一种乳液主成份含量测量系统及其检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种乳液主成份含量测量系统及其检测方法，属于液体成分检测技术 领域。
【背景技术】
[0002] 被分散的液体（分散相）以小液珠的形式分散于另一连续的液体介质（分散介 质）中，这种一种液体以小液珠形式分散于与其不相混溶的另一种液体中所构成的热力学 不稳定体系称为乳液。乳液的分散相直径一般为〇. 1-10 μ m，从乳液的颗粒直径范围来说， 大部分乳液属于粗分散体系。典型的食品乳液包括牛奶，羊奶，豆浆和蛋黄酱等，这些乳液 中的主成份含量关系到人类的健康；工业上的乳液包括天然乳胶，乳胶漆等，这些乳液的主 成分含量则关乎到它们的优劣和价格的高低。因此，为了推动市场的安全性和公平性，研宄 一种乳液中主成份含量测量的有效方法具有重要意义。
[0003] 对于乳液中主成份的测量，主要分为化学分析方法和间接分析方法。何海情通过 对比和正交实验探讨酸水解法测量豆奶粉脂肪的主要因素影响，得到的豆浆粉脂肪浓度结 果较好。李锦才等人对豆浆中的脂肪含量分别采用酸水解法、改良酸水解法和碱性乙醇 提取法三种不同的方法进行测定，结果显示碱性乙醇提取法得到的结果精密度好，准确度 高。卓海华等人改进了 Robse-Gottied法，对于椰子汁中脂肪的测定，分析时间短，试剂用 量较少，分析结果准确。然而上述的这些化学分析方法具有工作量大、污染样品，并且测量 速度慢等缺点。Gustavsson等人通过采用瞬态平面电源技术测量牛奶的导热性系数，可以 在1秒内完成对牛奶脂肪含量的测量。Xin等人利用激光散透比原来，用自行设计的测量 系统同时测量了牛奶中的脂肪和蛋白质含量。Bogomolov通过研宄牛奶中的脂肪和蛋白质 对可见光的散射现象，用偏最小二乘发回归建模实现了对脂肪含量和蛋白质含量的测量。 Jayanthy通过测量室温下胶乳的介电常数，将胶乳中的干胶含量和介电常数（实部）建立 线性关系，可对于胶乳中的干胶含量进行测量。RejiKumar等人提出用电容式传感器法测量 天然胶乳中的干胶含量。中国热带农业科学院分析测试中心的周聪发明了一种热辐气动法 快速测定天然胶乳的干胶含量。然而这些间接分析方法也有缺点，例如消耗试剂多、样品前 处理过程繁琐等，从而无法实现快速测量。
[0004] 光电技术将光学技术和电子技术相结合，引起了人们生产、生活和作战方式的重 大变化，光电技术已成为21世纪信息技术发展的最大特点。目前，光电技术正在光电材料 和器件、探测技术、光机电一体化、光电子微结构集成以及军事领域飞速发展，并和各种高 新技术相结合，推动能源开发、环境保护、粮食生产、医疗卫生的改善。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于设计一种高灵敏度的乳液主成份含量测量系统，以及提供一种 采用该检测系统进行主成分含量检测的方法。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007] -种乳液主成份含量测量系统，包括导光模块、信号源模块、光纤耦合模块以及光 电探测器，所述导光模块设有光纤输入端、光纤输出端和光纤探头，所述光纤耦合模块包含 若干自聚焦光纤，光纤输入端、光纤输出端和光纤探头上分别连接自聚焦光纤；其中，所述 光纤输出端通过自聚焦光纤连接光电探测器，光纤输入端通过自聚焦光纤连接信号源模 块。
[0008] 其中，所述导光模块为W型光纤，包括五个端口，其中有两个为光纤输出端，两个 为光纤探头，一个光纤输入端；所述两个光纤探头结构相同，其端面则包括内层和外层，内 层用于将进入导光模块光纤输入端的光垂直入射到液体中，外层用于接收液体反射的光。
[0009] 进一步的，所述信号源模块采用近红外LED，所述信号源模块与光纤输入端耦合， 光纤输入端上连接的自聚焦光纤长度为L/4的奇数倍，
【主权项】
1. 一种乳液主成份含量测量系统，其特征在于：包括导光模块、信号源模块、光纤耦合 模块以及感光模块，所述导光模块设有光纤输入端、光纤输出端和光纤探头，所述光纤耦合 模块包含若干自聚焦光纤，光纤输入端、光纤输出端和光纤探头上分别连接自聚焦光纤；其 中，所述光纤输出端通过自聚焦光纤连接感光模块，光纤输入端通过自聚焦光纤连接信号 源模块。
