專利名稱：一種液態(tài)食品品質指紋圖譜識別儀的制作方法
技術領域：
本實用新型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：
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。目前食品品質檢測多是對單一的代表性物質進行檢 測，但是所用儀器操作復雜、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 品質差異更小，這樣就給食品品質檢測增加了難度，使單一的品質參數(shù)不能對各類食品的 品質進行有效的表述。

實用新型內容本實用新型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)食品品質指紋圖譜識別儀。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案如下該液態(tài)食品品質指紋圖譜 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、電流轉電壓電路、 工作電極轉換裝置、模擬開關和計算機；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 輸入端與電流轉電壓電路連接，所述模擬開關的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 電壓電路與模擬開關連接，模擬開關與工作電極轉換裝置連接，工作電極轉換裝置與指紋 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，本實用新型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，本實用新型所述電流轉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。[0007]本實用新型的指紋圖譜數(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)有技術相比，本實用新型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。本實用新型具有可重復開發(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，針對新的應用重新建立數(shù)學模型，方便地對其他液態(tài) 化學樣品進行采集分析。

圖1是本實用新型的結構框圖；圖2是本實用新型的恒電位單元的結構示意圖；圖3是本實用新型的恒電位單元的電路原理圖；圖4是本實用新型的電流轉電壓電路的電路原理圖；圖5是本實用新型的電壓掃描信號示意圖；圖6是使用本實用新型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三種頻率的復頻
信號；圖7使用本實用新型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三種頻率的復頻信 號；圖8使用本實用新型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、10HZ、100HZ三種頻率的復頻信號；圖9使用本實用新型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三種頻率的復頻信號。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型液態(tài)食品品質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、、電流轉電壓電路U4、計算機TO、模擬開關和工作 電極轉換裝置；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)工作電極轉換裝置、模擬開關和 電流轉電壓電路U4與計算機5相連。其中，信號發(fā)生和采集控制器U1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的EA端； 數(shù)據(jù)采集卡K1的第二模擬輸出端A02和模擬開關的INT端相連；數(shù)據(jù)采集卡K1的第一數(shù) 字輸入端All和電流轉電壓電路U4中的第五放大器TOA的的輸出端相連。數(shù)據(jù)采集卡K1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 經(jīng)過第五電阻R5接入信號發(fā)生和采集控制器U1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 R11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；輔助電極可采用鉬盤電極或鉬 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電壓電 路U4的輸入端相連。如圖4所示，在電流轉電壓電路U4中，電流轉電壓電路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All相連；第一電阻R1和工作電極轉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TOA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。本實用新型包括信號發(fā)生和采集控制器U1、恒電位單元U2、指紋圖譜采集器U3、 電流轉電壓電路U4、計算機TO、模擬開關和工作電極轉換裝置。由計算機TO控制信號發(fā)生 和采集控制器U1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，被檢測物的反應信號經(jīng)恒電位單元的工作電極、工作電極轉換裝 置、模擬開關、電流轉電壓電路被信號發(fā)生和采集控制器U1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示出了本實用新型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的指紋圖譜信號。由圖可知，本實用新型指紋圖譜識 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
5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、質量監(jiān)督管理提供了很好的技術支持。
權利要求一種液態(tài)食品品質指紋圖譜識別儀，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、電流轉電壓電路、工作電極轉換裝置、模擬開關和計算機；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電壓電路連接，所述模擬開關的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，電流轉電壓電路與模擬開關連接，模擬開關與工作電極轉換裝置連接，工作電極轉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)權利要求1所述的一種液態(tài)食品品質指紋圖譜識別儀，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)權利要求1所述的一種液態(tài)食品品質指紋圖譜識別儀，其特征在于所述電流 轉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。
專利摘要本實用新型公開了一種液態(tài)食品品質指紋圖譜識別儀，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電壓電路連接，模擬開關的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，電流轉電壓電路與模擬開關連接，模擬開關與工作電極轉換裝置連接，工作電極轉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。本實用新型電路制作簡單、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G01N27/416GK201555827SQ200920200369
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權日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