專利名稱：液態(tài)食品品質(zhì)指紋圖譜識別儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體食品的檢測儀器，具體涉及一種液態(tài)食品指紋圖譜識別儀。
背景技術(shù)：
液態(tài)食品(牛奶、白酒、果汁、黃酒、紅酒)在人們的日常生活中扮演著非常重要的角色，而且近年來人們對于食品安全的重視程度越來越高，因此食品的品質(zhì)檢測在食品安全保障方面扮演著非常重要的角色。目前食品品質(zhì)檢測多是對單一的代表性物質(zhì)進行檢測，但是所用儀器操作復(fù)雜、并且價格昂貴，尤其是操作周期長，不能實現(xiàn)快速檢測。而且同一食品種類中所含物質(zhì)比較接近，而同一種類，不同產(chǎn)地、不同廠家、不同批次的產(chǎn)品之間品質(zhì)差異更小，這樣就給食品品質(zhì)檢測增加了難度，使單一的品質(zhì)參數(shù)不能對各類食品的品質(zhì)進行有效的表述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡單、快速并且是能夠有效獲取液態(tài)食品整體信息的液態(tài)食品品質(zhì)指紋圖譜識別儀。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下該液態(tài)食品品質(zhì)指紋圖譜識別
儀主要包括信號發(fā)生和采集控制器、恒電位單元、指紋圖譜采集器、電流轉(zhuǎn)電壓電路、工作
電極轉(zhuǎn)換裝置、模擬開關(guān)和計算機；所述計算機與信號發(fā)生和采集控制器連接，所述信號發(fā)
生和采集控制器的第一模擬輸出端與恒電位單元連接，信號發(fā)生和采集控制器的模擬輸入
端與電流轉(zhuǎn)電壓電路連接，所述模擬開關(guān)的INT端與信號發(fā)生和采集控制器的第二模擬輸
出端連接，所述模擬開關(guān)的EA端與信號發(fā)生和采集控制器的數(shù)字輸出端連接，電流轉(zhuǎn)電壓
電路與模擬開關(guān)連接，模擬開關(guān)與工作電極轉(zhuǎn)換裝置連接，工作電極轉(zhuǎn)換裝置與指紋圖譜
采集器的工作電極連接，指紋圖譜采集器的參比電極和輔助電極分別與恒電位單元連接。 進一步地，本發(fā)明所述恒電位單元包括第一跟隨電路、第二跟隨電路、比較電路和
功率放大電路，所述第一跟隨電路的輸出端與比較電路的反相輸入端連接，第二跟隨電路
的輸出端與比較電路的正相輸入端連接，比較電路的輸出端與功率放大電路的正相輸入端
連接，放大電路的的輸出端與指紋圖譜采集器的輔助電極連接，第一跟隨電路的輸入端與
指紋圖譜采集器的參比電極連接，第二跟隨電路的輸入端與所述信號發(fā)生和采集控制器的
第一模擬輸出端連接。 進一步地，本發(fā)明所述電流轉(zhuǎn)電壓電路的放大器的正相輸入端與第二電阻的一端連接，第二電阻的另一端接地；所述放大器的反相輸入端與第一電阻的一端連接，第一電阻的另一端分別與第三電阻和工作電極的一端連接，第三電阻的另一端接地；放大器的輸出端與信號發(fā)生和采集控制器的模擬輸入端連接；放大器的反相輸入端和輸出端分別與可變電阻的兩端連接。 本發(fā)明的指紋圖譜數(shù)據(jù)采集由計算機自動控制，將樣品至于待測容器中，待液體穩(wěn)定后，計算機控制信號發(fā)生和采集控制器激活繼電器選中一路工作電極，同時信號發(fā)生和采集控制器(如數(shù)據(jù)采集卡)產(chǎn)生多頻掃描信號，通過工作電極將液態(tài)食品的綜合信息轉(zhuǎn)化成電信號由信號發(fā)生和采集控制器傳給計算機進行分析處理，采集完一路后由信號發(fā)生和采集控制器控制采集另外一路，一直到所有的工作電極全部被選中。