一种粉状物的非接触成分检测系统和方法
【专利摘要】本发明提供一种粉状物的非接触成分检测系统和方法，包括：遮光罩，以保证检测暗环境；激光线光源，用于发射线状激光；二维平移台，用于放置样品并在二维方向移动样品，使样品的整个表面接受激光的动态线扫描；分束滤光片，用于反射线状激光至样品表面，并将自样品表面得到的信号光传递至镜头；镜头，用于收集自所述样品表面得到的经动态线扫描的信号光；高通滤光片，用于将所述信号光进行高通滤光；拉曼光谱仪，用于接收经高通滤光后的信号光，得到光信号；CCD，与所述拉曼光谱仪相连，用于将所述光信号转换为电信号，并传送至处理器；处理器，用于根据所述整个样品的图谱信息分析样品成分。本发明能够实现对于粉状物的快速无损检测。
【专利说明】一种粉状物的非接触成分检测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及安全检测领域，尤其涉及一种粉状物的非接触成分检测系统和方法。【背景技术】
[0002]粉状食物是我国居民生活中必不可少的食物种类之一，尤其是在我国的西北部粉状食物如面粉，则是食物的主要来源。但是随着生活水平的不断提高，城镇居民的食物来源主要集中于在市场进行购买。而近年来，我国市场上不合格产品和掺假产品与日俱增，这些产品严重影响和威胁了消费者的身体健康。相对于面粉类的掺假，面向婴幼儿及老年人市场的奶粉，我国市场上出现的严重程度的掺假问题，这些掺假的有害成分严重了威胁了婴幼儿及老年人的身体健康。
[0003]目前，对于市场上的这种现象，消费者只能通过一些经验来判断，主要是第一是听声，第二是观色，第三是闻味，第四是品尝。要准确地判断出优劣奶粉还需要专业机构的技术鉴定，消费者光靠这些办法进行判断还有一定的难度。但是国家检测部门，对市场上的产品只能进行抽查，将抽查的样本利用专业仪器技术进行鉴定，这样往往会在监督的过程中存在有些有害产品未被检测到的情况。而消费者在生活中要想对产品成分进行检测，需要到专门的检测机构检测，而检测机构检测时则主要采用化学的方法来进行检测，首先需要根据要检测的项目，按照各检测项目特定的过程，做各种如酸碱变化等提取出需要的溶液，然后将溶液上专业的仪器进行分析，得出最后的数据。
[0004]而在现有技术中，有些待检测的样品往往需要进行预处理，达到检测的需要状态。比如有些项目需要先将奶粉溶解制成溶液后直接就能分析，有些则需要隔夜后再次提取，还有些需要加热一定时间后才能分析，而检测的结果则需要至少2周后出来。这样一来，检测的过程不仅需要很长的时间，同时检测费用也比较贵。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明提供一种粉状物的非接触成分检测系统和方法，以解决现有技术中无法进行粉状物成分的无损检测的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供一种粉状物的非接触成分检测系统，包括:
[0009]遮光罩，用于放置激光线光源、二维平移台、样品、分束滤光片、镜头、拉曼光谱仪和CCD，以保证检测暗环境；
[0010]激光线光源，用于发射线状激光；
[0011]二维平移台，用于放置样品并在二维方向移动样品，使样品的整个表面接受激光的动态线扫描；
[0012]分束滤光片，放置在所述激光线光源、所述样品和所述镜头之间，用于反射所述激光线光源发射的线状激光至所述样品表面，并将自所述样品表面得到的经动态线扫描的信号光传递至镜头；
[0013]镜头，用于收集自所述样品表面得到的经动态线扫描的信号光；
[0014]高通滤光片，位于所述镜头和所述拉曼光谱仪之间，用于将所述信号光进行高通滤光；
[0015]拉曼光谱仪，用于接收经高通滤光后的信号光，得到光信号；
[0016]CCD，与所述拉曼光谱仪相连，用于将所述光信号转换为电信号，得到整个样品的图谱信息，并传送至处理器；
