CN110567902A - 一种霉菌检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种霉菌检测装置及其检测方法。本发明针对现有技术中主要利用待测样品表面的反射光线进行检测，只能检测待测样品某一位置的霉变情况、检测结果准确度低的问题，利用第一反射镜改变入射光线角度，利用第二反射镜收集待测样品表面的散射光，实现了对待测样品表面的全面检测准确度大幅度提升，本发明可应用于农产品或食品的质量检测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种霉菌检测装置及检测方法。
背景技术
黄曲霉素、赫曲霉素、T2毒素、呕吐毒素等真菌毒素具有强致癌、致畸性和致基因突变的作用，其中以黄曲霉素B1(AFB1)的毒性最强。人类摄入被黄曲霉素污染的食物可以诱发原发性肝癌、胃癌、肺癌，还可能会引起胚胎器官的畸形。目前，国内外研究发现黄曲霉素污染主要分布于农作物生长、收货、运输以及产品加工等各个阶段，覆盖范围广，严重影响人类、畜类以及禽类的健康。世界上针对真菌检测尤其是黄曲霉素检测进行大量的研究。
目前针对黄曲霉素检测方法，主要利用液相色谱法，此种方法需要对待测样品在实验室中进行预处理，而且检测时间比较长，不适合大批量的工业检测或是随时、随地的进行抽样检查。近些年的研究重点状移到无损的、快捷的、准确的鉴别的黄曲霉素。现有的利用紫外光检测黄曲霉的方法，大多利用待测样品表面的特定角度的反射光线进行检测，只能检测待测样品某一位置的霉变情况，检测结果准确度低，如果需要全面的检测样片表面霉变情况，则需要多个紫外探测子模块和多个光谱接收装置，光路复杂，所需的光学元件繁多，整体设备庞大，无法制作成便携式，并且需要对多个光谱接收装置接收到的多个光谱图像进行分析，数据处理过程复杂，大大降低了检测效率，若采用散射光对待测样品进行检测，则可避免这一问题。现有技术中并未有采用散射光进行检测的方案，这是由于散射光向各个方向发散，强度较弱，不好测量。
因此，亟需一种能够有效的收集向各个方向发散的散射光，利用散射光的光谱信息实现对待测样品全表面的霉菌及内部物质检测的装置，来提高探测准确度。
发明内容
本发明针对现有技术中的上述问题，提出一种检测迅速、精确度高的便携式检测装置及其检测方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种霉菌检测装置，包括：探测模块、样品室、检测模块、数据处理模块；
所述探测模块，用于将入射红外光和入射紫外光照射于待测样品全表面上，以激发待测样品的特异性光谱，使待测样品发出散射光线，还用于将所述散射光线发送至所述检测模块；
所述样品室，用于存放所述待测样品；
所述检测模块，用于检测待测样品的散射光线，并形成相应的检测信息；
所述数据处理模块，用于处理所述检测信息，生成检测结果。
进一步地，所述探测模块包括红外探测子模块、紫外探测子模块、第一反射镜和第二反射镜，所述红外探测子模块用于发射入射红外光，以激发所述待测样品内的有机物发出特异性光谱，所述紫外探测子模块用于发射入射紫外光，以激发所述待测样品表面的霉菌发出特异性光谱，所述第一反射镜设置于入射红外光与入射紫外光的传播路径上，用于改变所述入射红外光和所述入射紫外光的传播方向，所述第二反射镜位于所述散射光线的传播路径上，用于将所述散射光线的反射至所述检测模块。
进一步地，所述样品室为透明的中空腔室。
进一步地，所述样品室为推拉式结构，所述待测样品通过推拉的方式放入所述样品室，所述待测样品室包括固体室和液体室，分别用于盛装固态和液态的待测样品。
进一步地，所述检测模块包括沿所述散射光线传播路径依次设置的准直子模块、分光子模块、收集子模块和CCD探测器，所述准直子模块用于将所述待测样品产生的散射光线及所述第二反射镜反射的散射光线转为平行光线射出，所述分光子模块用于将入射光线分散成不同波长的光后射出，所述收集子模块用于将分光子模块射出的光线会聚于所述CCD探测器上。
进一步地，所述数据处理模块包括微处理器，所述微处理器与所述CCD探测器连接，用于处理所述CCD探测器接收的检测信息，生成检测结果。