采集時間過后切換到清洗狀態(tài)，將工作電極表面的氧化物清除掉以便下次采集。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是電路制作簡單、穩(wěn)定；操作簡單、快速并且能夠獲取液態(tài)食品整體信息。本發(fā)明具有可重復(fù)開發(fā)能力，只要更換一個或幾個工作電極即可組成新的電極陣列，針對新的應(yīng)用重新建立數(shù)學(xué)模型，方便地對其他液態(tài)化學(xué)樣品進行采集分析。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框 圖2是本發(fā)明的恒電位單元的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明的恒電位單元的電路原理 圖4是本發(fā)明的電流轉(zhuǎn)電壓電路的電路原理 圖5是本發(fā)明的電壓掃描信號示意圖； 圖6是使用本發(fā)明指紋圖譜識別儀對某品牌的果醋在不同的掃描頻率下檢測得到的指紋圖譜信號:(a) 1HZ ; (b) 10HZ ; (c) 100HZ ; (d) 1HZ、10HZ、100HZ三種頻率的復(fù)頻信號； 圖7使用本發(fā)明指紋圖譜識別儀對某品牌的黃酒在不同的掃描頻率下檢測得到的指紋圖譜信號:(a) 1HZ ; (b) 10HZ ; (c) 100HZ ; (d) 1HZ、10HZ、100HZ三種頻率的復(fù)頻信號;
圖8使用本發(fā)明指紋圖譜識別儀對某品牌的紅酒在不同的掃描頻率下得到的指紋圖譜信號:(a) 1HZ ; (b) 10HZ ; (c) 100HZ ; (d) 1HZ、 IOHZ、 100HZ三種頻率的復(fù)頻信號;
圖9使用本發(fā)明指紋圖譜識別儀對某品牌的牛奶在不同的掃描頻率下得到的指紋圖譜信號:(a) 1HZ ; (b) 10HZ ; (c) 100HZ ; (d) 1HZ、10HZ、100HZ三種頻率的復(fù)頻信號。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明液態(tài)食品品質(zhì)指紋圖譜識別儀包括信號發(fā)生和采集控制器U1、恒電位單元U2、指紋圖譜采集器U3、、電流轉(zhuǎn)電壓電路U4、計算機U5、模擬開關(guān)和工作電極轉(zhuǎn)換裝置；信號發(fā)生和采集控制器U1經(jīng)恒電位單元U2和指紋圖譜采集器U3中的參比電極和輔助電極相連，指紋圖譜采集器U3中的工作電極經(jīng)工作電極轉(zhuǎn)換裝置、模擬開關(guān)和電流轉(zhuǎn)電壓電路U4與計算機5相連。 其中，信號發(fā)生和采集控制器Ul可采用NI公司的USB-6009數(shù)據(jù)采集卡，計算機U5可采用筆記本電腦。數(shù)據(jù)采集卡K1的第一模擬輸出端A01經(jīng)電阻R5與恒電位單元U2的第二放大器U2A的正相輸入端相連；數(shù)據(jù)采集卡K1的數(shù)字輸出端連接模擬開關(guān)的EA端；數(shù)據(jù)采集卡Kl的第二模擬輸出端A02和模擬開關(guān)的INT端相連；數(shù)據(jù)采集卡Kl的第一數(shù)字輸入端All和電流轉(zhuǎn)電壓電路U4中的第五放大器U5A的的輸出端相連。數(shù)據(jù)采集卡Kl通過USB數(shù)據(jù)線和計算機U4相連。 如圖3所示，恒電位單元U2中恒電位單元U2中的集成運算放大器可選用工增益低噪音放大器，第二放大器U2A、R5和R6組成第二跟隨電路。第二放大器U2A的正相輸入端
