基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測方法與流程

本發明基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測方法屬于食品安全、農藥檢測技術領域。

背景技術：

農業產業化的發展使農產品的生產越來越依賴于農藥等外源物質。我國農藥在農產品的用量居高不下，而這些物質的不合理使用必將導致農產品中的農藥殘留超標，影響消費者食用安全，嚴重時會造成消費者致病、發育不正常，甚至直接導致中毒死亡。農藥殘留超標也會影響農產品的貿易，使中國農產品出口面臨嚴峻的挑戰。控制農藥殘留量，無論對于食品安全，還是對于國家形象，都具有重大意義，而控制農藥殘留的首要方法就是進行農藥殘留檢測。

傳統的農藥檢測方法是GC/MS檢測法，但是傳統的GC/MS等農殘分析技術檢測成本高、時間長，給食品安全監管部門對農產品產前、產中、產后的監督工作帶來了許多不便，這個問題催生出大量的快速農藥殘留的檢測技術，常見的有化學速測法、免疫分析法、酶抑制法和活體檢測法等。

化學速測法，主要根據氧化還原反應，水解產物與檢測液作用變色，用于有機磷農藥的快速檢測，但是靈敏度低，使用局限性，且易受還原性物質干擾。

免疫分析法，主要有放射免疫分析和酶免疫分析，最常用的是酶聯免疫分析（ELISA），基于抗原和抗體的特異性識別和結合反應，對于小分子量農藥需要制備人工抗原，才能進行免疫分析。

酶抑制法，是研究最成熟、應用最廣泛的快速農殘檢測技術，主要根據有機磷和氨基甲酸酯類農藥對乙酰膽堿酶的特異性抑制反應。

活體檢測法，主要利用活體生物對農藥殘留的敏感反應，例如給家蠅喂食樣品，觀察死亡率來判定農殘量。該方法操作簡單，但定性粗糙、準確度低，對農藥的適用范圍窄。

從農藥殘留檢測技術的發展歷史來看，隨著技術手段的不斷進步，還會有更多新方法出現。

申請人同日申請了兩項發明專利《基于點目標頻譜檢測的農藥殘留檢測裝置》和《基于點目標頻譜檢測的農藥殘留檢測方法》，由于發現了農藥溶液濃度不同時，會改變溶液折射率的特性，進而提供了一種全新的農藥殘留檢測技術手段。

在這兩項專利中，儲液倉的內側設置有能夠移動的透明調整板，以避免在特定折射率情況下，從儲液倉出射的平行光恰好打到針孔陣列板的兩個針孔之間造成無法測量的問題，但由于透明調整板只有兩個移動位，因此會有極小概率的情況，移動透明調整板后，從儲液倉出射的平行光照射到了另外兩個針孔之間，同樣無法測量，且操作人員無法進行修正。

技術實現要素：

為了檢測農藥殘留，同時為了克服《基于點目標頻譜檢測的農藥殘留檢測裝置》和《基于點目標頻譜檢測的農藥殘留檢測方法》這兩項專利的小概率問題，本發明公開了一種基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測方法，提供了一種全新的農藥殘留檢測技術手段。

本發明的目的是這樣實現的：

基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置，在內表面設置有黑色絨布的暗箱中依次放置儲液倉、針孔陣列板、傅里葉透鏡、圖像傳感器、計算機和位移驅動器；

所述儲液倉相對于光軸傾斜放置，儲液倉的外側設置有向垂直于光軸平面投影為圓形的孔，與光軸方向平行的平行光從孔外側向儲液倉中照射，儲液倉內部裝有農藥殘留提取液；

所述針孔陣列板垂直于光軸方向固定放置，針孔陣列板上分布有多個縱橫方向排列的針孔，相鄰兩個針孔之間的距離相等，且不小于孔向垂直于光軸平面投影的直徑；

所述傅里葉透鏡垂直于光軸方向固定放置，且針孔陣列板位于傅里葉透鏡的第一焦面位置；

所述圖像傳感器垂直于光軸方向固定放置，且位于傅里葉透鏡的第二焦面位置；

所述計算機用于接收來自圖像傳感器傳遞來的光斑圖像，并通過測量光斑幾何量得到控制信號，并將控制信號傳遞給位移驅動器；

所述位移驅動器用于驅動針孔陣列板在其所在平面內上下移動；

與光軸方向平行的平行光從孔外側向儲液倉中照射，由于受農藥殘留提取液的作用發生折射，從儲液倉出射的光束為相對于入射平行光存在橫向位移的平行光，通過調整針孔陣列板的位置，實現平行光的中心與針孔陣列板中的一個針孔重合，該針孔被平行光照亮。

