一种蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置及方法。该装置清洗槽为截面上宽下窄的锥形开口形状，两侧为倾斜结构；清洗槽中间底部设有蔬菜吸附装置，清洗槽的两侧壁分别设有低强度超声波发生器和高强度超声波发生器；清洗循环装置位于第二传送带出料端，其固定座上设有旋转轮，多个支杆一端呈均匀分布固定在旋转轮上，另一端与娃娃机手爪连接；固定座的一侧设有第一传送带，第一传送带和第二传送带连接。本发明巧妙地实现了高效去污，农残降解效果好、蔬菜及水体农残实时无损检测，实现合格蔬菜运输、农残超标蔬菜自动挑选与再清洗的蔬菜清洗检测一体化的循环，为工业上蔬菜清洗及其检测农药残留的装置设计提出一个可靠的途径。
【专利说明】
一种蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及蔬菜清洗设备领域，特别涉及一种蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置及方法。
【背景技术】
[0002]我国作为世界上主要的农药生产使用大国，农药残留问题逐渐成为制约我国可持续发展最为突出的食品安全问题。工业上，当前蔬菜清洗过程还存在以下两方面问题:
[0003]第一，工业中蔬菜清洗方法单一，现有的工业蔬菜清洗装置大都选择鼓泡清洗或者冲浪清洗来提高清洗效果，通过使用连续的多个清洗槽，达到清洗干净的目的，但连续的清洗槽的设置不仅安装成本昂贵，而且用水量耗费过大，农药残留可能还高于国家允许最低检测限，同时，受各种因素影响，蔬菜农药残留状态不一样，按照经验工艺制定的清洗流程，存在清洗槽水中农药残留超标的风险，给食品安全带来潜在的隐患。现有技术的中国实用新型专利CN204217825U—种快速高效的新型果蔬清洗机，虽然去除了传统鼓泡清洗方式，选用了超声和臭氧联合清洗技术，通过添加农药检测部件实现了单个清洗槽的高效快速清洗蔬菜，但是对于农药检测部件未见详细描述，而且清洗槽内的含有农药污水，也没有进行排放或回收利用，污染了环境。
[0004]第二，工业上蔬菜农残检测方式繁琐，通常都是抽检，送样到检测中心实验室，采用高效液相色谱-质谱联用、气相色谱-质谱联用等技术检测，这些技术检测过程不仅工序复杂和耗时，而且检测后的蔬菜样品不再回收、造成浪费。中国实用新型专利CN201414726一种带有农药检测装置的果蔬清洗机，克服了传统农残检测的缺陷，添加了农药检测传感器，实现了少量蔬菜的农残检测和清洗，以及中国发明专利CN203672793U—种农药残留检测试纸，该试纸使用方便，可在家庭中广泛应用，用于快速检测清洗后的蔬菜或水果表面的农药含量，以上两种检测方法仅适用于家用，限制了工业上大规模蔬菜清洗及检测的发展与运用。
[0005]拉曼光谱技术是一种简便快速、灵敏度高的无损实时检测技术，能够克服液相色谱等技术监测农残时的操作繁琐耗时、不能实时监测的缺点，实现无损检测样品且能够准确获得目标物质的指纹信息，尤其在痕量物质检测方面具有显著的优势，能够实时监测目标物质的变化，中国发明专利CN102565023B—种提出了基于激光拉曼光谱的果蔬农药残留快速检测装置及方法，该方法能快速识别出果蔬中的农残，但该装置中因样品架固定不动，每个样品检测后都需要一个个人工更换，因此不能实时检测，并且所检测到的农残超标的果蔬后，也缺乏后续清洗处理，难以满足工业大规模使用。
[0006]多点变强度超声技术是一种无二次污染清洁技术，能调节不同的强度，相比传统超声技术，更降解农药残留，中国发明专利CN103549238B提出的可调功率的超声波药残清洗降解装置，能够使换能器的输出功率具有可调性，并能满足不同功率下药残清洗降解需求，增强清洗降解效果，但是，缺乏农残检测与废水处理功能。由此，超声清洗、农残检测和废水处理融合显得十分有必要。
【发明内容】
[0007]为了克服蔬菜清洗过程融合农残检测、清洗与废水处理现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置及方法，将拉曼光谱农残检测技术与多点变强度超声清洗技术结合，研发一种超声农残降解、蔬菜的实时拉曼检测和废水净化后再使用的循环装置。