4經(jīng)過第五電阻R5接入信號發(fā)生和采集控制器Ul的輸出信號，第二放大器U2A的反相輸入端經(jīng)第六電阻R6接該第二放大器U2A的輸出端，并經(jīng)第三滑動電阻Rt3與第三放大器U3A的正相輸入端相連。第一電容C42和第二電容C43并聯(lián)后，兩個電容的其中一端接第二放大器U2A的Vcc，另一端接地。第一放大器U1A、 R7和R8組成第一跟隨電路。第一放大器U1A的正相輸入端經(jīng)第七電阻R7和指紋圖譜采集器U3中的參比電極相連，反相輸入端經(jīng)第八電阻R8接輸出端，并經(jīng)過第二滑動電阻Rt2與第三放大器U3A的反相輸入端相連。第三放大器U3A、 R9和R10組成比較電路。第三放大器U3A的正相輸入端經(jīng)第九電阻R9接地，反相輸入端經(jīng)第十電阻R10和輸出端相連，并且第三放大器U3A的輸出端經(jīng)過第十一電阻Rll和第四放大器U4A的正相輸入端相連。第四放大器U4A、R11、R12和Rt4組成功率放大電路。第四放大器U4A的反相輸入端經(jīng)第十二電阻R12接地，并且由第四滑動電阻Rt4和輸出端相連，輸出端經(jīng)第二電容C2接地，同時第四放大器U4A的輸出端和指紋圖譜采集器U2中的輔助電極相連。第二、三、四放大器的電源部分連接和第一放大器完全相同。
如圖3和圖4所示，指紋圖譜采集器U3中電極陣列GZ分別由一只或幾只貴金屬工作電極、一只貴金屬輔助電極和一只參比電極組成，并封裝在乙烯中組成指紋圖譜采集器U3。其中，參比電極可采用Ag/Agcl或汞電極中的一種；輔助電極可采用鉑盤電極或鉑柱電極中的一種；工作電極可采用鎢盤電極、鉬盤電極、金盤電極、銀盤電極、鈦盤電極、銅盤電極、鈀盤電極中的一種或幾種，但不同的工作電極所使用的貴金屬的種類不同；工作電極轉(zhuǎn)換裝置可采用繼電器。輔助電極和恒電位單元U2的輸出相連，參比電極和恒電位單元U2中第二放大器U2A的反相輸入端相連；不同的工作電極分別通過繼電器和電流轉(zhuǎn)電壓電路U4的輸入端相連。 如圖4所示，在電流轉(zhuǎn)電壓電路U4中，電流轉(zhuǎn)電壓電路U4的第五放大器U5A的正相輸入端與第二電阻R2的一端連接，第二電阻R2的另一端接地；第五放大器U5A的反相輸入端與第一電阻R1的一端連接，第一電阻R1的另一端分別與第三電阻R3和工作電極的一端連接，第三電阻R3的另一端接地；第五放大器U5A的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡K1的第一模擬輸入端AIl相連；第一電阻R1和工作電極轉(zhuǎn)換裝置分別與指紋圖譜采集器U3的工作電極相連；同時第五放大器U5A的反相輸入端和輸出端分別與第一滑動電阻Rtl的兩端連接。
本發(fā)明包括信號發(fā)生和采集控制器Ul、恒電位單元U2、指紋圖譜采集器U3、電流轉(zhuǎn)電壓電路U4、計算機U5、模擬開關(guān)和工作電極轉(zhuǎn)換裝置。由計算機U5控制信號發(fā)生和采集控制器Ul產(chǎn)生電壓掃描信號，經(jīng)恒電位單元U2將電壓加到指紋圖譜采集器U3的輔助電極和工作電極之間，被檢測物的反應(yīng)信號經(jīng)恒電位單元的工作電極、工作電極轉(zhuǎn)換裝置、模擬開關(guān)、電流轉(zhuǎn)電壓電路被信號發(fā)生和采集控制器Ul采集，并通過USB數(shù)據(jù)連接線將所采集的數(shù)據(jù)存儲到電腦中。 圖5至圖9示出了本發(fā)明指紋圖譜識別儀提供的掃描激勵信號波形以及在不同的頻率下示例檢測樣品得到的對應(yīng)的指紋圖譜信號。由圖可知，本發(fā)明指紋圖譜識別儀在檢測過程中提供了代表液體整體信息指紋圖譜，相同的物品在不同的頻率下以及不同的物品在相同的頻率下的得到的指紋圖譜都不一樣，通過實驗在選定的頻率下區(qū)分不同的液態(tài)食品。由于無需樣品制備、檢測過程快速、操作簡單方便，這種新型的檢測儀器為需要現(xiàn)場檢測和在線檢測的食品安全檢測、質(zhì)量監(jiān)督管理提供了很好的技術(shù)支持。
