[发明专利]一种基于彩色光探测器的光电比色的食品安全检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种比色分析装置，更具体的是涉及一种以彩色光探测器作为光电感应器的光电比色装置及溶液中特定物质的浓度的检测方法。尤其是食品安全检测装置及检测方法。 

背景技术

普通的光电比色装置的基本构造是：光源、单色光发生装置、比色池、光电感应器、信号处理输出和控制模块。 

光源照射到单色器后产生特定波长的单色光，单色光透过比色池（内有被测溶液）后照射到光电传感器的光敏元件上，光电接收器动作，将光信号变成电信号输出，经过信号处理和控制模块的分析计算，即可计算出被测溶液的吸光度或者吸光度变化值，从而计算出被测溶液中某种食品安全成分的浓度。如图1、光电比色装置结构示意图。 

现有的光电比色装置，根据不同的比色分析实验，需要有一个能产生不同中心波长的单色光的装置，目前常用的单色器有采用光栅分光和窄带滤光片组等方式，但分别具有以下缺点： 

第一，采用光栅原件的单色光源发生装置的特点是可以连续获得不同中心波长的单色光束，但其机械结构复杂，波长重复性差，且成本较高。 

第二，采用卤钨灯和窄带滤光片的组合也可以获得特定波长的单色光束，虽比光栅结构相对简单，但在需要获得不同波长的单色光时，仍然需要分别配置不同的滤光片，并要将这些滤光片固定在由一个由步进马达、滤光轮及附件组成的波长切换机械结构，且滤光片受固有工艺影响，在潮湿环境下容易出现霉变，影响光路性能。 

发明内容

本发明的目的是提供一种以彩色光探测器作为光电传感器的光电比色装置及浓度检测方法，尤其是食品安全检测装置及检测方法，以简化光电比色装置光路结构，并克服传统光电传感器存在机械结构较为复杂的问题。 

为实现上述目的，本发明将传统光电比色装置：光源-单色器-比色池-光电感应器（有的也可能为光源-比色池-单色器-光电感应器）结构，简化为光源-比色池-光探测器感应器结构，不设置单色光发生装置。其特征在于包括光源、比色池、光探测器感应器、信号处理与控制模块。所述光源位于比色池的一侧，所述光源用于产生多波长复合光，所述多波长复合光穿过比色池，所述比色池中容纳待测液体，所述光探测器感应器位于比 色池另一侧，所述光探测器感应器用于接收多波长复合光经过比色池后的透射光并将接收的透射光信号分别转化为R、G、B三个通道的电信号，所述信号处理和控制模块与光探测器感应器相连，所述信号处理和控制模块用于处理光探测器感应器发出的电信号，并根据电信号计算出比色池中溶液的吸光度值（或吸光度变化值），最后再计算出目标测定物质的浓度。彩色光探测器包括CCD、CMOS或混合结构的光探测器。 

进一步的，所述光源为红绿蓝三色中二种以上的半导体激光光源或LED光源或可见光波段的全波长复合光光源（包括卤钨灯的白光光源）。 

进一步的，将彩色光探测器元件用作光电传感器，该彩色光探测器元件具有分别输出R、G、B三种不同信号的通道，光探测器的每个像点中的R、G、B感应器分别对应不同峰值转换率的波长。 

进一步的，将传统光电比色装置：光源-单色器-比色池-光电感应器结构，简化为光源-比色池-光探测器感应器结构。 

本发明还提出一种溶液中特定物质浓度（或含量）的检测方法：采用白光或多波长光源发出的多波长复合光直接照射到比色池；多波长复合光透过比色池后投射到彩色光探测器上；信号处理和控制模块分别采集并处理彩色光探测器输出的R、G、B三种不同信号；根据对测量时需要用到的一个或多个波长，用对应该波长有峰值吸收的标准物质、即具有对应吸收峰值的窄带滤光片或者标准溶液对R、G、B的输出信号值进行标定而得到的标定值；计算出比色池中溶液对特定波长下的吸光度值或吸光度变化值；最后根据吸光度值或吸光度变化值计算出液体中某种物质的含量或浓度。 

进一步的，标定过程是：对测量时需要用到的一个或多个波长，用对应该波长有峰值吸收的标准物质、即一个或多个单波长的光或具有对应吸收峰值的窄带滤光片透过的光通对标准物质的溶液，对R、G、B的输出信号值进行标定而得到标定值：将标准物质放入比色池，所述单色光照射后，测量此时透过的R、G、B信号值，并与调零时测量到的基准信号值进行比对计算，分别计算出R、G、B传感器在不同波长下的转换率系数，且获得f（R+G+B）=a%*f(red)+b%*f(gree)+c%*f(blue)中a、b、c的转换率系数值，以确定R、G、B在该波长下的信号值计算中的权重系数。 

光源为包括卤钨灯的白光或彩色光源。窄带滤光片用于白光光源。