[0008]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0009]一种蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，包括清洗槽、第一传送带、第二传送带、清洗循环装置、蔬菜吸附装置、人机交互控制系统、拉曼检测装置、低强度超声波发生器、高强度超声波发生器和换能器;所述清洗槽为截面上宽下窄的锥形开口形状，两侧为倾斜结构;清洗槽分别设有进水口和出水口；清洗槽中间底部设有蔬菜吸附装置，清洗槽的两侧壁分别设有低强度超声波发生器和高强度超声波发生器，低强度超声波发生器和高强度超声波发生器分别与换能器相连；
[0010]所述蔬菜吸附装置的顶部有多个吸附口，吸附口的顶部位于清洗槽内水平设置的第二传送带的底部下2_3cm，吸附装置设有多个放水口，内部设有污水自吸栗;污水自吸栗分别与吸附口和放水口连通；
[0011]所述第二传送带上间隔设有多组三圆环孔洞，相邻的每组三圆环孔洞正中心相隔5-7cm;第二传送带中部水平浸没于清洗槽液面下5-7cm，并高于蔬菜吸附装置顶部的吸附口2-3cm，浸没于清洗槽液面下的第二传送带前后两端以25-30°向上倾斜的角度伸出清洗槽，然后水平向两端延伸；
[0012]所述清洗循环装置位于第二传送带出料端，清洗循环装置包括娃娃机手爪、支杆、固定座、旋转轮；固定座上设有旋转轮，多个支杆一端呈均匀分布固定在旋转轮上，另一端与娃娃机手爪连接;固定座的一侧设有第一传送带，第一传送带和第二传送带连接；
[0013]所述拉曼检测装置包括拉曼系统和拉曼探头，拉曼探头设置在固定座正下方;拉曼探头通过通讯线连接到拉曼系统；
[0014]所述人机交互控制系统的核心部件是处理器，处理器通过通讯线分别与拉曼系统、低强度超声波发生器、高强度超声波发生器、娃娃机手爪和蔬菜吸附装置连接。
[0015]为进一步实现本发明目的，优选地，所述出水口连接废水管道，废水管道连接膜生物流化床，膜生物流化床通过第一水栗连接储水箱，储水箱通过第二水栗连接进水口。
[0016]优选地，所述清洗循环装置位于出料端的斜坡1/2-2/3处的上方。
[0017]优选地，所述支杆为5个。
[0018]优选地，所述拉曼系统选用Inspector便携式拉曼光谱仪;拉曼探头采用型号IP-RP2 - 532不锈钢可浸没式探头。
[0019]优选地，所述低强度超声波发生器和高强度超声波发生分别为多个。
[0020]优选地，所述蔬菜吸附装置截面为梯形，所述污水自吸栗选用开式叶轮结构的污水自吸栗。
[0021]优选地，所述蔬菜吸附装置的吸附口和放水口都设有一层钢网过滤膜。
[0022]应用所述装置的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测方法包括以下步骤:
[0023]SI，蔬菜首先放置在第二传送带左端入料口，然后沿着第二传送带传输方向从左到右匀速运输;依次进出清洗槽，同时，清洗槽中低强度超声波发生器已开启；
[0024]S2，当蔬菜传输到清洗槽底部时，各个蔬菜通过蔬菜吸附装置顶部的若干吸附口实现每组三圆环孔洞对应吸附一棵蔬菜，使其稳固地吸附在传送带表面上进行匀速地运输，防止蔬菜因浮力漂浮在液面；
[0025]S3，旋转轮是沿逆时针旋转，其转速与第一传送带和第二传送带运输速度同步，当每颗蔬菜被第二传送带运输到拉曼探头正下方时，拉曼探头对蔬菜农药残留进行实时检测;拉曼探头检测到的信号通过通讯线传送到拉曼系统，通过与农药标准数据库匹配，当农药残留高于设定的安全值时，人机交互控制系统控制娃娃机手爪将蔬菜包裹，蔬菜顺着旋转轮转动至最高点时，娃娃机手爪松开，蔬菜按着惯性运动到向左运输的第一传送带，两者速度同步，并通过第一传送带运送到蔬菜初始运输的位置，重新进行清洗，并激活高强度超声波发生器，若检测到的农药残留等于或低于设定的安全值，娃娃机手爪全程处于张开状态，起到助推作用，蔬菜沿着第二传送带往合格线上运输，人机交互控制系统控制高强度超声发生器关闭，低强度超声发生器启动；
[0026]S4，当水体位于拉曼探头正下方时，拉曼探头检测水体中的农药残留;拉曼探头检测到的信号通过通讯线传送拉曼系统，通过与农药标准数据库匹配，若水体中农残超标，激活高强度超声波发生器，强度变为适用水体农药降解的强度。