權(quán)利要求
一種液態(tài)食品品質(zhì)指紋圖譜識別儀，其特征在于它包括信號發(fā)生和采集控制器、恒電位單元、指紋圖譜采集器、電流轉(zhuǎn)電壓電路、工作電極轉(zhuǎn)換裝置、模擬開關(guān)和計算機；所述計算機與信號發(fā)生和采集控制器連接，所述信號發(fā)生和采集控制器的第一模擬輸出端與恒電位單元連接，信號發(fā)生和采集控制器的模擬輸入端與電流轉(zhuǎn)電壓電路連接，所述模擬開關(guān)的INT端與信號發(fā)生和采集控制器的第二模擬輸出端連接，所述模擬開關(guān)的EA端與信號發(fā)生和采集控制器的數(shù)字輸出端連接，電流轉(zhuǎn)電壓電路與模擬開關(guān)連接，模擬開關(guān)與工作電極轉(zhuǎn)換裝置連接，工作電極轉(zhuǎn)換裝置與指紋圖譜采集器的工作電極連接，指紋圖譜采集器的參比電極和輔助電極分別與恒電位單元連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液態(tài)食品品質(zhì)指紋圖譜識別儀，其特征在于所述恒電位單元包括第一跟隨電路、第二跟隨電路、比較電路和功率放大電路，所述第一跟隨電路的輸出端與比較電路的反相輸入端連接，第二跟隨電路的輸出端與比較電路的正相輸入端連接，比較電路的輸出端與功率放大電路的正相輸入端連接，放大電路的的輸出端與指紋圖譜采集器的輔助電極連接，第一跟隨電路的輸入端與指紋圖譜采集器的參比電極連接，第二跟隨電路的輸入端與所述信號發(fā)生和采集控制器的第一模擬輸出端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液態(tài)食品品質(zhì)指紋圖譜識別儀，其特征在于所述電流轉(zhuǎn)電壓電路的放大器的正相輸入端與第二電阻的一端連接，第二電阻的另一端接地；所述放大器的反相輸入端與第一電阻的一端連接，第一電阻的另一端分別與第三電阻和工作電極的一端連接，第三電阻的另一端接地；放大器的輸出端與信號發(fā)生和采集控制器的模擬輸入端連接；放大器的反相輸入端和輸出端分別與可變電阻的兩端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液態(tài)食品品質(zhì)指紋圖譜識別儀，其中，計算機與信號發(fā)生和采集控制器連接，信號發(fā)生和采集控制器的第一模擬輸出端與恒電位單元連接，信號發(fā)生和采集控制器的模擬輸入端與電流轉(zhuǎn)電壓電路連接，模擬開關(guān)的INT端與信號發(fā)生和采集控制器的第二模擬輸出端連接，模擬開關(guān)的EA端與信號發(fā)生和采集控制器的數(shù)字輸出端連接，電流轉(zhuǎn)電壓電路與模擬開關(guān)連接，模擬開關(guān)與工作電極轉(zhuǎn)換裝置連接，工作電極轉(zhuǎn)換裝置與指紋圖譜采集器的工作電極連接，指紋圖譜采集器的參比電極和輔助電極分別與恒電位單元連接。本發(fā)明電路制作簡單、穩(wěn)定；操作簡單、快速并且能夠有效獲取液態(tài)食品整體信息。
文檔編號G01N33/02GK101718771SQ20091015410
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者沈睿謙, 王俊, 趙煜, 韋真博 申請人:浙江大學(xué)