进一步地，所述红外探测子模块包括至少一个红外光源，所述紫外探测子模块包括至少一个紫外光源，所述红外光源和所述紫外光源间隔分布。
优选地，所述第一反射镜和/或第二反射镜为凹面反射镜，所述凹面反射镜的焦点位置与检测时待测样品位置重合；所述凹面反射镜为凹球面反射镜，所述凹球面反射镜的凹面接收光线。
优选地，所述准直子模块包括至少一个正透镜或者正、负透镜的组合；所述分光子模块包括至少一个色散棱镜；所述收集子模块包括至少一个正透镜或者正、负透镜的组合。
采用上述的霉菌检测装置实现的霉菌检测方法，包括以下步骤：
将所述待测样品放入样品室；
所述探测模块将紫外光或红外光照射到所述待测样品表面，激发待测样品的特异性光谱，使待测样品产生散射光线；
所述检测模块将所述散射光线分散为不同波长的光线后并会聚,生成检测信息；
所述数据处理模块将所述检测信息转化为光谱图，并于正常待测样品的光谱图对比分析，得到检测结果。
有益效果：
1、本发明中红外探测与紫外探测共用一套光学系统，能够有效的减少仪器的体积，便于仪器小型化、便携式设计；
2、现有检测装置主要利用反射光进行检测，光源和光接收器件的角度或位置都受到限制，本发明利用待测样品表面散射的红外光和紫外光进行检测，相比于现有检测方式，光源和光接收器件的位置不受限定，光路的设计方案可以更加灵活；
3、本发明设置了第一反射镜，使待测样品背面，侧面均能够得到红外光和紫外光照射，能够收集到待测样品的更多表面的光谱信息，测试结果更接近客观情况，准确度提高；
4、本发明设置了第二反射镜能够尽可能多的收集散射光，这样为后续系统提供足够的光强，提高探测效率；
5、本发明采用红外探测和紫外探测相结合的方式，通过红外探测检测待测样品内部有机物的含量，通过紫外探测来检测表面霉菌，两者结合，进一步提高了准确性，并且待测样品内的有机物的特征谱线在近红外/中红外(0.7μm-25μm)，而表面霉菌在紫外光的激发下发出的特征光谱主要在可见区域内(0.4μm-0.7μm)，故在CCD探测器上接收到的两部分光谱没有重叠，数据处理时容易将这两个波段分离，处理数据较少，提高了检测效率。
附图说明
图1本发明的霉菌检测装置的内部结构示意图；
图2本发明霉菌检测装置一个实施例的立体结构示意图。
其中，1-探测模块，101-红外探测子模块，102-紫外探测子模块，103-第一反射镜，104-第二反射镜，2-样品室，201-待测样品，202-固体室，203-液体室，3-检测模块，301-准直子模块，302-分光子模块，303-收集子模块，304-CCD探测器，4-数据处理模块，401-微处理器，5-显示屏。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚，完整地描述。
在本发明的描述中，除非另有规定或限定，术语“连接”应做广义理解，例如可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一：结合图1和图2说明本实施例，本实施例的一种霉菌检测装置的光学结构如图1所示，包括：探测模块1、样品室2、检测模块3和数据处理模块4。
所述探测模块1包括红外探测子模块101、紫外探测子模块102、第一反射镜103和第二反射镜104，所述红外探测子模块101用于发射入射红外光，以激发所述待测样品201内的有机物发出特异性光谱，所述紫外探测子模块102用于发射入射紫外光，以激发所述待测样品201表面的霉菌发出特异性光谱，所述第一反射镜103设置于入射红外光与入射紫外光的传播路径上，用于改变入射红外光和入射紫外光的传播方向，将未照射在待测样品201上的入射红外光和入射紫外光反射至待测样品201上，激发待测样品产生散射光线。第二反射镜104位于待测样品201散射光线的传播路径上，用于改变散射光线的传播方向，将待测样品201不在检测模块3的接收路径上的散射光线反射至检测模块3中，所述第一反射镜103或第二反射镜104为凹面反射镜，凹面反射镜的反射面为双曲面或者椭球面。
在本实施例中，探测模块1、待测样品201及第一反射镜103沿入射红外光和入射紫外光的光路方向依次水平布设；所述第二反射镜104、待测样品201及检测模块3依次垂直布设，所述待测样品201表面反射的光线需经过多次反射才能进入检测模块3，因此进入检测模块3的反射光非常微弱，对检测结果产生的影响非常微小，可以忽略。