[0027]优选地，所述出水口连接废水管道，废水管道连接膜生物流化床，膜生物流化床通过第一水栗连接储水箱，储水箱通过第二水栗连接进水口时，步骤S3人机交互控制系统同时控制高强度超声发生器和膜生物流化床关闭；步骤S4膜生物流化床同时运行，利用第一水栗将经过膜生物流化床净化后的水吸入储水箱，储水箱的水通过第二水栗从进水口栗入清洗槽，使水资源高效循环使用，并进行水体净化。
[0028]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
[0029]I)本发明克服了工业上蔬菜农残不能实时检测的缺点。
[0030]2)本发明实现了农残超标蔬菜自动挑选与再清洗的蔬菜清洗检测一体化循环。
[0031]3)本发明实现了蔬菜和水体中农残的同时检测。
[0032]4)本发明应用拉曼技术检测蔬菜农残，不会破坏蔬菜样品，相比液相色谱仪、传感器检测，精度和灵敏度更高，也更快速。
[0033]5)传统单点超声波清洗，超声设备使农药降解率低，本发明通过使用多点变强度超声波，能够使超声波的空化作用效果充分利用，高效去污、农残降解效果好。
[0034]6)本发明实现废水净化后再使用装置，简便快捷，水资源循环利用，提高了企业生产效率，保障了食品安全，为工业上蔬菜清洗及其检测农药残留的装置设计提出一个可靠的途径。
【附图说明】
[0035]图1为一种拉曼实时监测蔬菜清洗过程农残的循环装置的结构示意图。
[0036]图2为图1中的第二传送带图的结构示意图。
[0037]图3为人机交互控制系统6中处理器与有关部件连接示意图。
【具体实施方式】
[0038]为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0039]如图1所示，一种蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，包括清洗槽1、第一传送带2、第二传送带3、清洗循环装置4、蔬菜吸附装置5、人机交互控制系统6、拉曼检测装置7;低强度超声波发生器8、高强度超声波发生器9和换能器10。
[0040]清洗槽I为截面上宽下窄的锥形开口形状，两侧为倾斜结构;清洗槽I分别设有一个进水口 11和一个出水口 12;清洗槽I的两侧壁分别设有多个低强度超声波发生器8和多个高强度超声波发生器9，低强度超声波发生器8和高强度超声波发生器9分别与换能器10相连，清洗槽I中间底部设有蔬菜吸附装置5。蔬菜吸附装置5是一个立体梯形结构(截面为梯形)，吸附装置5顶部有若干圆柱形的吸附口，吸附口的顶部位于清洗槽I内水平设置的第二传送带3的底部下2-3cm，吸附装置5两侧设有多个圆柱形的放水口，吸附口和放水口处都设有一层钢网过滤膜;吸附装置5内部选用开式叶轮结构的ZW/ZWL污水自吸栗;ZW/ZWL污水自吸栗分别与吸附口和放水口连通。
[0041]如图2所示，第二传送带3上间隔设有多组三圆环孔洞3-1，相邻的每组三圆环孔洞正中心相隔5-7cm;第二传送带3中部水平浸没于清洗槽I液面下5-7cm，并高于蔬菜吸附装置5顶部的圆柱形的吸附口 2-3cm，浸没于清洗槽I液面下的第二传送带3前后两端以25-30°向上倾斜的角度伸出清洗槽I外，然后水平向两端延伸。
[0042]清洗循环装置4位于第二传送带3出料端，优选位于出料端的斜坡1/2-2/3处的上方;清洗循环装置4包括娃娃机手爪4-1(台湾冠兴制造)、支杆4-2、固定座4-3、旋转轮4-4;固定座4-3上设有旋转轮4-4，5个支杆4-2—端呈均勾分布固定在旋转轮4-4上，另一端与娃娃机手爪4-1连接;娃娃机手爪4-1通过通讯线与人机交互控制系统6连接，实现收放；固定座4-3的一侧设有第一传送带2，第一传送带2和第二传送带3连接。
[0043]如图3所示，人机交互控制系统6核心部件是处理器，处理器通过通讯线分别与拉曼系统7-2、低强度超声波发生器8、高强度超声波发生器9、娃娃机手爪4-1和蔬菜吸附装置5连接，实现蔬菜清洗过程农残的控制。农残量超标时，人机交互控制系统6控制娃娃机手爪4-1收拢，农残量正常时，人机交互控制系统6控制娃娃机手爪4-1张开。
[0044]拉曼检测装置7包括拉曼系统7-2和拉曼探头7-1，拉曼探头7-1设置在固定座4-3正下方;拉曼探头7-1通过通讯线连接到拉曼系统7-2;拉曼系统7-2选用美国DeltaNu公司Inspector便携式拉曼光谱仪;拉曼探头7-1采用型号IP-RP2-532不锈钢可浸没式探头，耐温达200 °C，工作距离可调。
