[发明专利]一种手持式食品安全检测装置及方法

权利要求书

1.一种手持式食品安全检测装置，其特征在于：包括激发探测一体化探头、信号处理单元、控制单元及显示单元，

所述激发探测一体化探头分别与控制单元、信号处理单元连接，接收控制单元的激光驱动信号，透射至待测食品后产生机械超声波，并将该超声波转换成电压信号输送给信号处理单元；

所述信号处理单元还与控制单元连接，用于将接收的多路电压信号进行放大、合并处理，并将合并后的信号转换成数字信号，然后将该信号输送给控制单元进行存储；

所述显示单元与控制单元连接，负责对控制单元进行界面操作，及将待测食品的光声信号进行实时显示。

2.根据权利要求1所述的一种手持式食品安全检测装置，其特征在于：所述激发探测一体化探头包括激光二极管、准直透镜、聚焦透镜及多环超声探测器；所述激光二极管、准直透镜、聚焦透镜及多环超声探测器由内到外沿光源传播方向依次设置。

3.根据权利要求2所述的一种手持式食品安全检测装置，其特征在于：所述激光二极管、准直透镜、聚焦透镜及多环超声探测器为同轴一体化结构。

4.根据权利要求2所述的一种手持式食品安全检测装置，其特征在于所述多环超声探测器由多个同心环结构的超声探测器组成。

5.根据权利要求1所述的一种手持式食品安全检测装置，其特征在于：所述信号处理单元包括信号放大电路、电子开关、相位调整电路及A/D转换电路；所述信号放大电路分别与激发探测一体化探头、控制单元、电子开关连接，接收激发探测一体化探头输出的电压信号，并在控制单元的触发下将该信号进行初次放大后输送给电子开关；所述电子开关还与相位调整电路连接，电子开关接收经信号放大电路初次放大的电压信号后进行全重分配调整，并将该调整后的信号输送给相位调整电路；所述相位调整电路还与A/D转换电路连接，相位调整电路接收经电子开关调整后电压信号，并将该信号进行相位调整后合并成一路电压信号，输送给A/D转换电路；所述A/D转换电路还与控制单元连接，对合并后的电压信号进行A/D转换，产生数字信号，并输送给控制单元进行存储。

6.根据权利要求1所述的一种手持式食品安全检测装置，其特征在于：所述控制单元包括嵌入式系统、激发二极管驱动电路及同步触发电路；所述嵌入式系统分别与激发二极管驱动电路、同步触发电路、显示单元及信号处理单元连接，嵌入式系统分别针对激发二极管驱动电路、同步触发电路、显示单元及信号处理单元设定相应的软件程序，控制激发二极管驱动电路对激发二极管发光进行驱动、控制同步触发电路对信号处理单元中的电压进行放大及A/D转换触发、控制显示单元将声光信号数据进行实时显示、控制信号处理单元进行A/D转换及将数据传输至控制单元进行存储。

7.根据权利要求6所述的一种手持式食品安全检测装置，其特征在于：所述嵌入式系统包括微处理器、存储器、由通用接口及I/O接口组成的接口电路、由嵌入式操作系统软件及应用软件组成的软件；其中所述微处理器负责控制数据、信号处理、信号显示；所述存储器负责数据的写入与读取；所述接口电路负责信号连接；所述软件负责检测系统操作的软件任务输入、调整及管理；所述通用接口包括A/D接口及D/A接口；所述I/O接口包括USB接口、RS232穿行通信接口、以太网接口、存储卡接口、音频接口、视频输出接口、SPI串行外围设备接口。

8.根据权利要求1所述的一种手持式食品安全检测装置，其特征在于：所述显示单元为触摸式LCD显示屏。

9.根据权利要求1所述的一种手持式食品安全检测装置，其特征在于：所述检测装置为手持式检测装置。

10.利用如权利要求1所述的检测装置进行安全检测的方法，其特征在于：具体步骤如下：

第一步、将装置接入电源，启动控制单元中的嵌入式系统，让嵌入式系统中的嵌入式操作系统软件进行“自检”启动，待嵌入式操作系统启动后，通过触摸显示单元开启嵌入式系统中的应用软件；

第二步、应用软件开启后，在软件图形界面上对“采样模式”、“数据长度”及“触发模式”进行初始化操作；

第三步、在第二步中的初始化完成后，触摸显示单元上嵌入式系统中的应用软件控制界面“开启”按键，使嵌入式系统的微处理器通过I/O接口电路中的D/A接口向激光二极管驱动电路发出激光驱动指令；

第四步、激光二极管驱动电路接收指令后，向激发探测一体化探头中的激光二极管发出驱动激光发射信号，使激光二极管在激光二极管驱动电路的触发下发射激光信号；

第五步、将激发探测一体化探头至于待测食品中，激光二极管发出的激光信号经过准直透镜、聚焦透镜后，汇聚成较小直径的光斑照射至待测食品内，食品组分吸收入射激光能量后，由于能量沉积和释放而发生体积膨胀和收缩现象，进而产生向四周扩散的超声机械波，透射到多环超声探测器上；多环超声探测器接收这些超声机械波，并将这些超声机械波转换成与超声强度对等的电压信号，将该电压信号输送给信号处理单元；

第六步、信号处理单元接收电压信号后，经过信号处理单元中的信号放大电路放大后再通过电子开关和相位调整电路将电压信号进行权重和相位调整，产生合并后的一路电压模拟信号；此时，通过触摸显示单元，将应用软件界面上的“采集模式”中的设置化设置为“连续采集”模式，由嵌入式系统的微处理器经过总线通过接口电路向信号处理单元中的A/D转换电路发出指令，通知A/D转换电路对放大、合成后信号，按照初始化设置的“采样频率”、“触发模式”进行模拟信号到数字信号的转换，产生相应的数字信号；然后由嵌入式系统的微处理器经总线通过接口电路向存储器发出“写数据”指令，将转换后的数字信号按照初始化设置的“存储路径”和“文件类型”进行存储，保存在存储器中；

第七步、控制单元中的应用软件将采集到的待测食品中产生的光声信号输送给显示单元，使光生波信号按照初始化的“数据长度”实时显示在显示单元上；

第八步、触摸应用软件界面中的“数据与处理”按键，在“数据与处理”界面中对数据平滑、求导、小波去燥、基线校正进行设置，使光声信号进行预处理；然后触摸应用软件界面中的“变量筛选”按键，在“变量筛选”界面中选择“区间偏最小二乘法”、“模拟退火法”和“遗传算法”，进行相关变量的筛选；最后再触发“定量校正”按键，在“定量校正”界面中选择“多元阵回归”、“主成分回归”、“偏最小二乘回归”和“人工神经网络法”，将筛选后的变量与对应获取的光声信号之间建立相应的数学校正模型，利用建立的模型对食品成分及浓度进行预测，从而实现对食品质量安全的快速检测。