[发明专利]光声联用光谱法的食品药品组分含量快速检测装置及方法

权利要求书

1.一种光声联用光谱法的食品药品组分含量快速检测装置，包括光源辐射单元(100)、检测室单元(200)和信号显示单元(700)，其特征在于还包括光谱分光单元(300)、光声探测单元(400)、信号处理单元(500)和信号控制单元(600)，所述光源辐射单元(100)、检测室单元(200)和光谱分光单元(300)沿光传播方向依次设置，所述检测室单元(200)的光声信号输出端与光声探测单元(400)的光声信号输入端相连，所述分光单元(300)及光声探测单元(400)的电信号输出端均与信号处理单元(500)的电信号输入端相连，所述信号控制单元(600)的信号输入端与信号处理单元(500)的信号输出端相连，所述信号显示单元(700)及光源辐射单元(100)的控制信号输入端均与信号控制单元(600)的控制信号输出端相连；所述光源辐射单元(100)包括沿光传播方向依次设置的光源(101)、准直透镜(102)和聚焦透镜(103)，所述检测室单元(200)为比色皿，所述光声探测单元(400)为超声探测器，所述信号处理单元(500)包括信号放大器(501)、信号滤波器(502)和信号采集器(503)，所述信号控制单元(600)包括计算机(601)、同步时序电路(602)、光源辐射控制器(603)、信号存储器(604)和分析软件(605)，所述信号显示单元(700)为计算机显示器，所述信号放大器(501)的输出端与信号滤波器(502)的输入端相连，所述信号滤波器(502)的输出端和信号采集器(503)的输入端相连，所述分光单元(300)及光声探测单元(400)的输出端分别与信号放大器(501)的输入端相连，所述计算机(601)的输出端分别与同步时序电路(602)、光源辐射控制器(603)及信号显示单元(700)的输入端相连，所述信号存储器(604)和分析软件(605)分别与计算机(601)相连接，所述信号采集器(503)的输出端与计算机(601)的输入端相连，所述光源辐射控制器(603)的输出端与光源(101)的输入端相连，所述同步时序电路(602)的输出端分别与信号放大器(501)、信号滤波器(502)、信号采集器(503)及光源辐射控制器(603)的输入端相连；所述光谱分光单元(300)包括沿光传播方向依次设置的入射狭缝(301)、准直镜(302)、光栅(303)、聚焦镜(304)和光谱探测器(305)，所述光栅(303)为平面反射式光栅或体全息透射式光栅；所述光谱分光单元(300)包括沿光传播方向依次设置的入射狭缝(301)、光栅(303)和光谱探测器(305)，所述光栅(303)为凹面反射式光栅；所述光源(101)为脉冲激光器或者为卤素灯与斩波器构成；所述超声探测器为聚焦型或非聚焦型超声探测器；所述超声探测器与检测室单元(200)之间均匀涂抹医用超声耦合液；所述超声探测器探头需与检测室单元(200)的外壁面保持平行。

2.根据权利要求1所述的光声联用光谱法的食品药品组分含量快速检测装置，其特征在于所述光谱分光单元(300)与光声探测单元(400)的位置为空间正交结构，正交角度为90度，所述信号放大器(501)、信号滤波器(502)和信号采集器(503)均为多通道器件，通道数至少为2路。

3.一种根据权利要求2所述快速检测装置的检测方法，包括以下步骤：

第一步，样品加载，即：将被测样品置于比色皿中，如果被测样品是液态样品，直接装载至比色皿中，如果被测样品是固态样品，先用碾钵将其碾碎成粉状，均匀过筛后再装入比色皿中；

第二步，开启计算机和分析软件，先开启激光器控制软件，设置好激光器参数；

第三步，开启光源的电源开关，确认光源工作正常后，点击光源辐射单元的控制软件中的开启按钮，发送光源触发指令，这时光源发出辐射光；

第四步，光源发出的光，经过准直透镜准直和聚集透镜聚集后入射到比色皿中的被测样品上，此时，经样品吸收后透射或反射的光进入光谱分光单元，依次经过入射狭缝，由准直透镜进行准直，再由光栅进行衍射分光，再由聚焦镜或聚焦透镜将衍射光聚焦成光谱带，再最后由光谱探测器进行探测，同时，被测样品吸收入射光，产生的光声信号，由超声探测单元的超声探测器进行探测，然后，光谱探测器和光声探测器捕获并转换的电信号，经多路信号放大器放大和信号滤波器滤除干扰信号；

第五步，开启计算机和数据采集控制软件，发送采集指令，触发多路信号采集卡对光谱电信号和光声电信号进行并行采集，并转换为数字信号，由数据采集控制软件中发出数据存储指令，将数字信号经GPIB-USB总线、PCI总线或者PXI总线进行传输，并存储至数据存储器中进行保存；

第六步，开启数据分析软件，先调用数据存储器中的光谱数字信号，利用信号预处理程序对光谱信号进行去噪等预处理，再利用化学计量建模算法中的主成分分析法或遗传等算法，找出被测物质的特征波长；

第七步，根据光谱法确定的特征波长，由计算机和光源辐射控制软件设定这些特征波长，并经光源辐射控制单元控制光源发出这个波长的脉冲激光，再经准直透镜和聚焦透镜照射入比色皿中的被测物质，由光声探测器探测，经信号放大器放大和滤波器滤波后由信号采集器进行采集，然后获得不同类型和含量成分被测物质的光声幅值或峰峰值；

第八步，对获得到的光声幅值或峰峰值，利用化学计量学算法的主成分分析法进行定性分析，利用多元线性回归算法建立光声幅值或峰峰值与被测物质含量梯度的校正预测数学模型，然后根据校正预测数学模型对未知含量的被测物质进行定量检测，并将被测物质的组分类型和含量信息在显示器上进行显示。