[发明专利]物体表面霉菌生长过程无损检测传感系统及方法

权利要求书

1.物体表面霉菌生长过程无损检测系统，其特征在于：该系统包括操作台、载物台、光纤传感器、光源、光谱仪和计算机；

所述光纤传感器由入射光纤、若干接收光纤一以及光纤固定套构成；所述光纤固定套为圆柱型，中心设置有通孔，该通孔内放置所述入射光纤，若干接收光纤一沿周向均匀固定在所述光纤固定套的前端面,且接收光纤一的前端面位于入射光纤的前端面的外侧前方；

所述光纤传感器固定于操作台上，将待测丝绸样品放置在载物台上，入射光纤的一端与待测丝绸样品间的间距由操作台控制；入射光纤与光源连接，接收光纤一与光谱仪连接，光谱仪与计算机连接；

光源发出的光束经入射光纤后传输至待测丝绸样品表面，经过样品吸收、散射后，部分光束从待测丝绸样品表面反射回光纤传感器，接收光纤一接收部分反射光并传输至光谱仪，所述光谱仪采集光纤传感器的传输光谱及霉菌的特征吸收光谱和吸光度，并将解调后的光谱信息传输到计算机；计算机根据传感器输出光谱变化信息，对微生物种类、密度及厚度及生长周期进行定性和定量分析。

2.根据权利要求1所述的物体表面霉菌生长过程无损检测系统，其特征在于：所述光纤固定套的外壁向前延伸，形成凸台，在该凸台上沿周向均匀固定若干接收光纤二，接收光纤二与光谱仪连接。

3.根据权利要求1或2所述的物体表面霉菌生长过程无损检测系统，其特征在于：所述接收光纤一、二的光接收端具有锥形结构。

4.物体表面霉菌生长过程无损检测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤A、同轴内凹型反射式锥形光纤传感器制备：

A1、将若干接收光纤一、二的光接收端进行处理，使其具有锥形结构，以提高光纤对光的收集能力、提高传感器的灵敏度；

A2、所述光纤传感器由入射光纤、若干接收光纤一、二以及光纤固定套构成；所述光纤固定套为圆柱型，中心设置有通孔，将入射光纤放置在通孔内；若干接收光纤一沿周向均匀固定在所述光纤固定套的前端面,且接收光纤一的前端面位于入射光纤的前端面的外侧前方；再将所述光纤固定套的外壁向前延伸，形成凸台，在该凸台上沿周向均匀固定若干接收光纤二；

步骤B、将步骤A制备得到的传感器固定于操作台上，将待测丝绸样品放置在载物台上，入射光纤的一、二与待测丝绸样品间的间距由操作台控制；

步骤C、将入射光纤直接连接到光源，光源发出的光束经入射光纤后传输至待测丝绸样品表面，经过样品吸收、散射后，部分光束从待测丝绸样品表面反射回光纤传感器，接收光纤一、二接收部分反射光并传输至光谱仪，所述光谱仪采集光纤传感器的传输光谱及霉菌的特征吸收光谱和吸光度，并将解调后的光谱信息传输到计算机；计算机根据传感器输出光谱变化信息，对微生物种类、密度及厚度进行定性和定量分析以及生长周期的判定。

5.根据权利要求4所述的物体表面霉菌生长过程无损检测方法，其特征在于：

部分光束从待测丝绸样品表面反射回传感器，反射光强表达为：

ε为分析样品的摩尔吸收系数，其数值与分析样品的物质成分及入射光波长λ有关；c为微生物在载体表面的单位面积分布密度；l为微生生物膜厚度；K₂为漫反射损耗系数，即为非光滑反射面漫反射产生的损耗；为摩尔散射系数，其数值与分析物颗粒半径、折射率及入射光波长λ有关；g为各向异性系数，表示米氏散射向前散射效率；I_T表示传输至样品表面的入射光强度。

6.根据权利要求4所述的物体表面霉菌生长过程无损检测方法，其特征在于：所有接收光纤一、二接收到的反射光强度为：

其中K＝nK₀K₁K₂,表示传感器接收到光源发出光的总修正系数,n表示接收光纤的数目；I₀表示外部光源耦合进入入射光纤中的光强度；R、x、r、r'分别表示入射光纤半径、入射光纤与接收光纤一的轴间距、接收光纤一的锥腰半径、接收光纤一的前端面半径；ω(2d-a)表示接收光纤一距离入射光纤端面距离为2d-a处的等效反射面半径，d指入射光纤一前端面至样品表面的距离，a指入射光纤端面与接收光纤一前端面的距离。