一种黄曲霉毒素检测装置的制作方法

本发明涉及光学检测技术领域，具体来说，涉及一种黄曲霉毒素检测装置。

背景技术：

黄曲霉毒素(aflatoxin，简称af)是由黄曲霉和寄生曲霉产生一种真菌有毒代谢产物，也是迄今发现的毒性最强的一类真菌毒素。黄曲霉毒素主要有afb1(黄曲霉素b1)、afb2、afg1、afg2、afm1这5类。其中，afb1的毒性最强，其毒性为氰化钾的10倍，为砒霜的68倍，为三聚氰胺的416倍。而且，afb1致癌能力是二甲基硝胺的75倍，1993年国际肿瘤研究机构(internationalagencyforresearchoncancer，iarc)就已将其列为i类致癌物，其它4类被列为ii类致癌物。黄曲霉毒素不仅毒性大、含量低，且污染范围广，在粮、油、茶、干果、乳、饲料、酱油等100多种农产品及食品中均发现有黄曲霉毒素污染。因此，开展黄曲霉毒素检测技术研究十分重要。

目前关于黄曲霉毒素的检测技术主要包括有损检测和无损检测两类。有损检测技术主要为基于物化原理(如：高效液相色谱法、液相色谱－质谱/质谱法等)，其对样品具有破坏性，进行净化预处理等，检测时间长，不适用于大批量工业在线检测。而无损检测技术具有对检测对象非破坏性的优点，成为人们研究的热点。目前报道的无损检测技术通常是利用紫外荧光强度像的检测技术，其主要利用长波紫外照射待测对象激发可见荧光，并结合相机获得可见荧光强度像。目前利用此技术进行黄曲霉毒素检测的有公开号cn105044062a的专利公开了一种黄曲霉毒素在线检测装置及采用该装置的物料分选设备)和公开号cn103234945a的专利公开了一种黄曲霉毒素检测及分选装置等。由于此技术直接获取的是可见荧光图片，但通常紫外激发产生的荧光很弱，导致强度图像的分辨率较低和信噪比较差，其会影响检测的准确性。

此外，干涉位相测量技术是利用光波干涉形成强度相干叠加的干涉图，进而从干涉图中获取待测对象物理量相关的位相分布。与前述光学成像技术相比，干涉位相测量技术具有大量程、高灵敏度和高精度的特点，已在精密光学检测领域得到广泛应用。2009年，pierrebon1等人在opticsexpress发表论的题为“quadriwavelateralshearinginterferometryforquantitativephasemicroscopyoflivingcells”论文中，报道了利用二维透射光栅剪切干涉仪获得弱光下活体生物的相位图像。其相对与直接获取图像，相位图像进一步提高了图像对比度。然而，此文中所报道检测装置光路整体采用透射式布局结构，其在一定程度了降低了光波传输透射强度，影响到干涉图强度分布，限制了位相测量精度的进一步提高。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种黄曲霉毒素检测装置，从而克服现有紫外荧光成像的不足，该检测装置采用反射式结构，避免透射式结构对微弱荧光吸收的问题，提高光能利用率。另外，采用反射式二维位相光栅设计，可以消除±3级及±3级倍级衍射光的影响，使得所形成的干涉光波主要集中在±3级衍射光中，从而提高了检测精度。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种黄曲霉毒素检测装置。

该黄曲霉毒素检测装置包括：物料传送系统、照明系统，照明系统设置在物料传送系统的一侧，物料传送系统将待测样品运送照明系统的照明区域后，照明系统发出的紫外光激发待测样品中的黄曲霉毒素产生荧光信号，以及反射系统、反射光栅，反射系统、反射光栅和照明系统设置在物料传送系统的同一侧，反射系统将荧光信号反射至反射光栅上，反射光栅将荧光信号剪切为多个光束，并根据多个光束形成干涉图。