[0017]处理器，用于根据所述整个样品的图谱信息分析样品成分。
[0018]进一步地，
[0019]所述激光线光源包括激光发射滤光片，用于使所述激光线光源发射拉曼散射光，排除瑞利散射光。
[0020]进一步地，
[0021 ] 所述激光发射滤光片的波长为785nm或807nm。
[0022]进一步地，
[0023]所述激光线光源的功率为5W或8W。
[0024]进一步地，
[0025]所述分束滤光片的波长为785nm，边缘波长为801nm，激光线倾斜角度为45度；
[0026]所述高通滤光片波长为785nm，边缘波长为805nm ；
[0027]所述遮光罩为倒T型，用于防止灰尘进入系统。
[0028]进一步地，
[0029]所述分束滤光片位于三维移动平台和高精度旋转安装座上，用于调节所述分束滤光片的精确位置。
[0030]进一步地，
[0031]所述CXD安装在球形轴底座平台上，用于保证所述CXD与所述拉曼光谱仪之间垂
直连接；
[0032]所述球形轴底座平台为:自水平到垂直方向摆动90度的球形轴底座平台。
[0033]进一步地，
[0034]所述球形轴底座平台固定在增强刚度面包板上，用于稳定固定所述CCD。
[0035]进一步地，所述处理器还用于:
[0036]根据所述整个样品的图谱信息分析反映样品成分的特征信息，参照已知的不同种类粉状物的成分表，分析样品成分并构建基于光谱信息的实时分析检测模型；
[0037]和/或，得到所述样品的表面形貌，建立所述整个样品的图谱信息和其表面形貌的对应关系。
[0038]另一方面，本发明还提供一种粉状物的非接触成分检测方法，利用如权利要求1-9中任一项的粉状物的非接触成分检测系统进行检测，包括:
[0039]激光经过分束滤光片后对样品进行二维动态线扫描，并经分束滤光收集自样品表面得到的整个样品的信号光；
[0040]接收经高通滤波后的信号光，得到光信号；
[0041]将所述光信号转换为电信号，得到整个样品的图谱信息；[0042]对所述整个样品的图谱信息进行分析，输出样品成分。
[0043](三)有益效果
[0044]可见，在本发明提出的一种粉状物的非接触成分检测系统和方法中，能够利用光谱检测技术对样品的整个表面进行二维激光动态线扫描，并将经分束滤光片传递的信号光经处理后的光信号转化为电信号，从而得到整个样品的图谱信息，根据该图谱信息可以分析判断样品中所含成分的信息。本发明能够实现对于粉状物的快速无损检测，尤其是奶粉和面粉等在生产加工过程中的无损质量监测，具有较高的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046]图1是本发明实施例粉状物的非接触成分检测系统的基本结构示意图；
[0047]图2是本发明一个优选实施例粉状物的非接触成分检测系统的结构示意图；
[0048]图3是本发明实施例粉状物的非接触成分检测方法的基本流程示意图；
[0049]图4是本发明实施例的光路示意图。
【具体实施方式】
[0050]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]本发明实施例首先提出一种粉状物的非接触成分检测系统，参见图1，包括:
[0052]遮光罩1，用于放置激光线光源2、二维平移台3、样品4、分束滤光片5、拉曼光谱仪8和(XD9，以保证检测暗环境；
[0053]激光线光源2，用于发射线状激光；
[0054]二维平移台3，用于放置样品4并在二维方向移动样品4，使样品3的整个表面接受激光的动态线扫描；
[0055]分束滤光片5，放置在所述激光线光源2、所述样品4和所述镜头6之间，用于反射所述激光线光源2发射的线状激光至所述样品4表面，并将自所述样品4表面得到的经线扫描的信号光传递至镜头6;
[0056]镜头6，用于收集自所述样品表面得到的经动态线扫描的信号光；
[0057]高通滤光片7，位于所述镜头6和所述拉曼光谱仪8之间，用于将所述信号光进行闻通滤光；
