CN113406153B

CN113406153B - 一种食品菌群快速检测装置

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Publication number: CN113406153B
Application number: CN202110729080.4A
Authority: CN
Inventors: 毕玉琦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2041-06-29
Also published as: CN113406153A

Abstract

本申请涉及一种食品菌群快速检测装置，包括信号提取电路、阈值判断电路和级联放大电路。本次设计的一种食品菌群快速检测装置，首先，其信号提取电路通过外部传感器采集培养液或被测样品液的阻值范围；其次，其阈值判断电路以培养基中的培养液的固有阻抗为检测参数，当细菌正常代谢时，会将培养基内的营养成分转化为细菌代谢终产物，使培养基中电导性增高，从而导致培养液阻抗下降，最后以培养液阻抗的变化为判断信号，实现电路功能；最后，级联放大信号能够将前级阈值判断电路产生微弱信号大幅度放大，降低在信号传输过程中受到干扰而导致信号失真。本申请采用信号传感的方法检测食品中的菌落，起到了快速、准确、稳定、可靠的技术效果。

Description

一种食品菌群快速检测装置

技术领域

本申请涉及针通过信号传感对食品微生物的检测与测量的领域，具体涉及一种食品菌群快速检测装置。

背景技术

食品是人类生命活动的能源，食品安全是直接关系到民生健康和社会稳定的重大公共安全问题。我国食品微生物学检验包括菌落总数、大肠菌群、致病菌三个体系，其中大肠菌群是作为食品被粪便污染的指标提出的，主要是以该菌群的检出情况来表示食品中是否存在粪便污染，是贫家食品卫生质量的重要依据之一。有效控制视频中大肠菌群数目，是降低食源性实物中毒风险的重要手段。因此本文依据电阻抗测量法进行改进，将电阻抗测仪与电子计算机联用，可以快速测出被检测液中的菌落，同时利用高精度检测仪，可以提高检测的精度。

如图1所示，为现有技术中的信号提取电路，利用放大器U2A和放大器U2B为核心，实现信号滤波和信号放大两大功能，但电路整体发杂，输入端信号采集不连续，信号提取精度差。

如图2所示，为现有技术的动态比较器电路，在功能上共有动态与放大电路和比较电路两大部分，以场效应晶体管为核心晶体管，同时，大量采取电容滤波，降噪强，功耗低，然而，各个元器件之间信息互通性差，自动化程度低。

发明内容

(一)技术问题

1.现有技术，存在操作复杂、采样间断的缺点。

2.现有技术，自动化程度低。

3.现有技术，灵活性差，可修改度低。

(二)技术方案

针对上述技术问题，本申请提出一种食品菌群快速检测装置，包括信号提取电路、阈值判断电路和级联放大电路，具体通过传感器采集培养液或被测样品液内变化的阻值后，采样信号会首先在信号提取电路，进行信号的初步处理，主要进行滤波和初步放大。利用电容和三极管的特性。之后信号输入到阈值判断电路,滑动变阻器R11和开关S1以及电阻R12，都可以控制阈值判断的精度。信号经过级联三极管Q5和三极管Q3的判断后，进入段最后级联放大电路。此模块中，信号主要通过运算放大器和串联三极管构成的甲类放大器进行放大，最终通过阻容滤波进行输出，即提高了信号的抗干扰能力，同时也保持了信号的稳定。

信号提取电路，主要通过外部传感器检测采集培养液或被测样品液的内阻值范围。信号从INPUT端输入，之后经过阻容滤波电路，输入到三极管Q7中。经过第一级放大后输入到共射级三极管Q4，再共射级进行稳定后，输出到电容C4。

阈值判断电路，正常情况下培养基中的培养液会存在一定的阻抗，由于菌群自身的新陈代谢，培养基内的营养成分转化为细菌代谢终产物，使培养基中电导性增高，而电阻随之降低。因此，阈值判断电路会依据传输的阻值范围，产生不同的判断信号。经过第一级对信号的初步处理，信号通过滑动变阻器将信号连接到阈值判断模块。滑动变阻器R11是电路的检测精度的第一控制点，改变电阻的大小可以改变输入到阈值判断模块信号的大小。信号经过电容C9输入到级联三极管Q5和三极管Q3的开关判断电路，它会根据信号电压的值，进行准确的信号提取和判断同时三极管Q3的集电极连接一个开关。开关断开时，只有一个三极管Q5接入电路，判断精度会相对下降，开关闭合时，会构成级联开关，对输入信号进行判断。信号最后输出到电容C8中，作为模块的输出稳定滤波。

级联放大电路，从前级阈值判断电路产生的信号电压较小，在传输过程中极易收到干扰，因此需要进行放大输出。经过阈值判断电路后，信号进入到输出端的级联放大电路。首先信号会经过滑动变阻器R12之后进入到运算放大器U1的负端。同时通过电阻R5和电阻R13的构成阻值匹配网络。之后信号会输出到串联三极管Q2和三极管Q6上，两者构成甲类放大器，对信号进行功率放大，进一步提升结果信号的抗干扰能力。最后经过阻容滤波电路输出。