上述基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置，所述的位移驅動器包括設置在針孔陣列板兩側的第一夾持端和第二夾持端；所述第一夾持端的截面為“工”形，所述“工”形面向針孔陣列板的豁口通過螺釘將針孔陣列板固定，背向針孔陣列板的豁口設置有與針孔陣列板同面的滾輪；所述第二夾持端面向針孔陣列板的方向設置有豁口，并通過螺釘將針孔陣列板固定，背向針孔陣列板的方向設置有齒條結構，與針孔陣列板所在平面垂直的兩個方向均設置有豁口，并設置有與針孔陣列板垂直的滾輪；所有滾輪的外側均設置有截面為“凹”形的滑道，滾輪在滑道中滾動；于齒條結構相配合的齒輪安裝在驅動電機的轉軸上；電機的轉軸帶動齒輪轉動，進而通過驅動齒條結構使第一夾持端和第二夾持端夾持針孔陣列板在滑道中滑行，進而實現針孔陣列板在其所在平面內上下移動。

一種在上述基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置上實現的基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測方法，包括以下步驟：

步驟a、用透明溶劑提取農藥殘留，形成以農藥為溶質、透明溶劑為溶劑的溶液；

步驟b、將步驟a得到的溶液倒入儲液倉中；

步驟c、用與光軸方向平行的平行光從孔外側向儲液倉中照射；

步驟d、上下移動針孔陣列板，通過圖像傳感器能夠獲得光斑，確保有一個針孔被點亮；

步驟e、在步驟d的基礎上，先向上移動針孔陣列板直到沒有針孔被點亮，記錄針孔陣列板的位置；再向下移動針孔陣列板直到沒有針孔被點亮，記錄針孔陣列板的位置；

步驟f、取步驟e記錄兩個位置的中間位置，將孔陣列板移動到中間位置；

步驟g、在步驟f的基礎上，得到圖像傳感器上光斑的大小或/和位置；

步驟h、根據步驟g得到的圖像傳感器上光斑的大小或/和位置，判斷被點亮的針孔坐標；

步驟i、根據被點亮的針孔坐標，判斷儲液倉出射平行光相對于入射平行光的橫向位移；

步驟j、根據步驟i得到的橫向位移，得到溶液的折射率；

步驟k、根據溶液的折射率，得到農藥殘留量。

上述基于點目標頻譜檢測的農藥殘留檢測方法，

步驟h所述的光斑的大小或/和位置與針孔坐標的對應關系，通過標定的方法得到；

步驟i所述的針孔坐標與橫向位移之間的對應關系，通過標定的方法得到；

步驟j所述的橫向位移與折射率之間的對應關系，通過標定的方法得到；

步驟k所述的折射率與農藥殘留量之間的對應關系，通過標定的方法得到。

有益效果：

第一、本發明發現了農藥溶液濃度不同時，會改變溶液折射率的特性，發明了一種基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置與檢測方法，提供了一種全新的農藥殘留檢測技術手段。

第二、在本發明裝置中，采用暗箱，并在暗箱內表面設置有黑色絨布，可以對暗箱內雜散光進行吸收，降低噪聲干擾。

第三、在本發明裝置中，儲液倉相對于光軸傾瀉放置，是實現平行光發生橫向位置的關鍵設計，為農藥殘留檢測奠定關鍵技術。

第四、本發明在檢測農藥濃度時只需要點亮平行光一步操作即可，其余過程均可自動完成，操作過程十分簡單，非專業人員也能夠操作，大大增加了裝置的適用范圍。

第五、本發明在標定后，光斑的大小或/和位置都可以通過計算機視覺技術直接獲得，而通過光斑的大小或/和位置又能直接得到農藥殘留量，省去一切中間計算環節，同樣非專業人員就能夠操作，大大增加了裝置的適用范圍。

第六、同本申請人同日申請的發明專利《基于點目標頻譜檢測的農藥殘留檢測裝置》和《基于點目標頻譜檢測的農藥殘留檢測方法》相比，克服了平行光照射到兩個針孔之間而不能測量的問題，提高了測量的可靠性。

