一种牛奶成份检测仪光强检测电路的制作方法

本发明涉及一种牛奶成份检测仪光强检测电路，适用于检测领域。

背景技术：

在我国市场经济快速发展的过程中，我国人民生活水平有了非常明显的提高，虽然牛奶的供给量和供应范围不断扩大，但仍无法赶上生活水平的需求，由于供给失衡，原料乳掺假问题仍然十分突出。牛奶主要由水、蛋白质、脂肪、乳糖、矿物质和一些维生素等组成。很多不法经营者从最初开始向原奶中掺一些水、米汤和豆浆，再到后来掺入一切在加水后可以提高原奶相对密度的物质，如食盐、芒硝、石灰石、洗衣粉、牛尿、白土、苏打、碳酸按、尿素，以及各种防腐剂如苯甲酸、水杨酸、甲醛、过氧化氢、氯胺、次氯酸盐等。近年来的“三聚氰胺”事件就是利用三聚氰胺含氮量高(66.6%)的特点欺骗蛋白质检测，非法获取利益。此外还有加工“回产奶”等问题，这都严重地威胁着消费者的健康，并对乳品加工企业造成了沉重的打击。因此实时快速准确的检测牛奶成份对提高牛奶质量和对实现乳业生产过程的自动化管理有重要意义。

检测牛奶成份的方法有多种，目前传统牛奶掺假检测的方法主要以化学方法为主。首先，这些方法耗时长，操作步骤相对复杂，灵敏度低，例如采用“凯氏定氮法”测定蛋白含量，这种方法实际上不是直接测的蛋白质含量，而是通过测氮含量来间接推算出牛奶中的蛋白质含量，如果牛奶样品中还有其他含氮化合物，这个方法就不准确。其次，最大的缺点是检测结果滞后，发现一种掺假物，研究一种检验方法，不能满足市场上不断变化的掺假物检测的需求。不能及时发现问题，给企业带来经济损失。我国急需要建立的快速掺假物检测系统是一个原料奶中未知掺假物的检测平台，利用先进的光谱技术对正常奶样和异常奶样的差异性进行检测，及时发现掺假现象。物理仪器测试法主要有利用超声波原理和光谱分析检测，目前国外的技术相对比较成熟，但仪器昂贵，不可能在中国普及，特别不可能在中小企业和乳牛场使用。

近年来，随着化学计量学方法和计算机技术的不断发展以及光学仪器研发水平的突飞猛进，近红外光谱分析技术在乳制品的主要成分分析、实时在线检测等领域得到了快速的应用。它是基于光谱来分析物质特别是有机物的各种组成成分及其内部结构的一种分析技术，它具有不需要对样品预处理、简便高效、不破坏样品的化学性质等诸多优点。在测量过程中光电流信号比较微弱，所以设计性能好的光强检测电路是很重要的。因此设计一种检测精度较高、成本较低，分析时间短的光强检测电路很有必要。

技术实现要素：

本发明提供一种牛奶成份检测仪光强检测电路，电路结构简单、操作方便，工作稳定，检测精度较高，相比于传统检测技术，提高了检测效率，解决了成本较高的问题。

本发明所采用的技术方案是：从半导体激光器发出波长为635 nm的非偏振光，平行准直入射试样盒，在透射光和散射光方向用光电二极管将光信号转化为电信号。光强检测电路由放大电路和A/D转化电路组成，放大电路将由光电二极管转化的微弱电信号放大为适合A/D转化的模拟电压。A/D转化电路将模拟电压转化为数字量。单片机是仪器的控制器，用于处理按键，读取采样值、计算并显示测量结果。

所述光电转化电路中，硅光二极管处于反相偏置，使硅光二极管工作在其伏安特性的第三相限，光强与光电流呈线性关系，相对于零偏置这种形式的电路具有更低的噪声和更好的线性度。由于硅光二极管翰出电流较小，因此为了减小运放的偏置电流对侧量的影响，必须选取低偏置电流的运放；此外，温漂、失调电流、失调电庄等参数也得考虑。综合考虑，选用Maxim公司的ICL7650运放，该芯片是利用动态校零技术和CMOS工艺制作的斩波稳零式高精度运放，箱入偏置电流在25℃时为1.5pA,输入失调电压为1uV、失调电压温度系数为0.01uV/℃，此外其共模抑制比达到130dB。