(三)有益效果

一种食品菌群快速检测装置，首先，操作简单、快捷、可以连续采样测试；其次，适用于测量培养基中活菌生长状况，自动化程度高；最后，通过修改装置中部分电路可以修改检测精度。

附图说明

图1为现有技术的信号提取电路原理图。

图2为现有技术的动态比较器电路。

图3为本申请的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

如图3所示，为本申请提出一种食品菌群快速检测装置，包括信号提取电路、阈值判断电路和级联放大电路，具体通过传感器采集培养液或被测样品液内变化的阻值后，采样信号会首先在信号提取电路，进行信号的初步处理，主要进行滤波和初步放大。利用电容和三极管的特性。之后信号输入到阈值判断电路,滑动变阻器R11和开关S1以及电阻R12，都可以控制阈值判断的精度。信号经过级联三极管Q5和三极管Q3的判断后，进入段最后级联放大电路。此模块中，信号主要通过运算放大器和串联三极管构成的甲类放大器进行放大，最终通过阻容滤波进行输出，即提高了信号的抗干扰能力，同时也保持了信号的稳定。

具体而言，所述信号提取电路包括输入端口INPUT，2个三极管Q4、Q7，4个电容分别为C1、C6、C10、C12，5个电阻分别为R1、R2、R9、R15、R16，所述信号提取电路中输入端口INPUT分别与电容C6的一端、电阻R9的一端、电容C10的一端、电阻R16的一端连接，电容C6的另一端与高电平VCC连接，电阻R9的另一端与三极管Q7的集电极连接，电容C10的另一端与三极管Q7的基极连接，电阻R16的另一端接地，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的集电极与三极管Q4的基极连接，电阻R1的一端与高电平VCC连接，电阻R1的另一端与三极管Q4的基极连接，电阻R2的一端与高电平VCC连接，电阻R2的另一端与三极管Q4的集电极连接，电阻R15的一端与三极管Q4的发射极连接，电阻R15的另一端接地，电容C12的一端与三极管Q4的发射极连接，电容C12的另一端接地，电容C1的一端与高电平VCC连接，电容C1的另一端接地。

具体而言，所述阈值判断电路包括开关S1，双向钳位二极管D2，滑动变阻器R11，2个电阻R4、R7，2个三极管Q3、Q5，4个电容分别为C2、C4、C5、C9，所述阈值判断电路中开关S1的一端与高电平VCC连接，开关S1的另一端与三极管Q3的集电极连接，电阻R4的一端与高电平VCC连接，电阻R4的另一端与三极管Q3的基极连接三极管Q3的发射极接地，三极管Q5的集电极与三极管Q3的基极连接，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极分别与电阻R7的一端、电容C9的一端、双向钳位二极管D2的一端、电容C5的一端连接，电阻R7的另一端与三极管Q3的基极连接，电容C5的另一端与高电平VCC连接，双向钳位二极管D2的另一端接地，电容C9的另一端与滑动变阻器R11的滑片端连接，滑动变阻器电阻的一端接地，滑动变阻器电阻的另一端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与三极管Q4的集电极连接，电容C2的一端与高电平VCC连接，电容C2的另一端接地。

具体而言，所述级联放大电路包括放大器U1，可变电阻R10，滑动变阻器R12，8个电容分别为C3、C7、C8、C11、C13、C14、C15、C16，7个电阻分别为R3、R5、R6、R8、R13、R14、R17，5个三极管分别为Q1、Q2、Q3、Q6、Q8，所述级联放大电路电阻R5的一端与放大器U1的2号接口连接，电阻R5的另一端与高电平VCC连接，放大器U1的3号接口与高电平VCC连接，电阻R13的一端与放大器U1的1号接口连接，电阻R13的另一端与电容C14的一端连接，电容C14的另一端接地，电容C15的一端与放大器U1的5接口连接，电容C15的另一端接地，放大器U1的2号接口与滑动变阻器R12的滑片端连接，滑动变阻器R12电阻的一端接地，滑动变阻器R12电阻的另一端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与三极管Q3的发射极连接，放大器U1的4号接口分别与二极管D1的负极、可变电阻R10的一端连接，可变电阻R10的另一端与三极管Q6的基极连接，电阻R3的一端与高电平VCC连接，电阻R3的另一端与三极管Q2的基极连接，二极管D1的正极与三极管Q2的基极连接，电容C7的一端与三极管Q2的基极连接，电容C7的另一端与三极管Q6的基极连接，三极管Q2的集电极与三极管Q1的基极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q6的发射极连接，三极管Q6的集电极与三极管Q8的基极连接，三极管Q8的发射极与放大器U1的5号接口连接，三极管Q8的集电极与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极与高电平VCC连接，三极管Q1的集电极与三极管Q2的发射极连接，电容C13的一端与放大器U1的1号接口连接，电容C13的另一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R17的一端与放大器U1的1号接口连接，电阻R17的另一端与电容C16的一端连接，电容C16的另一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R6的一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R6另一端与输出端口OUTPUT连接，电阻R8的一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R8另一端与电容C11的一端连接，电容C11的另一端与三极管Q1的集电极连接，电容C3的一端与高电平VCC连接，电容C3的另一端接地。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种食品菌群快速检测装置，包括依次连接的信号提取电路、阈值判断电路和级联放大电路，其特征在于：