根据本发明的一个实施例，反射光栅包括：基底；以及在基底的纵向和横向上阵列排布的反射部分和相位延迟反射部分，反射部分和相位延迟反射部分沿着纵向和横向相邻设置，相邻的反射部分和相位延迟反射部分之间设置有非反射非透光部分，其中，反射部分和非反射非透光部分设置在基底上方，相位延迟部分设置在基底的凹槽内。

根据本发明的一个实施例，反射部分和相位延迟反射部分均呈正方形，反射部分和相位延迟反射的尺寸相同。

根据本发明的一个实施例，正方形的第一边长与横向平行，正方形的第二边长与纵向平行，第一边长和第二边长垂直。

根据本发明的一个实施例，正方形的第一边长与横向呈45°夹角，正方形的第二边长与纵向呈45°，第一边长和第二边长垂直。

根据本发明的一个实施例，基底的材料为sio2，发射部分的材料为al，相位延迟反射部分的材料为al，非反射非透光部分的材料为cr。

根据本发明的一个实施例，反射光栅将荧光信号分为四个光束，四个光束干涉形成二维干涉图。

根据本发明的一个实施例，照射系统包括：第一照明单元、第二照明单元，第一照明单元的照明区域和第二照明单元的照明区域重合。

根据本发明的一个实施例，第一照明单元和第二照明单元的前端均设置有菲涅尔透镜或柱透镜。

根据本发明的一个实施例，黄曲霉毒素检测装置还包括：光电探测单元、信号处理单元、控制单元，光电检测单元和信号处理单元连接，信号处理单元和控制单元连接，光电探测单元将二维干涉图传输给信号处理单元，信号处理单元对二维干涉图进行处理，以确定待测样品中是否含有黄曲霉毒素，控制单元控制剔除机构对待测样品进行分选。

本发明的有益技术效果在于：

1)本发明的黄曲霉毒素检测装置采用了反射系统和反射光栅，从而通过该反射式结构布局，避免透射式结构对微弱荧光吸收的问题，以及提高微弱荧光干涉图图像对比度，进而提高检测精度；

2)通过干涉成像获得待测样品的相位图像，相对于现有的紫外荧光成像技术，本发明获得的相位图像可以进一步提高图像对比度，提高检测准确性；

3)本发明采用特殊结构设计的反射式二维位相光栅仅仅产生四束反射光，减小或消除其它级次衍射光影响，从而提高检测的准确度。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

图1是根据本发明实施例的黄曲霉毒素检测装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的第一反射光栅的俯视图；

图3是根据本发明实施例的第一反射光栅的截面图；

图4是根据本发明实施例的第二反射光栅的俯视图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种黄曲霉毒素检测装置。

如图1所示，根据本发明实施例的黄曲霉毒素检测装置包括：物料传送系统101、照明系统201，照明系统201设置在物料传送系统101的一侧，物料传送系统101将待测样品102运送照明系统201的照明区域后，照明系统201发出的紫外光激发待测样品102中的黄曲霉毒素产生荧光信号，以及反射系统202、反射光栅203，反射系统202、反射光栅203和照明系统201设置在物料传送系统101的同一侧，反射系统202将荧光信号反射至反射光栅203上，反射光栅203将荧光信号剪切为多个光束，并根据多个光束形成干涉图。

借助于本发明的上述技术方案，通过采用了反射系统和反射光栅，从而通过该反射式结构布局，避免透射式结构对微弱荧光吸收的问题，以及提高微弱荧光干涉图图像对比度，进而提高检测精度。

根据本发明的一个实施例，反射光栅203包括：基底；以及在基底的纵向和横向上阵列排布的反射部分b1和相位延迟反射部分b2，反射部分b1和相位延迟反射部分b2沿着纵向和横向相邻设置，相邻的反射部分b1和相位延迟反射部分b2之间设置有非反射非透光部分a1，其中，反射部分b1和非反射非透光部分a1设置在基底上方，相位延迟部分设置在基底的凹槽内。

