光聲聯用光譜法的食品藥品組分含量快速檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及食品藥品質量檢測領域，具體為一種光聲聯用光譜法的食品藥品組分和含量快速檢測裝置。
【背景技術】
[0002]隨著人們生活水平的提高和對健康的重視，食品和藥品質量問題日益成為社會關注的熱點。近來有關食品和藥品質量問題屢有曝光，比如鎘大米”事件、“毒奶粉”事件、“三聚氰胺”事件、“毒膠囊”事件等等，類似的事件嚴重影響了社會穩定，引起了人們對相關生產廠家以及監督部門的信任危機。
[0003]食品和藥品安全是關系國計民生的大事，目前檢疫部門常采用的檢測方法主要是靠視覺主觀判斷、化學試劑法以及儀器檢測法。由于視覺主觀判斷受到經驗水平和主觀意思的影響，檢測誤差相對較大；化學試劑法由于對被測成分的不可知性，使得這種方法的檢測過程漫長，消耗較多的人力、物力和財力，并且由于化學試劑成分的干擾，會給檢測的準確度帶來影響；對于儀器檢測法，目前常用的檢測儀器主要是高效液相、氣相色譜儀或質譜聯用等儀器，由于該類儀器操作復雜，需要繁瑣的前處理，并且需要專業人員才能進行檢測操作，且價格相對昂貴，使得該類儀器的使用率和普及性不高。
[0004]近來，無損檢測手段越來越受青睞，其原因是該方法具有無損、快速、便攜和可操作性強等特點，其中具有代表性的有光學無損檢測法，如；紫外光譜法、紅外光譜法、拉曼光譜法等。雖然光譜法具有綠色、快速和無損等特點，但是由于被測物質組分多樣性，會造成多組分光譜的干擾，同時由于光譜法在特征光譜范圍固有的光譜重疊效應，使得光譜檢測法的精度和穩定性受到影響。而光聲無損檢測技術不同于光譜檢測方法，該技術是利用光致超聲技術，即:利用脈沖激光輻射被測物質，由于對特征波長激光能量的吸收使得被測物質局部產生快速的熱膨脹，從而產生超聲機械波，通過捕獲光致超聲波并利用信號分析技術就可以反演出被測物質的成分和含量等信息。由于得到的是超聲信號，所以可以極大地克服光譜法帶來的散射光干擾，使得檢測穩定性和準確度得到提高。但是利用光聲技術檢測時，無法通過實時的光聲時域信號來判斷其組分和含量，而需要通過得到某些特征波長下的光聲值來分析。但是由于事先并不知道被測組分的特征波長，所以需要對每個波長的光聲信號進行采集，然后從中找出特征波長，使得檢測過程耗時較長，并且特征波長選擇的正確與否直接影響了被測組分檢測的可靠性和準確度。因此，需要尋求一種提高光聲無損檢測的效率和準確度的方法。

【發明內容】

[0005]為了克服上述不足本發明提供一種既提高檢測效率，又保證檢測結果準確度的光聲聯用光譜法的食品藥品組分和含量快速檢測裝置。
[0006]為解決上述技術問題，實現上述目的，本發明通過如下技術方案實現:
[0007]一種光聲聯用光譜法的食品藥品組分和含量快速檢測裝置，包括光源輻射單元、檢測室單元和信號顯示單元，還包括光譜分光單元、光聲探測單元、信號處理單元和信號控制單元，所述光源輻射單元、檢測室單元和光譜分光單元沿光傳播方向依次設置，所述檢測室單元的光聲信號輸出端與光聲探測單元的光聲信號輸入端相連，所述分光單元及光聲探測單元的電信號輸出端均與信號處理單元的電信號輸入端相連，所述信號控制單元的信號輸入端與信號處理單元的信號輸出端相連，所述信號顯示單元及光源輻射單元的控制信號輸入端均與信號控制單元的控制信號輸出端相連。
[0008]本發明具有以下有益效果:
[0009]由于采用光聲法和光譜法聯用技術，使得該檢測裝置和檢測方法兼具了光聲檢測和光譜檢測的優點，一方面，利用光譜法尋找特征波長方便快速的特點，大大節省和方便了光聲檢測法中特征波長的選擇，使得檢測效率大大提高；另一方面，利用光聲技術來對被測物質進行定性和定量檢測，避免了光譜法中被測物質中多組分散射光帶來的干擾，使得檢測準確度大大提高。與傳統方法相比，該方法具有無損、快速、可操作性更強、準確度更高等特點，這也使得該裝置和檢測方法具有更好的實用性和適用性。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的原理示意圖。
[0011 ] 圖2為平面反射式光柵分光示意圖。
[0012]圖3為凹面反射式光柵分光不意圖。
[0013]圖4為體全息透射式光柵分光示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖及實施例進一步說明本發明。
[0015]一種光聲聯用光譜法快速檢測食品藥品組分和含量的裝置及方法，其中，檢測裝置，如圖1所述，具體包括:光源輻射單元100、檢測室單元200、光譜分光單元300、光聲探測單元400、信號處理單元500、信號控制單元600和信號顯示單元700，其特征在于所述的光源福射單元100用于向檢測室單元200發射一定波長和能量的光；所述的光譜分光單元300的輸入端與檢測室單元200的輸出端相連，用于將檢測室單元200透射的光進行分光衍射成光譜，再利用光譜探測器305進行光譜探測接收并轉換成相對應強度的電信號；所述的光聲探測單元400的輸入端也與檢測室單元200的輸出端相連，用于探測檢測室單元200中被測物質的光聲信號，并轉換成對應光聲強度的電信號；所述的信號處理單元500的輸入端與光譜分光單元300的輸出端和光聲探測單元400的輸出端相連，用于將傳輸的反映光譜強度的電信號和反映光聲強度的電信號進行信號處理；所述的信號控制單元600的輸入端與信號處理單元500的輸出端相連，其作用是對信號處理單元500處理后的信號進行分析處理，并通過信號控制單元600發出控制指令，分別控制光源輻射單元100和信號處理單元500的操作；所述的信號顯示單元700的輸入端與信號控制單元600的輸出端相連，用于將信號控制單元600分析處理后的信號進行實時顯示，并給出被測物質類型和含量等信息。