[0045]优选出水口12连接废水管道15，废水管道15连接膜生物流化床16，膜生物流化床16通过第一水栗17连接储水箱19，储水箱19通过第二水栗18连接进水口 11。利用第一水栗17将经过膜生物流化床净化后的水吸入储水箱19，储水箱19中的水再通过第二水栗18吸入进水口 11，便于水资源高效循环使用。
[0046]—种蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测方法，包括以下步骤:
[0047]SI，选取同一种类的蔬菜如叶菜类作为测试样品，蔬菜首先放置在第二传送带3左端入料口，然后沿着第二传送带3传输方向从左到右匀速运输。由于第二传送带3在清洗槽I中的两端呈25-30°向上倾斜，因此，蔬菜能平稳地在第二传送带3斜面上运输而不被滑落，从而依次进出清洗槽I，同时，清洗槽中若干低强度超声波发生器8已开启。
[0048]S2，第二传送带3下方2_3cm处有一个蔬菜吸附装置5，蔬菜吸附装置5顶部有若干圆柱形吸附口。由于第二传送带3上有若干组三圆环孔洞3-1，相邻的每组三圆环孔洞正中心相隔5-7cm，当蔬菜传输到清洗槽I底部时，各个蔬菜通过蔬菜吸附装置5顶部的若干圆柱形吸附口实现每组三圆环孔洞对应吸附一棵蔬菜，使其稳固地吸附在传送带表面上进行匀速地运输，防止蔬菜因浮力漂浮在液面，也利于后续中每颗蔬菜被运输到拉曼探头7-1正下方时进行--检测。
[0049]S3，清洗槽的右上端有一个拉曼检测探头，按照“蔬菜-水体-蔬菜”顺序进行实时监测。由于旋转轮4-4是沿逆时针旋转，其转速与第一传送带2和第二传送带3运输速度同步，当每颗蔬菜被第二传送带3运输到拉曼探头7-1正下方时，拉曼探头7-1对蔬菜农药残留进行实时检测。拉曼探头7-1检测到的信号通过通讯线传送到拉曼系统7-2，通过与农药标准数据库匹配，当农药残留高于设定的安全值时，人机交互控制系统6控制娃娃机手爪4-1将蔬菜包裹，蔬菜顺着旋转轮4-4转动至最高点时，娃娃机手爪4-1松开，蔬菜按着惯性运动到向左运输的第一传送带2，两者速度同步，并通过第一传送带2运送到蔬菜初始运输的位置，重新进行清洗，并激活高强度超声波发生器9，若检测到的农药残留等于或低于设定的安全值，娃娃机手爪4-1全程处于张开状态，起到助推作用，蔬菜沿着第二传送带3往合格线14上运输，并人机交互控制系统6控制高强度超声发生器9和膜生物流化床16关闭，低强度超声发生器8启动。
[0050]S4，当水体位于拉曼探头正下方时，拉曼探头检测水体中的农药残留。拉曼探头7-1检测到的信号通过通讯线传送拉曼系统7-2，通过与农药标准数据库匹配，若水体中农残超标，激活高强度超声波发生器9，强度变为适用水体农药降解的强度，同时膜生物流化床16运行，进行水体净化。随后，利用第一水栗17将经过膜生物流化床净化后的水吸入储水箱19，储水箱19的水通过第二水栗18从进水口 11栗入清洗槽I，使水资源高效循环使用。
[0051]本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，其特征在于:包括清洗槽、第一传送带、第二传送带、清洗循环装置、蔬菜吸附装置、人机交互控制系统、拉曼检测装置、低强度超声波发生器、高强度超声波发生器和换能器;所述清洗槽为截面上宽下窄的锥形开口形状，两侧为倾斜结构；清洗槽分别设有进水口和出水口；清洗槽中间底部设有蔬菜吸附装置，清洗槽的两侧壁分别设有低强度超声波发生器和高强度超声波发生器，低强度超声波发生器和高强度超声波发生器分别与换能器相连； 所述蔬菜吸附装置的顶部有多个吸附口，吸附口的顶部位于清洗槽内水平设置的第二传送带的底部下2_3cm，吸附装置设有多个放水口，内部设有污水自吸栗;污水自吸栗分别与吸附口和放水口连通； 所述第二传送带上间隔设有多组三圆环孔洞，相邻的每组三圆环孔洞正中心相隔5-7cm;第二传送带中部水平浸没于清洗槽液面下5-7cm，并高于蔬菜吸附装置顶部的吸附口2-3cm，浸没于清洗槽液面下的第二传送带前后两端以25-30°向上倾斜的角度伸出清洗槽，然后水平向两端延伸； 所述清洗循环装置位于第二传送带出料端，清洗循环装置包括娃娃机手爪、支杆、固定座、旋转轮；固定座上设有旋转轮，多个支杆一端呈均匀分布固定在旋转轮上，另一端与娃娃机手爪连接;固定座的一侧设有第一传送带，第一传送带和第二传送带连接； 所述拉曼检测装置包括拉曼系统和拉曼探头，拉曼探头设置在固定座正下方;拉曼探头通过通讯线连接到拉曼系统； 所述人机交互控制系统的核心部件是处理器，处理器通过通讯线分别与拉曼系统、低强度超声波发生器、高强度超声波发生器、娃娃机手爪和蔬菜吸附装置连接。