根据本发明的一个实施例，反射部分b1和相位延迟反射部分b2均呈正方形，反射部分b1和相位延迟反射的尺寸相同。

根据本发明的一个实施例，正方形的第一边长与横向平行，正方形的第二边长与纵向平行，第一边长和第二边长垂直。

根据本发明的一个实施例，正方形的第一边长与横向呈45°夹角，正方形的第二边长与纵向呈45°，第一边长和第二边长垂直。

根据本发明的一个实施例，基底的材料为sio2，发射部分的材料为al，相位延迟反射部分b2的材料为al，非反射非透光部分a1的材料为cr。

根据本发明的一个实施例，反射光栅203将荧光信号分为四个光束，四个光束干涉形成二维干涉图。

根据本发明的一个实施例，照射系统包括：第一照明单元、第二照明单元，第一照明单元的照明区域和第二照明单元的照明区域重合。

根据本发明的一个实施例，第一照明单元和第二照明单元的前端均设置有菲涅尔透镜或柱透镜。

根据本发明的一个实施例，黄曲霉毒素检测装置还包括：光电探测单元204、信号处理单元205、控制单元206，光电检测单元和信号处理单元205连接，信号处理单元205和控制单元206连接，光电探测单元204将二维干涉图传输给信号处理单元205，信号处理单元205对二维干涉图进行处理，以确定待测样品102中是否含有黄曲霉毒素，控制单元206控制剔除机构对待测样品102进行分选。

为了更好的描述本发明下面通过具体的实施例对上述技术方案进行详细的介绍。

如图1所示，该黄曲霉毒素检测装置包括物料传送系统101、待测样品102、照明系统201、反射系统(或反射式准直系统)202、反射光栅(或反射式二维位相光栅)203、光电探测单元204、信号处理单元205和控制单元206，其中，该反射系统202、反射光栅203和照明系统201设置在物料传送系统101的同一侧，反射系统202呈圆弧状，该圆弧的中点的切线与物料传送系统101中的传送带呈一定角度，同时其设置在照明系统201的上方，反射光栅203与物料传送系统101中的传送带呈45°设置。此外，为了提高照明区域的能量，本发明将照明系统201分为紫外照明单元201a和紫外照明单元201b，两者均采用紫外led一维阵列布局，并且第一照明单元(或紫外照明单元201a)和第二照明单元(或紫外照明单元201b)发出的紫外线光束均与物料传送系统101中的传送带呈45°设置，并且紫外照明单元201a的照明区域和紫外照明单元201b的照明区域重合。同时为了提高照明区域的均匀性，紫外照明单元201a和紫外照明单元201b前均设置有菲涅尔透镜或柱透镜用于匀光。

此外，该黄曲霉毒素检测装置的具体检测过程为：

物料传送系统101运送待测样品102经过照明系统201的均匀照明区域后，照明系统201发出的紫外光激发待测样品102中的黄曲霉毒素产生荧光信号(或可见荧光)。待测样品102受照明系统201照射激发的可见荧光进入检测传感部分中的反射系统202，该反射系统202将入射的荧光准直入射到反射光栅203；反射光栅203采用特殊结构设计，主要起到分光剪切元件的作用，将入射可见荧光分光剪切为(+1，+1)、(-1，+1)、(-1，-1)、(+1，-1)四束反射光，上述四束反射光干涉形成二维干涉图，由光电探测单元204探测接收，其中，该光电探测单元204可为面阵ccd探测器。光电探测单元204将探测的干涉图传输给信号处理单元205进行处理，获得对应黄曲霉毒素物料位相图，并与无感染黄曲霉毒素物料位相图对比。根据对比差异值与设定的阈值，利用控制单元205控制剔除机构进行黄曲霉毒素物料的分选。