[0058]拉曼光谱仪8，用于接收经高通滤光后的信号光，得到光信号；
[0059](XD9，与所述拉曼光谱仪8相连，用于将所述光信号转换为电信号，得到整个样品的图谱信息，并传送至处理器10 ；
[0060]处理器10，用于根据所述整个样品的图谱信息分析样品成分。[0061]可见，在本发明实施例提出的一种粉状物的非接触成分检测系统中，能够利用光谱检测技术对样品的整个表面进行二维激光线扫描，并将经分束滤光片传递的信号光经处理后的光信号转化为电信号，从而得到整个样品的图谱信息，根据该图谱信息可以分析判断样品中所含成分的信息。本发明能够实现对于粉状物的快速无损检测，尤其是奶粉和面粉等在生产加工过程中的无损质量监测，具有较高的应用价值。
[0062]本发明通过设计一个光路来实现搭建拉曼高光谱检测系统。在本发明的一个实施例中，优选地，激光线光源2可以包括激光发射滤光片11，如图2，用于使激光线光源2发射拉曼散射光，排除瑞利散射光。在本发明的另一个实施例中，优选地，激光发射滤光片11的波长可以是785nm或807nm。在本发明的一个实施例中，通过实验测试激光线光源2的功率，优选地，激光线光源2的功率可以为5W或8W，效果较好。
[0063]在本发明的另一个实施例中，优选地，分束滤光片5的波长可以为785nm，边缘波长可以为801nm。在激光聚焦和成像过程中，为了使入射的激光与收集的信号光共享一个共同的路径，优选地，分束滤光片5的激光线倾斜角度可以为45度。当激光打到该分束滤光片5上，分束滤光片5可以反射激光到样品表面，同时样品表面的光经反射后再次通过该分束滤光片5，即可同时有效地传递返回的信号光至镜头6。在这个过程中，为了固定且精确调节分束滤光片5的高度、角度和左右位置，优选地，可以采用XYZ三维平移台12配合一个高精度旋转安装座13来实现分束滤光片5的精确位置调节。
[0064]在本发明的一个实施例中，优选地，高通滤光片7的波长可以为785nm，边缘波长可以是805nm。
[0065]在本发明的另一个实施例中，优选地，遮光罩I可以为倒T型，以保证系统工作时，检测部分的系统不裸露在外边，防止灰尘等进入。
[0066]在本发明的一个实施例中，为了保证(XD9与拉曼光谱仪8之间的垂直连接定位，确保光路在同一条线上，优选地，可以将CCD9安装在球形轴底座平台14上。该球形轴底座平台14为自水平到垂直方向摆动90度的球形轴底座平台，因此可以方便地固定并旋转CCD9。
[0067]在本发明的另一个实施例中，为了稳定的固定整个系统，优选地，可以将球形轴底座平台14固定在增强刚度面包板15上，用于稳定固定(XD9。
[0068]在本发明的一个实施例中，优选地，可以通过对样品4的实时动态线扫描得到整个样品的图像信息，同时可以得到样品的拉曼图谱信息。处理器10可以根据整个样品的图谱信息峰判断样品中所含成分信息，根据植入的预测模型，可以判断主要成分的含量。通过分析检测所得的所有图像信息，得出能反映样品成分的特征信息；参照国标中给出的不同种类粉状物的成分表作为参考值，建立基于光谱信息的实时分析检测模型；和/或，得到样品4的表面形貌，并建立整个样品的图谱信息和其表面形貌的对应关系。
[0069]本发明实施例还提供一种粉状物的非接触成分检测方法，利用上述任意一个本发明实施例来进行粉状物的非接触成分检测，参见图3，包括:
[0070]步骤301:激光经过分束滤光片后对样品进行二维动态线扫描，并经分束滤光收集自样品表面得到的整个样品的信号光。
[0071]步骤302:接收经高通滤波后的信号光，得到光信号。
[0072]步骤303:将所述光信号转换为电信号，得到整个样品的图谱信息。[0073]步骤304:对所述整个样品的图谱信息进行分析，输出样品成分。
[0074]本发明实施例的光路图如图4所示。
[0075]可见，本发明实施例具有如下有益效果:
