专利名称：液态食品品质指纹图谱识别仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体食品的检测仪器，具体涉及一种液态食品指纹图谱识别仪。
背景技术：
液态食品(牛奶、白酒、果汁、黄酒、红酒)在人们的日常生活中扮演着非常重要的角色，而且近年来人们对于食品安全的重视程度越来越高，因此食品的品质检测在食品安全保障方面扮演着非常重要的角色。目前食品品质检测多是对单一的代表性物质进行检测，但是所用仪器操作复杂、并且价格昂贵，尤其是操作周期长，不能实现快速检测。而且同一食品种类中所含物质比较接近，而同一种类，不同产地、不同厂家、不同批次的产品之间品质差异更小，这样就给食品品质检测增加了难度，使单一的品质参数不能对各类食品的品质进行有效的表述。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、快速并且是能够有效获取液态食品整体信息的液态食品品质指纹图谱识别仪。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下该液态食品品质指纹图谱识别
仪主要包括信号发生和采集控制器、恒电位单元、指纹图谱采集器、电流转电压电路、工作
电极转换装置、模拟开关和计算机；所述计算机与信号发生和采集控制器连接，所述信号发
生和采集控制器的第一模拟输出端与恒电位单元连接，信号发生和采集控制器的模拟输入
端与电流转电压电路连接，所述模拟开关的INT端与信号发生和采集控制器的第二模拟输
出端连接，所述模拟开关的EA端与信号发生和采集控制器的数字输出端连接，电流转电压
电路与模拟开关连接，模拟开关与工作电极转换装置连接，工作电极转换装置与指纹图谱
采集器的工作电极连接，指纹图谱采集器的参比电极和辅助电极分别与恒电位单元连接。 进一步地，本发明所述恒电位单元包括第一跟随电路、第二跟随电路、比较电路和
功率放大电路，所述第一跟随电路的输出端与比较电路的反相输入端连接，第二跟随电路
的输出端与比较电路的正相输入端连接，比较电路的输出端与功率放大电路的正相输入端
连接，放大电路的的输出端与指纹图谱采集器的辅助电极连接，第一跟随电路的输入端与
指纹图谱采集器的参比电极连接，第二跟随电路的输入端与所述信号发生和采集控制器的
第一模拟输出端连接。 进一步地，本发明所述电流转电压电路的放大器的正相输入端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地；所述放大器的反相输入端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端分别与第三电阻和工作电极的一端连接，第三电阻的另一端接地；放大器的输出端与信号发生和采集控制器的模拟输入端连接；放大器的反相输入端和输出端分别与可变电阻的两端连接。 本发明的指纹图谱数据采集由计算机自动控制，将样品至于待测容器中，待液体稳定后，计算机控制信号发生和采集控制器激活继电器选中一路工作电极，同时信号发生和采集控制器(如数据采集卡)产生多频扫描信号，通过工作电极将液态食品的综合信息转化成电信号由信号发生和采集控制器传给计算机进行分析处理，采集完一路后由信号发生和采集控制器控制采集另外一路，一直到所有的工作电极全部被选中。采集时间过后切换到清洗状态，将工作电极表面的氧化物清除掉以便下次采集。 与现有技术相比，本发明的有益效果是电路制作简单、稳定；操作简单、快速并且能够获取液态食品整体信息。本发明具有可重复开发能力，只要更换一个或几个工作电极即可组成新的电极阵列，针对新的应用重新建立数学模型，方便地对其他液态化学样品进行采集分析。
图1是本发明的结构框 图2是本发明的恒电位单元的结构示意 图3是本发明的恒电位单元的电路原理 图4是本发明的电流转电压电路的电路原理 图5是本发明的电压扫描信号示意图； 图6是使用本发明指纹图谱识别仪对某品牌的果醋在不同的扫描频率下检测得到的指纹图谱信号:(a) 1HZ ; (b) 10HZ ; (c) 100HZ ; (d) 1HZ、10HZ、100HZ三种频率的复频信号； 图7使用本发明指纹图谱识别仪对某品牌的黄酒在不同的扫描频率下检测得到的指纹图谱信号:(a) 1HZ ; (b) 10HZ ; (c) 100HZ ; (d) 1HZ、10HZ、100HZ三种频率的复频信号;