2.根据权利要求1所述的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，其特征在于，所述出水口连接废水管道，废水管道连接膜生物流化床，膜生物流化床通过第一水栗连接储水箱，储水箱通过第二水栗连接进水口。3.根据权利要求1所述的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，其特征在于，所述清洗循环装置位于出料端的斜坡1/2-2/3处的上方。4.根据权利要求1所述的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，其特征在于，所述支杆为5个。5.根据权利要求1所述的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，其特征在于，所述拉曼系统选用Inspector便携式拉曼光谱仪;拉曼探头采用型号IP-RP2-532不锈钢可浸没式探头。6.根据权利要求1所述的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，其特征在于，所述低强度超声波发生器和高强度超声波发生器分别为多个。7.根据权利要求1所述的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，其特征在于，所述蔬菜吸附装置截面为梯形，所述污水自吸栗选用开式叶轮结构的污水自吸栗。8.根据权利要求1所述的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测装置，其特征在于，所述蔬菜吸附装置的吸附口和放水口都设有一层钢网过滤膜。9.应用权利要求1所述装置的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测方法，其特征在于包括以下步骤: SI，蔬菜首先放置在第二传送带左端入料口，然后沿着第二传送带传输方向从左到右匀速运输;依次进出清洗槽，同时，清洗槽中低强度超声波发生器已开启； S2，当蔬菜传输到清洗槽底部时，各个蔬菜通过蔬菜吸附装置顶部的若干吸附口实现每组三圆环孔洞对应吸附一棵蔬菜，使其稳固地吸附在传送带表面上进行匀速地运输，防止蔬菜因浮力漂浮在液面； S3，旋转轮是沿逆时针旋转，其转速与第一传送带和第二传送带运输速度同步，当每颗蔬菜被第二传送带运输到拉曼探头正下方时，拉曼探头对蔬菜农药残留进行实时检测;拉曼探头检测到的信号通过通讯线传送到拉曼系统，通过与农药标准数据库匹配，当农药残留高于设定的安全值时，人机交互控制系统控制娃娃机手爪将蔬菜包裹，蔬菜顺着旋转轮转动至最高点时，娃娃机手爪松开，蔬菜按着惯性运动到向左运输的第一传送带，两者速度同步，并通过第一传送带运送到蔬菜初始运输的位置，重新进行清洗，并激活高强度超声波发生器，若检测到的农药残留等于或低于设定的安全值，娃娃机手爪全程处于张开状态，起到助推作用，蔬菜沿着第二传送带往合格线上运输，人机交互控制系统控制高强度超声发生器关闭，低强度超声发生器启动； S4，当水体位于拉曼探头正下方时，拉曼探头检测水体中的农药残留；拉曼探头检测到的信号通过通讯线传送拉曼系统，通过与农药标准数据库匹配，若水体中农残超标，激活高强度超声波发生器，强度变为适用水体农药降解的强度。10.根据权利要求9所述的蔬菜清洗过程农残的拉曼循环监测方法，其特征在于，所述出水口连接废水管道，废水管道连接膜生物流化床，膜生物流化床通过第一水栗连接储水箱，储水箱通过第二水栗连接进水口时，步骤S3人机交互控制系统同时控制高强度超声发生器和膜生物流化床关闭；步骤S4膜生物流化床同时运行，利用第一水栗将经过膜生物流化床净化后的水吸入储水箱，储水箱的水通过第二水栗从进水口栗入清洗槽，使水资源高效循环使用，并进行水体净化。
【文档编号】G01N21/65GK106093006SQ201610403116
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】孙大文, 李江林, 蒲洪彬, 朱志伟, 王启军
【申请人】华南理工大学