所述信号提取电路包括输入端口INPUT，2个三极管Q4、Q7，4个电容分别为C1、C6、C10、C12，5个电阻分别为R1、R2、R9、R15、R16，所述信号提取电路中输入端口INPUT分别与电容C6的一端、电阻R9的一端、电容C10的一端、电阻R16的一端连接，电容C6的另一端与高电平VCC连接，电阻R9的另一端与三极管Q7的集电极连接，电容C10的另一端与三极管Q7的基极连接，电阻R16的另一端接地，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的集电极与三极管Q4的基极连接，电阻R1的一端与高电平VCC连接，电阻R1的另一端与三极管Q4的基极连接，电阻R2的一端与高电平VCC连接，电阻R2的另一端与三极管Q4的集电极连接，电阻R15的一端与三极管Q4的发射极连接，电阻R15的另一端接地，电容C12的一端与三极管Q4的发射极连接，电容C12的另一端接地，电容C1的一端与高电平VCC连接，电容C1的另一端接地；

所述阈值判断电路包括开关S1，双向钳位二极管D2，滑动变阻器R11，2个电阻R4、R7，2个三极管Q3、Q5，4个电容分别为C2、C4、C5、C9，所述阈值判断电路中开关S1的一端与高电平VCC连接，开关S1的另一端与三极管Q3的集电极连接，电阻R4的一端与高电平VCC连接，电阻R4的另一端与三极管Q3的基极连接三极管Q3的发射极接地，三极管Q5的集电极与三极管Q3的基极连接，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极分别与电阻R7的一端、电容C9的一端、双向钳位二极管D2的一端、电容C5的一端连接，电阻R7的另一端与三极管Q3的基极连接，电容C5的另一端与高电平VCC连接，双向钳位二极管D2的另一端接地，电容C9的另一端与滑动变阻器R11的滑片端连接，滑动变阻器电阻的一端接地，滑动变阻器电阻的另一端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与三极管Q4的集电极连接，电容C2的一端与高电平VCC连接，电容C2的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种食品菌群快速检测装置，其特征在于：

所述级联放大电路包括放大器U1，可变电阻R10，滑动变阻器R12，8个电容分别为C3、C7、C8、C11、C13、C14、C15、C16，7个电阻分别为R3、R5、R6、R8、R13、R14、R17，5个三极管分别为Q1、Q2、Q3、Q6、Q8，所述级联放大电路电阻R5的一端与放大器U1的2号接口连接，电阻R5的另一端与高电平VCC连接，放大器U1的3号接口与高电平VCC连接，电阻R13的一端与放大器U1的1号接口连接，电阻R13的另一端与电容C14的一端连接，电容C14的另一端接地，电容C15的一端与放大器U1的5接口连接，电容C15的另一端接地，放大器U1的2号接口与滑动变阻器R12的滑片端连接，滑动变阻器R12电阻的一端接地，滑动变阻器R12电阻的另一端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与三极管Q3的发射极连接，放大器U1的4号接口分别与二极管D1的负极、可变电阻R10的一端连接，可变电阻R10的另一端与三极管Q6的基极连接，电阻R3的一端与高电平VCC连接，电阻R3的另一端与三极管Q2的基极连接，二极管D1的正极与三极管Q2的基极连接，电容C7的一端与三极管Q2的基极连接，电容C7的另一端与三极管Q6的基极连接，三极管Q2的集电极与三极管Q1的基极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q6的发射极连接，三极管Q6的集电极与三极管Q8的基极连接，三极管Q8的发射极与放大器U1的5号接口连接，三极管Q8的集电极与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极与高电平VCC连接，三极管Q1的集电极与三极管Q2的发射极连接，电容C13的一端与放大器U1的1号接口连接，电容C13的另一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R17的一端与放大器U1的1号接口连接，电阻R17的另一端与电容C16的一端连接，电容C16的另一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R6的一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R6另一端与输出端口OUTPUT连接，电阻R8的一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R8另一端与电容C11的一端连接，电容C11的另一端与三极管Q1的集电极连接，电容C3的一端与高电平VCC连接，电容C3的另一端接地。