[0016]進一步的，所述的光源輻射單元100沿光傳播方向依次包括光源101、準直透鏡102和聚焦透鏡103。所述的光源101為脈沖激光器或者為鹵素燈加斬波器構成。
[0017]光源101優選一，所述光源101為波長可調諧脈沖激光器，其波長輸出范圍可為紫外到紅外波段。所述脈沖激光器為光學參量振蕩器脈沖激光器；其規格為532nm泵浦源調Q Nd:YAG ;激光輸出波長為680?2500nm，并在波長范圍內可以以l_20nm間隔可調；整個波段內能量小于或等于10mJ，秒沖持續時間為1ns ;重復頻率為l_20Hz可調；輸出能量為0-100%內可調；在有效波長范圍內。
[0018]光源101優選二，所述的光源101為波長范圍從紫外到紅外波段的連續光譜光源，如^素燈(飛利浦，MR11/12V 35W)，另外還需配置由步進電機驅動轉動的斬波器，用于產生一定調制頻率的脈沖光源。
[0019]進一步的，所述的檢測室單元200為石英或玻璃材質的比色皿。
[0020]進一步的，所述的光譜分光單元300為平面或凹面反射式光柵分光系統或體全息透射式光柵分光系統。其中，平面反射式光柵分光系統，如圖2所示，沿光傳播方向依次由入射狹縫301、準直鏡302、平面反射式光柵、聚焦鏡304和光譜探測器305構成；凹面反射式光柵分光系統，如圖3所示，沿光傳播方向依次由入射狹縫301、凹面反射式光柵和光譜探測器305構成；體全息透射式光柵分光系統，如圖4所示，沿光傳播方向依次由入射狹縫301、準直鏡302、體全息透射式光柵、聚焦鏡304和光譜探測器305構成。
[0021]所述的入射狹縫301，優選為50-1000 μ m可調節寬度狹縫或針孔。
[0022]所述的平面反射式光柵優選為600線/400nm的平面閃耀光柵；凹面反射式光柵優選為寧波源祿光電有限公司生產的平場全息凹面光柵S81-35，該光柵線為600線，通光孔徑約為29.5mm，衍射角約20.9度，分光范圍約為340_850nm。體全息透射式光柵303優選為光柵線為1200線/mm，閃耀波長550nm，在波長340和750nm處的衍射效率約為80%。
[0023]所述的光譜探測器305優選采用日本東芝公司生產的線陣(XDCTCD1251UD)，有效像元數為2700，相鄰像元中心距為11 μm，光敏區總長為:29.70mm,工作頻率為2MHz，光電轉換效率大于92%。
[0024]進一步的，所述的光聲探測單元400由超聲探測器構成，所述的超聲探測器為聚焦型或非聚焦型超聲探測器。所述的超聲探測器優選為廣州多普勒電子科技有限公司生產的I1P10NF40型超聲探測器，超聲探測器的中心響應頻率分別約為10.0MHzο
[0025]進一步的，所述的超聲探測器與檢測室單元200之間均勻涂抹醫用超聲耦合液，并且探測器探測頭需與檢測室單元200的外壁面保持平行。
[0026]進一步的，所述的光譜分光單元300與光聲探測單元400的位置為空間正交結構，其正交角度為90度。
[0027]進一步的，所述的信號處理單元500由信號放大器501、信號濾波器502和信號采集器503依次電氣連接構成；所述的信號采集器503用于將光譜電信號和光聲電信號按照一定的采集頻率進行采樣、量化和編碼，并轉換成對應強度信息的數字信號；所述的信號放大器501、信號濾波器502和信號采集器503均為多通道器件，通道數不少于2，所述的信號放大器501為增益可調電壓放大器；所述的信號濾波器502為有源低通濾波器；所述的信號采集卡503為NI公司的數據采集卡PXI/PC1-5105。
[0028]進一步的，所述的信號控制單元600由計算機601、同步時序電路602、光源福射控制器603、信號存儲器604和分析軟件605構成。所述的光源福射控制器603的輸出端與光源輻射單元100的光源101相連，用于接收計算機601及控制軟件605發出的激光器參數控制信號。所述的同步時序電路602的輸出端與信號處理單元中500的信號放大器501、信號濾波器502、信號采集器503和光源輻射控制器603相連，用于給上述器件發送同步信號從而觸發這些器件保持同步工作。所述的信號存儲器604用于將信號采集器503采集的光譜數字信號和光聲數字信號進行存儲。
[0029]進一步的，所述的分析軟件605包括計算機操作系統、光源控制軟件、基于LabVIEff的信號采集控制軟件和基于MATLAB的數據分析軟件。
[0030]優選的，本實施例中，所述光源輻射單元控制軟件為OPPTEK V1.2.18型激光器驅動軟件；負責開啟脈沖激光器，并對脈沖激光器的基本參數(如:激光器輸出能量、脈沖頻率和波長等)進行設置；
[0031]優選的，本實施例中，所述的數據采集控制軟件為虛擬儀器控制軟件LabVIEW，通過圖形化編程來控制數據采集卡的采集，以及光聲信號的實時顯示及數據存儲等操作；
[0032]優