2. 根据权利要求1所述的一种乳液主成份含量测量系统，其特征在于：所述导光模块 为W型光纤，包括五个端口，其中上部的最左和最右端两个为光纤输出端，下部的两个为光 纤探头，以及上部中间的光纤输入端；所述两个光纤探头结构相同，其端面包括内层和外 层，内层用于将进入导光模块光纤输入端的光垂直入射到液体中，外层用于接收液体反射 的光。
3. 根据权利要求1所述的一种乳液主成份含量测量系统，其特征在于：所述信号源模 块采用近红外LED，所述信号源模块与光纤输入端耦合，光纤输入端上连接的自聚焦光纤长 度为L/4的奇数倍，Z=-其中α为一常数，n(|为折射率。
4. 根据权利要求3所述的一种乳液主成份含量测量系统，其特征在于：所述感光模块 为光电探测器，该光电探测器与信号源模块在光谱特性相匹配。
5. 根据权利要求1至4所述的任意一种乳液主成份含量测量系统，其特征在于：该系 统包括两个容器用于盛放液体，还包括一个恒温装置，所述恒温装置放置在容器下方，用于 保持待液体的温度。
6. 根据权利要求5所述的一种乳液主成份含量测量系统，其特征在于：在连接在所述 光纤探头上的自聚焦光纤的下端面，设有有锥状的屏蔽环，所述屏蔽环由硬质材料卷曲形 成，其内表面带有深色涂层。
7. -种乳液主成份含量测量方法，该方法提供信号转换模块、光电流信号前置放大模 块、二级去温漂放大模块以及信号处理模块，其特征在于：该方法按照如下步骤实施： 步骤一，将盛有乳液样品的容器放置一个光纤探头正下方，将盛有蒸馏水的容器放置 在另一个光纤探头正下方，信号源模块发光，通过光纤耦合模块照射到导光模块，导光模块 形成的光束垂直照射到乳液样品表面形成带有待测乳液样品信息的光信号； 步骤二，反复步骤一，最终获得光电流信号； 步骤三，对光电流信号进行信号放大和转换，采用两级放大电路放大光电流信号； 步骤四，配置若干种已知主成分浓度的乳液样品，对信号转换器输出的数字信号进行 标识，构建出根据主成分含量变化随数字信号变化的标准方程； 步骤五，对待测乳液样品的主成分含量进行测量，重复步骤一至步骤三，并将信号转 换器输出值代入步骤四得到的标准方程进行计算，即可实时显示此次测量样品中主成分含 量。
8. 根据权利要求8所述的一种乳液主成份含量测量方法，其特征在于：所述步骤一具 体指： 步骤I. 1 :采用近红外LED作为信号源模块，光信号通过自聚焦光纤耦合进入W型光纤 中，并分成光强相同的两路从光纤探头出射； 步骤1. 2 :出射的两路光分别通过自聚焦光纤汇聚并垂直照射在乳液样品表面和蒸馏 水表面，照射入乳液样品的光经过乳液漫散射后，携带了乳液样品的成分含量信息；照射入 蒸馏水的光经过镜面反射后，携带了蒸馏水液体镜面反射光强的信息，两路反射后的光信 号再次经自聚焦光纤耦合进入W型光纤中。
9. 根据权利要求8所述的一种乳液主成份含量测量方法，其特征在于：所述步骤三具 体指： 步骤3. 1 :采用两个前置放大模块将乳液样品和蒸馏水两路光电流信号分别放大并转 换成电压信号； 步骤3. 2 :通过二级去温漂放大模块对乳液样品信号和蒸馏水信号进行差分放大并输 送到信号转换模块。
10. 根据权利要求8所述的一种乳液主成份含量测量方法，其特征在于：所述步骤四具 体指： 步骤4. 1 :配置不同的已知主成分浓度的乳液样品，按照步骤一至步骤三的测量步骤， 对于各个浓度的乳液样品，依次记录对应的信号转换模块输出值； 步骤4. 2 :采用BaSO4作为乳液样品的参照白板，再按照按照步骤一至步骤三的测量步 骤，记录对应的信号转换模块输出值； 步骤4. 3 :对测量数据进行回归分析，并建立回归方程，将标准方程载入信号处理模块 数据处理流程中。
【专利摘要】本发明公开了一种乳液主成份含量测量系统及其测量方法，使用了近红外LED和相匹配的光电二极管作为光电传感器的输入输出信号源，使用W型光纤作为非功能型传感器，通过可升降载物台调节光纤探头与样品间的距离，并使用恒温装置保持样品的温度恒定；测量方法采用线性回归分析法处理测量数据，并增加一路参考信号用来消除温漂等外界对系统测量稳定性的影响。测量系统不仅集成度高、消耗样品数量少，而且是一种无损测量方法；测量方法还实现了对测量结果的实时显示，非常适用于乳液主成份含量的测量分析。
【IPC分类】G01N21-49
【公开号】CN104730035
【申请号】CN201510100593
【发明人】朱星玥, 赵志敏, 俞晓磊, 钱坤
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月6日