反射光栅203包括反射光栅i或反射光栅ii两种结构，具体地：继续参见图2和3，在基底的二维方向(纵向和横向)上阵列排布的反射部分b1和相位延迟反射部分b2，反射部分b1和相位延迟反射部分b2沿着纵向和横向相邻设置，相邻的反射部分b1和相位延迟反射部分b2之间设置有非反射非透光部分a1，即反射部分b1和非反射非透光部分a1设置在基底上方，相位延迟部分设置在基底的凹槽内反射光栅i在二维方向上的周期相同，而且两个方向一个周期内均包含非反射非透光单元和反射光单元。其中，非反射非透光单元包含非反射非透光部分a1和非反射非透光部分a2，反射光部分包含直接反射部分b1和相位延迟反射部分b2，而且，a1与a2的尺寸相同，b1与b2的尺寸相同，反射部分b1和相位延迟反射部分b2均呈正方形，反射部分b1和相位延迟反射的尺寸相同，同时该正方形的第一边长与横向平行，正方形的第二边长与纵向平行，第一边长和第二边长垂直。同理，图4中的反射光栅ii与反射光栅i类似，其具体区别为正方形的第一边长与横向呈45°夹角，正方形的第二边长与纵向呈45°，第一边长和第二边长垂直。反射式二维位相光栅203采用上述特殊结构设计，将入射光束主要衍射到(+1，+1)、(-1，+1)、(-1，-1)、(+1，-1)四束反射光，减小或消除其它级次衍射光影响。

此外，反射光栅203的基底材料采用sio2，非反射非透光部分为cr膜，反射光栅203中直接反射部分b1为al膜，且相位延迟反射部分b2为反射光栅203基底刻蚀获得，刻蚀后的表面镀有al膜。

下面以反射光栅i为例进行说明，设反射光栅203的非透光部分a1和非透光部分a2的宽度均为wa，反射光部分中直接反射部分b1和相位延迟反射部分b2的宽度均为wb，相位延迟反射部分b2相对于直接反射部分b1的位相延迟为。根据傅里叶变换理论，反射光栅203的反射光远场强度分布可以表示为：

其中，m,n为反射光级次。

从上述公式(1)中可以看出：当反射光栅i的反射光部分中直接反射部分b1和相位延迟反射部分b2相位差时，此时反射光栅i反射的0级及所有偶数级次衍射光均消失；当wa＝2wb时，反射光栅i的±3级及±3的倍级衍射光均消失，反射光栅i将入射的光波主要衍射成(+1，+1)、(-1，+1)、(-1，-1)、(+1，-1)四束反射光。

同理，基于类似的依据，反射光栅ii也可将入射的光波主要衍射成(+1，+1)、(-1，+1)、(-1，-1)、(+1，-1)四束反射光。

另外，相位延迟反射部分b2刻蚀深度计算如下：

根据图4，假设反射光栅203中相位延迟反射部分b2刻蚀深度为h引入位相为由于相位延迟反射光部分b2经刻蚀传输介质为空气，则根据光程差与位相之间的关系，相对于直接反射光部分b1，相位延迟反射光部分b2引入的位相延迟计算公式如下所示：

其中，为了减小反射可见荧光中光谱的影响，取反射可见荧光的平均波长进行计算。

根据前面分析可知，从而结合公式(2)计算得到相位延迟反射部分b2刻蚀深度为：

因此，本发明的反射光栅203将入射的荧光信号主要衍射成(+1，+1)、(-1，+1)、(-1，-1)、(+1，-1)四束反射光。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过采用了反射系统和反射光栅，从而通过该反射式结构布局，避免透射式结构对微弱荧光吸收的问题，以及提高微弱荧光干涉图图像对比度，进而提高检测精度；通过干涉成像获得待测样品的相位图像，相对于现有的紫外荧光成像技术，本发明获得的相位图像可以进一步提高图像对比度，提高检测准确性本发明采用特殊结构设计的反射式二维位相光栅仅仅产生四束反射光，减小或消除其它级次衍射光影响，从而提高检测的准确度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。