图8使用本发明指纹图谱识别仪对某品牌的红酒在不同的扫描频率下得到的指纹图谱信号:(a) 1HZ ; (b) 10HZ ; (c) 100HZ ; (d) 1HZ、 IOHZ、 100HZ三种频率的复频信号;
图9使用本发明指纹图谱识别仪对某品牌的牛奶在不同的扫描频率下得到的指纹图谱信号:(a) 1HZ ; (b) 10HZ ; (c) 100HZ ; (d) 1HZ、10HZ、100HZ三种频率的复频信号。
具体实施例方式
如图1所示，本发明液态食品品质指纹图谱识别仪包括信号发生和采集控制器U1、恒电位单元U2、指纹图谱采集器U3、、电流转电压电路U4、计算机U5、模拟开关和工作电极转换装置；信号发生和采集控制器U1经恒电位单元U2和指纹图谱采集器U3中的参比电极和辅助电极相连，指纹图谱采集器U3中的工作电极经工作电极转换装置、模拟开关和电流转电压电路U4与计算机5相连。 其中，信号发生和采集控制器Ul可采用NI公司的USB-6009数据采集卡，计算机U5可采用笔记本电脑。数据采集卡K1的第一模拟输出端A01经电阻R5与恒电位单元U2的第二放大器U2A的正相输入端相连；数据采集卡K1的数字输出端连接模拟开关的EA端；数据采集卡Kl的第二模拟输出端A02和模拟开关的INT端相连；数据采集卡Kl的第一数字输入端All和电流转电压电路U4中的第五放大器U5A的的输出端相连。数据采集卡Kl通过USB数据线和计算机U4相连。 如图3所示，恒电位单元U2中恒电位单元U2中的集成运算放大器可选用工增益低噪音放大器，第二放大器U2A、R5和R6组成第二跟随电路。第二放大器U2A的正相输入端
4经过第五电阻R5接入信号发生和采集控制器Ul的输出信号，第二放大器U2A的反相输入端经第六电阻R6接该第二放大器U2A的输出端，并经第三滑动电阻Rt3与第三放大器U3A的正相输入端相连。第一电容C42和第二电容C43并联后，两个电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组成第一跟随电路。第一放大器U1A的正相输入端经第七电阻R7和指纹图谱采集器U3中的参比电极相连，反相输入端经第八电阻R8接输出端，并经过第二滑动电阻Rt2与第三放大器U3A的反相输入端相连。第三放大器U3A、 R9和R10组成比较电路。第三放大器U3A的正相输入端经第九电阻R9接地，反相输入端经第十电阻R10和输出端相连，并且第三放大器U3A的输出端经过第十一电阻Rll和第四放大器U4A的正相输入端相连。第四放大器U4A、R11、R12和Rt4组成功率放大电路。第四放大器U4A的反相输入端经第十二电阻R12接地，并且由第四滑动电阻Rt4和输出端相连，输出端经第二电容C2接地，同时第四放大器U4A的输出端和指纹图谱采集器U2中的辅助电极相连。第二、三、四放大器的电源部分连接和第一放大器完全相同。
如图3和图4所示，指纹图谱采集器U3中电极阵列GZ分别由一只或几只贵金属工作电极、一只贵金属辅助电极和一只参比电极组成，并封装在乙烯中组成指纹图谱采集器U3。其中，参比电极可采用Ag/Agcl或汞电极中的一种；辅助电极可采用铂盘电极或铂柱电极中的一种；工作电极可采用钨盘电极、钼盘电极、金盘电极、银盘电极、钛盘电极、铜盘电极、钯盘电极中的一种或几种，但不同的工作电极所使用的贵金属的种类不同；工作电极转换装置可采用继电器。辅助电极和恒电位单元U2的输出相连，参比电极和恒电位单元U2中第二放大器U2A的反相输入端相连；不同的工作电极分别通过继电器和电流转电压电路U4的输入端相连。 如图4所示，在电流转电压电路U4中，电流转电压电路U4的第五放大器U5A的正相输入端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地；第五放大器U5A的反相输入端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端分别与第三电阻R3和工作电极的一端连接，第三电阻R3的另一端接地；第五放大器U5A的输出端与数据采集卡K1的第一模拟输入端AIl相连；第一电阻R1和工作电极转换装置分别与指纹图谱采集器U3的工作电极相连；同时第五放大器U5A的反相输入端和输出端分别与第一滑动电阻Rtl的两端连接。