[0076]在本发明实施例提出的一种粉状物的非接触成分检测系统和方法中，能够利用光谱检测技术对样品的整个表面进行二维激光动态线扫描，并将经分束滤光片传递的信号光经处理后的光信号转化为电信号，从而得到整个样品的图谱信息，根据该图谱信息可以分析判断样品中所含成分的信息。本发明能够实现对于粉状物的快速无损检测，尤其是奶粉和面粉等在生产加工过程中的无损质量监测，具有较高的应用价值。
[0077]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种粉状物的非接触成分检测系统，其特征在于，包括: 遮光罩，用于放置激光线光源、二维平移台、样品、分束滤光片、镜头、拉曼光谱仪和(XD，以保证检测暗环境； 激光线光源，用于发射线状激光； 二维平移台，用于放置样品并在二维方向移动样品，使样品的整个表面接受激光的动态线扫描； 分束滤光片，放置在所述激光线光源、所述样品和所述镜头之间，用于反射所述激光线光源发射的线状激光至所述样品表面，并将自所述样品表面得到的经动态线扫描的信号光传递至镜头； 镜头，用于收集自所述样品表面得到的经动态线扫描的信号光； 高通滤光片，位于所述镜头和所述拉曼光谱仪之间，用于将所述信号光进行高通滤光; 拉曼光谱仪，用于接收经高通滤光后的信号光，得到光信号； CCD，与所述拉曼光谱仪相连，用于将所述光信号转换为电信号，得到整个样品的图谱信息，并传送至处理器； 处理器，用于根据所述整个样品的图谱信息分析样品成分。
2.根据权利要求1所述的粉状物的非接触成分检测系统，其特征在于: 所述激光线光源包括激光发射滤光片，用于使所述激光线光源发射拉曼散射光，排除瑞利散射光。
3.根据权利要求2所述的粉状物的非接触成分检测系统，其特征在于: 所述激光发射滤光片的波长为785nm或807nm。
4.根据权利要求1所述的粉状物的非接触成分检测系统，其特征在于: 所述激光线光源的功率为5W或8W。
5.根据权利要求1所述的粉状物的非接触成分检测系统，其特征在于: 所述分束滤光片的波长为785nm，边缘波长为801nm，激光线倾斜角度为45度； 所述高通滤光片波长为785nm，边缘波长为805nm ； 所述遮光罩为倒T型，用于防止灰尘进入系统。
6.根据权利要求1所述的粉状物的非接触成分检测系统，其特征在于: 所述分束滤光片位于三维移动平台和高精度旋转安装座上，用于调节所述分束滤光片的精确位置。
7.根据权利要求1所述的粉状物的非接触成分检测系统，其特征在于: 所述CXD安装在球形轴底座平台上，用于保证所述CXD与所述拉曼光谱仪之间垂直连接； 所述球形轴底座平台为:自水平到垂直方向摆动90度的球形轴底座平台。
8.根据权利要求7所述的粉状物的非接触成分检测系统，其特征在于: 所述球形轴底座平台固定在增强刚度面包板上，用于稳定固定所述CCD。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的粉状物的非接触成分检测系统，其特征在于，所述处理器还用于: 根据所述整个样品的图谱信息分析反映样品成分的特征信息，参照已知的不同种类粉状物的成分表，分析样品成分并构建基于光谱信息的实时分析检测模型； 和/或，得到所述样品的表面形貌，建立所述整个样品的图谱信息和其表面形貌的对应关系。
10.一种粉状物的非接触成分检测方法，其特征在于，利用如权利要求1-9中任一项的粉状物的非接触成分检测系统进行检测，包括: 激光经过分束滤光片后对样品进行二维动态线扫描，并经分束滤光收集自样品表面得到的整个样品的信号光； 接收经高通滤光后的信号光，得到光信号； 将所述光信号转换为电信号，得到整个样品的图谱信息； 对所述整个样品的图谱信息进行分析，输出样品成分。
【文档编号】G01N21/65GK103760146SQ201410003217
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】彭彦昆, 赵娟 申请人:中国农业大学