ICL7650应用时需接2个0.1 uF的调零电容，为了稳定运算放大器输出信号的直流分量，需将钳位端(CLAMP)连接运算放大器的输入端和输出端，这样芯片会在输出达到饱和之前，在钳位端和输出端之间建立一个电流通道，从而防止电荷在校零和寄存电容上继续积累，减少电容的充放电恢复时间，使输出电压得到稳定。由于是斩波稳零器件该芯片内部晶振产生200 Hz内部节拍频率，为减小输出信号的噪声，输出端可接1个0.1 pF的电容去除高频信号。为防止产生自激振荡在输入与输出之间接1个0.1uF的补偿电容C1，对于增益电阻可采用高精度的可调电阻，输出信号幅度与R1成正比。R1取值大一些可以增加信噪比。但R1取值要受输出电压幅度的限制，通常的高分辨力的A/D转换器基准电压为3.3 V，其模拟量输入范围为0～3.3V，为了与A/D转换电路相切配，光电转换电路的Uo输出最好不应超过3.3 V。

所述A/D转化电路采用高精度的∑型A/D转换器，这种转换器件采样频率高。其芯片内部主要由数字电路组成，模拟部分的电路较少，易于实现高精度，并且成本较低，广泛应用于仪器仪表，工业数据采集等场合。在本系统中，采用TI公司的ADS1100 , ADS1100是精密的连续自校准模/数A/D转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率，封装为小型SOT23-6。转换按比例进行以电源作为基准电压。ADS1100使用可兼容的I2C申行接口，在2.7～5.5 V的单电源下工作。ADS1100可每秒采样8,16,32或128次以进行转换。片内可编程的增益放大器PGA提供高达8倍的增益，允许对更小的信号进行测量，并且具有高分辨率。在单周期转换方式中ADS1100在一次转换之后自动掉电，在空闲期间极大地减少电流消耗。

本发明的有益效果是：电路结构简单、操作方便，工作稳定，检测精度较高，相比于传统检测技术，提高了检测效率，解决了成本较高的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的测试仪结构框图。

图2是本发明的光电转化电路。

图3是本发明的A/D转换电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，从半导体激光器发出波长为635 nm的非偏振光，平行准直入射试样盒，在透射光和散射光方向用光电二极管将光信号转化为电信号。光强检测电路由放大电路和A/D转化电路组成，放大电路将由光电二极管转化的微弱电信号放大为适合A/D转化的模拟电压。A/D转化电路将模拟电压转化为数字量。单片机是仪器的控制器，用于处理按键，读取采样值、计算并显示测量结果。

如图2，光电转化电路中，硅光二极管处于反相偏置，使硅光二极管工作在其伏安特性的第三相限，光强与光电流呈线性关系，相对于零偏置这种形式的电路具有更低的噪声和更好的线性度。由于硅光二极管翰出电流较小，因此为了减小运放的偏置电流对侧量的影响，必须选取低偏置电流的运放；此外，温漂、失调电流、失调电庄等参数也得考虑。综合考虑，选用Maxim公司的ICL7650运放，该芯片是利用动态校零技术和CMOS工艺制作的斩波稳零式高精度运放，箱入偏置电流在25℃时为1.5pA,输入失调电压为1uV、失调电压温度系数为0.01uV/℃，此外其共模抑制比达到130dB。

ICL7650应用时需接2个0.1 uF的调零电容，为了稳定运算放大器输出信号的直流分量，需将钳位端(CLAMP)连接运算放大器的输入端和输出端，这样芯片会在输出达到饱和之前，在钳位端和输出端之间建立一个电流通道，从而防止电荷在校零和寄存电容上继续积累，减少电容的充放电恢复时间，使输出电压得到稳定。由于是斩波稳零器件该芯片内部晶振产生200 Hz内部节拍频率，为减小输出信号的噪声，输出端可接1个0.1 pF的电容去除高频信号。为防止产生自激振荡在输入与输出之间接1个0.1uF的补偿电容C1，对于增益电阻可采用高精度的可调电阻，输出信号幅度与R1成正比。R1取值大一些可以增加信噪比。但R1取值要受输出电压幅度的限制，通常的高分辨力的A/D转换器基准电压为3.3 V，其模拟量输入范围为0～3.3V，为了与A/D转换电路相切配，光电转换电路的Uo输出最好不应超过3.3 V。

如图3，A/D转化电路采用高精度的∑型A/D转换器，这种转换器件采样频率高。其芯片内部主要由数字电路组成，模拟部分的电路较少，易于实现高精度，并且成本较低，广泛应用于仪器仪表，工业数据采集等场合。在本系统中，采用TI公司的ADS1100 , ADS1100是精密的连续自校准模/数A/D转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率，封装为小型SOT23-6。转换按比例进行以电源作为基准电压。ADS1100使用可兼容的I2C申行接口，在2.7～5.5 V的单电源下工作。ADS1100可每秒采样8,16,32或128次以进行转换。片内可编程的增益放大器PGA提供高达8倍的增益，允许对更小的信号进行测量，并且具有高分辨率。在单周期转换方式中ADS1100在一次转换之后自动掉电，在空闲期间极大地减少电流消耗。