本发明包括信号发生和采集控制器Ul、恒电位单元U2、指纹图谱采集器U3、电流转电压电路U4、计算机U5、模拟开关和工作电极转换装置。由计算机U5控制信号发生和采集控制器Ul产生电压扫描信号，经恒电位单元U2将电压加到指纹图谱采集器U3的辅助电极和工作电极之间，被检测物的反应信号经恒电位单元的工作电极、工作电极转换装置、模拟开关、电流转电压电路被信号发生和采集控制器Ul采集，并通过USB数据连接线将所采集的数据存储到电脑中。 图5至图9示出了本发明指纹图谱识别仪提供的扫描激励信号波形以及在不同的频率下示例检测样品得到的对应的指纹图谱信号。由图可知，本发明指纹图谱识别仪在检测过程中提供了代表液体整体信息指纹图谱，相同的物品在不同的频率下以及不同的物品在相同的频率下的得到的指纹图谱都不一样，通过实验在选定的频率下区分不同的液态食品。由于无需样品制备、检测过程快速、操作简单方便，这种新型的检测仪器为需要现场检测和在线检测的食品安全检测、质量监督管理提供了很好的技术支持。
权利要求
一种液态食品品质指纹图谱识别仪，其特征在于它包括信号发生和采集控制器、恒电位单元、指纹图谱采集器、电流转电压电路、工作电极转换装置、模拟开关和计算机；所述计算机与信号发生和采集控制器连接，所述信号发生和采集控制器的第一模拟输出端与恒电位单元连接，信号发生和采集控制器的模拟输入端与电流转电压电路连接，所述模拟开关的INT端与信号发生和采集控制器的第二模拟输出端连接，所述模拟开关的EA端与信号发生和采集控制器的数字输出端连接，电流转电压电路与模拟开关连接，模拟开关与工作电极转换装置连接，工作电极转换装置与指纹图谱采集器的工作电极连接，指纹图谱采集器的参比电极和辅助电极分别与恒电位单元连接。
2. 根据权利要求1所述的液态食品品质指纹图谱识别仪，其特征在于所述恒电位单元包括第一跟随电路、第二跟随电路、比较电路和功率放大电路，所述第一跟随电路的输出端与比较电路的反相输入端连接，第二跟随电路的输出端与比较电路的正相输入端连接，比较电路的输出端与功率放大电路的正相输入端连接，放大电路的的输出端与指纹图谱采集器的辅助电极连接，第一跟随电路的输入端与指纹图谱采集器的参比电极连接，第二跟随电路的输入端与所述信号发生和采集控制器的第一模拟输出端连接。
3. 根据权利要求1所述的液态食品品质指纹图谱识别仪，其特征在于所述电流转电压电路的放大器的正相输入端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地；所述放大器的反相输入端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端分别与第三电阻和工作电极的一端连接，第三电阻的另一端接地；放大器的输出端与信号发生和采集控制器的模拟输入端连接；放大器的反相输入端和输出端分别与可变电阻的两端连接。
全文摘要
本发明公开了一种液态食品品质指纹图谱识别仪，其中，计算机与信号发生和采集控制器连接，信号发生和采集控制器的第一模拟输出端与恒电位单元连接，信号发生和采集控制器的模拟输入端与电流转电压电路连接，模拟开关的INT端与信号发生和采集控制器的第二模拟输出端连接，模拟开关的EA端与信号发生和采集控制器的数字输出端连接，电流转电压电路与模拟开关连接，模拟开关与工作电极转换装置连接，工作电极转换装置与指纹图谱采集器的工作电极连接，指纹图谱采集器的参比电极和辅助电极分别与恒电位单元连接。本发明电路制作简单、稳定；操作简单、快速并且能够有效获取液态食品整体信息。
文档编号G01N33/02GK101718771SQ20091015410
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者沈睿谦, 王俊, 赵煜, 韦真博 申请人:浙江大学