所述样品室2为透明的中空腔室，用于存放待测样品201，所述样品室2设置于红外光于紫外光的传播路径上，使样品室2内存放的待测样品201在红外探测子模块101和紫外探测子模块102的作用下向各个方向发出散射光；
所述检测模块3包括沿散射光线传播路径依次设置的准直子模块301、分光子模块302、收集子模块303，所述准直子模块301包括至少一个正透镜，用于将待测样品201散射光线及第二反射镜104反射光线转为平行光线射出，所述分光子模块302的分光元件为光栅，用于将入射光线分散成不同波长的光后射出，所述收集子模块303包括至少一个正透镜，用于将分光子模块302射出的光线会聚于CCD探测器304上。
所述CCD探测器304用于接收收集子模块303透射的待测样品201的散射光线。
所述数据处理模块4包括微处理器401，所述微处理器401与CCD探测器304连接，用于处理CCD探测器304接收的检测信息。
本实施例的霉菌检测装置还包括一显示屏5，所述显示屏5微处理器401连接，用于显示检测结果。
所述红外探测子模块101和紫外探测子模块102包括至少一个红外光源，所述紫外探测子模块102包括至少一个紫外光源，所述红外光源和紫外光源间隔分布，使入射红外光和入射紫外光均匀照射在所述待测样品201表面。
本发明霉菌检测装置的立体图如图2所示，所述样品室2为推拉式结构，放置待测样品201时首先将样品室2拉开，放入待测样品201后，将样品室2推入，所述样品室2包括固体室202和液体室203，分别用于盛装固态样品和液态样品。本实施例中检测结果显示在显示屏5上，分别显示霉菌类型、有机物种类及有机物含量。例如图2中显示：检测霉菌类型为AFB1、有机物种类为脂肪、有机物含量为30％。
实施例二：本实施例的一种霉菌检测装置，在具体实施例一的基础上进一步限定，所述第一反射镜103的焦点位置与检测时待测样品201几何中心重合，如此设置的效果是能够将光源发出光都反射会聚到待测样品201表面，保证光照充足。
实施例三：本实施例的一种霉菌检测装置，在具体实施例一的基础上进一步限定，所述第二反射镜104的焦点位置与检测时待测样品201几何中心重合，使待测样品201散射光线被第二反射镜104反射后，能够以较小角度入射到后续光学模块。
实施例四：本实施例的一种霉菌检测装置，在具体实施例一的基础上进一步限定，所述凹面反射镜为凹球面反射镜，如此设置原因是：待测样品201被激发的散射光线向各个方向发射，利用球面凹反射镜，可以更有效的收集散射光。
实施例五：本实施例的一种霉菌检测装置，与具体实施例一的区别之处在于，所述准直子模块301包括至少一个正透镜和至少一个负透镜的组合，本领域技术人员可以根据需要设计具体的组合形式，以实现准直光线的功能。
实施例六：本实施例的一种霉菌检测装置，与实施例一的区别在于，所述分光子模块302的分光元件为棱镜，利用棱镜分光能够避免二次衍射造成的光谱叠加，且能量损失小，产生的杂散光较少。
实施例七：本实施例的一种霉菌检测装置，与具体实施例一的区别之处在于，所述收集子模块303包括至少一个正透镜和至少一个负透镜的组合，本领域技术人员可以根据需要设计具体的组合形式，以实现会聚光线的功能。
实施例八：本实施例的一种霉菌检测方法，采用上述的霉菌检测装置实现，具体步骤包括：
将待测样品201放入样品室2；
开启红外探测子模块101和紫外探测子模块102，红外探测子模块101和紫外探测子模块102发射的一部分入射紫外光或入射红外光直接照射到待测样品201表面，另一部分入射紫外光或入射红外光通过第一反射镜103反射后照射到待测样品201表面，激发待测样品的特异性光谱，使待测样品发出散射光，一部分散射光直接摄入准直子模块301，另一部分散射光通过第二发射镜反射后射入准直子模块；
准直子模块301将来自将待测样品201散射光线及第二反射镜104反射光线转为平行光线射出；
分光子模块302将入射的平行光线分散为不同波长的光线后射出；
收集子模块303收集不同波长的光线并会聚；
