据权利要求3所述的在线检测装置，其特征在于，所述第一照明系统(21A)和所述第二照明系统(21B)前均设置有可见波段菲涅尔透镜或柱透镜。
6.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，第二检测识别系统(301)包括：
第三照明系统(31)、扫描系统(32)、传感系统(33)，所述第三照明系统(31)发出的红外线经过所述扫描系统(32)垂直照射在所述待检测物料上，且所述扫描系统将所述待检测物料反射的红外线发送到所述传感系统(33)，所述传感系统(33)确定所述反射的红外线的光谱，从而确定所述待检测物料的内部的具有所述黄曲霉素。
7.根据权利要求6所述的在线检测装置，其特征在于，所述在线检测装置包括：
第二剔除系统(402)，所述第二剔除系统(402)设置在所述第二物料传输系统(102)的末端，且第二剔除系统(402)和所述传感系统(33)通信连接，所述第二剔除系统(402)用于将内部具有所述黄曲霉素的待检测物料剔除。
8.根据权利要求6所述的在线检测装置，其特征在于，所述传感系统(33)包括：
第一反射式会聚系统(331)、狭缝掩模板(332)、反射式准直系统(333)、反射式一维位相光栅(334)、第二反射式会聚系统(335)、光电探测单元(336)，所述狭缝掩模板(332)上设有狭缝，且所述狭缝宽度方向和所述反射式一维位相光栅(334)的线条方向垂直，其中，所述第一反射式会聚系统(331)将所述反射的红外线发送至所述反射式准直系统(333)，且所述反射的红外线通过所述狭缝，所述反射式准直系统(333)将所述反射的红外线变为平行光束并将所述平行光束发送到所述反射式一维位相光栅(334)上，以及第二反射式会聚系统(335)将所述反射式一维位相光栅(334)产生的所述光谱发送到所述光电探测单元(336)，所述光电探测单元(336)根据所述光谱确定所述待检测物料的内部的具有所述黄曲霉素。
9.根据权利要求8所述的在线检测装置，其特征在于，所述反射式一维位相光栅(334)的一个周期内包括非反射非透光单元、反射光部分，从而产生所述光谱。
10.根据权利要求6所述的在线检测装置，其特征在于，所述第三照明系统(31)的第一中心轴与所述传感系统(33)的第二中心轴的夹角范围为10°至30°。
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