CCD探测器304接收不同波长的光线的信息，并生成检测信息；
微处理器401将CCD探测器304的检测信息转化为光谱图，并与正常样品的光谱图对比分析，得到检测结果；
微处理器401将检测结果发送至显示屏5显示。
CCD探测器304接收到的不同波长的光线的光强度波峰主要分布在两个波段：一波段为可见光波段，此波段的光是由待测样品201表面的霉菌在紫外光作用下激发出的特异性光谱；另一波段为近红外或中红外波段，此波段的光是由待测样品201中的矿物质、蛋白质和脂肪的在红外光作用下产生的特异性光谱。
应当理解，虽然本发明按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。
需要说明的是，以上实施例仅用于解释说明本发明的技术方案，并不用于限定本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种霉菌检测装置，其特征在于，包括：探测模块、样品室、检测模块、数据处理模块；
所述探测模块，用于将入射红外光和入射紫外光照射于待测样品全表面上，以激发待测样品的特异性光谱，使待测样品产生散射光线，还用于将所述散射光线发送至所述检测模块；
所述样品室，用于存放所述待测样品；
所述检测模块，用于检测待测样品的散射光线，并形成相应的检测信息；
所述数据处理模块，用于处理所述检测信息，生成检测结果。
2.根据权利要求1所述的霉菌检测装置，其特征在于，所述探测模块包括红外探测子模块、紫外探测子模块、第一反射镜和第二反射镜，所述红外探测子模块用于发射入射红外光，以激发所述待测样品内的有机物发出特异性光谱，所述紫外探测子模块用于发射入射紫外光，以激发所述待测样品表面的霉菌发出特异性光谱，所述第一反射镜设置于入射红外光与入射紫外光的传播路径上，用于改变所述入射红外光和所述入射紫外光的传播方向，所述第二反射镜位于所述散射光线的传播路径上，用于将所述散射光线的反射至所述检测模块。
3.根据权利要求1所述的霉菌检测装置，其特征在于，所述样品室为透明的中空腔室。
4.根据权利要求1所述的霉菌检测装置，其特征在于，所述样品室为推拉式结构，所述待测样品通过推拉的方式放入所述样品室，所述待测样品室包括固体室和液体室，分别用于盛装固态和液态的待测样品。
5.根据权利要求1所述的霉菌检测装置，其特征在于，所述检测模块包括沿所述散射光线传播路径依次设置的准直子模块、分光子模块、收集子模块和CCD探测器，所述准直子模块用于将所述待测样品的散射光线转为平行光线射出，所述分光子模块用于将入射光线分散成不同波长的光后射出，所述收集子模块用于将分光子模块射出的光线会聚于所述CCD探测器上。
6.根据权利要求1所述的霉菌检测装置，其特征在于，所述数据处理模块包括微处理器，所述微处理器与所述检测模块连接，用于处理检测信息，生成检测结果。
7.根据权利要求2所述的霉菌检测装置，其特征在于，所述红外探测子模块包括至少一个红外光源，所述紫外探测子模块包括至少一个紫外光源，所述红外光源和所述紫外光源间隔分布。
8.根据权利要求2所述的霉菌检测装置，其特征在于，所述第一反射镜和/或第二反射镜为凹面反射镜，所述凹面反射镜的焦点位置与检测时待测样品几何中心重合；所述凹面反射镜为凹球面反射镜，所述凹球面反射镜的凹面接收光线。
9.根据权利要求5所述的霉菌检测装置，其特征在于，所述准直子模块包括至少一个正透镜或者正、负透镜的组合；所述分光子模块包括至少一个色散棱镜；所述收集子模块包括至少一个正透镜或者正、负透镜的组合。
10.基于权利要求1-9任一项所述的霉菌检测装置的霉菌检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述待测样品放入样品室；
所述探测模块将紫外光或红外光照射到所述待测样品表面，激发待测样品的特异性光谱，使待测样品产生散射光线；
所述检测模块将所述散射光线分散为不同波长的光线后并会聚,生成检测信息；
所述数据处理模块将所述检测信息转化为光谱图，并于正常待测样品的光谱图对比分析，得到检测结果。
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