第七、由于針孔陣列板連續移動，并通過技術手段使平行光的中心與針孔重合，因此測量精度比申請人同日申請的發明專利《基于點目標頻譜檢測的農藥殘留檢測裝置》和《基于點目標頻譜檢測的農藥殘留檢測方法》更高。

附圖說明

圖1是本發明基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置的結構示意圖。

圖2是位移驅動器及其與針孔陣列板裝配的結構示意圖。

圖中：1儲液倉、2針孔陣列板、3傅里葉透鏡、4圖像傳感器、5計算機、6位移驅動器、61第一夾持端、62第二夾持端、63滾輪、64滑道、65齒輪、66驅動電機。

具體實施方式

具體實施例一

本實施例是基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置的實施例。

本實施例的基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置，結構示意圖如圖1所示，該檢測裝置在內表面設置有黑色絨布的暗箱中依次放置儲液倉1、針孔陣列板2、傅里葉透鏡3、圖像傳感器4、計算機5和位移驅動器6；

所述儲液倉1相對于光軸傾斜放置，儲液倉1的外側設置有向垂直于光軸平面投影為圓形的孔，與光軸方向平行的平行光從孔外側向儲液倉1中照射，儲液倉1內部裝有農藥殘留提取液；

所述針孔陣列板2垂直于光軸方向固定放置，針孔陣列板2上分布有多個縱橫方向排列的針孔，相鄰兩個針孔之間的距離相等，且不小于孔向垂直于光軸平面投影的直徑；

所述傅里葉透鏡3垂直于光軸方向固定放置，且針孔陣列板2位于傅里葉透鏡3的第一焦面位置；

所述圖像傳感器4垂直于光軸方向固定放置，且位于傅里葉透鏡3的第二焦面位置；

所述計算機5用于接收來自圖像傳感器4傳遞來的光斑圖像，并通過測量光斑幾何量得到控制信號，并將控制信號傳遞給位移驅動器6；

所述位移驅動器6用于驅動針孔陣列板2在其所在平面內上下移動；

與光軸方向平行的平行光從孔外側向儲液倉1中照射，由于受農藥殘留提取液的作用發生折射，從儲液倉1出射的光束為相對于入射平行光存在橫向位移的平行光，通過調整針孔陣列板2的位置，實現平行光的中心與針孔陣列板2中的一個針孔重合，該針孔被平行光照亮。

具體實施例二

本實施例是基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置的實施例。

本實施例的基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置，在具體實施例一的基礎上，進一步限定位移驅動器6包括設置在針孔陣列板2兩側的第一夾持端61和第二夾持端62；所述第一夾持端61的截面為“工”形，所述“工”形面向針孔陣列板2的豁口通過螺釘將針孔陣列板2固定，背向針孔陣列板2的豁口設置有與針孔陣列板2同面的滾輪63；所述第二夾持端62面向針孔陣列板2的方向設置有豁口，并通過螺釘將針孔陣列板2固定，背向針孔陣列板2的方向設置有齒條結構，與針孔陣列板2所在平面垂直的兩個方向均設置有豁口，并設置有與針孔陣列板2垂直的滾輪63；所有滾輪63的外側均設置有截面為“凹”形的滑道64，滾輪63在滑道64中滾動；于齒條結構相配合的齒輪65安裝在驅動電機66的轉軸上；電機66的轉軸帶動齒輪65轉動，進而通過驅動齒條結構使第一夾持端61和第二夾持端62夾持針孔陣列板2在滑道64中滑行，進而實現針孔陣列板2在其所在平面內上下移動。

本實施例的位移驅動器6及其與針孔陣列板2裝配的結構示意圖如圖2所示。

具體實施例三

本實施例是基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測方法的實施例。

本實施例的基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測方法，在具體實施例一所述基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測裝置上實現，該基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測方法，包括以下步驟：

步驟a、用透明溶劑提取農藥殘留，形成以農藥為溶質、透明溶劑為溶劑的溶液；

此步驟需要說明的是，本申請只針對具有以下特性的農藥進行檢測：能夠溶于透明溶劑，被透明溶劑溶解的農藥；農藥濃度變化會改變溶液折射率的農藥；在此步驟中，具體的提取方法，本領域技術人員可以選擇固定質量的待測物在固定體積溶劑中浸泡固定時間來進行提取，而待測物的質量，溶劑的體積，浸泡時間等參數的選擇，本領域技術人員通過有限次實驗就能夠確定，而具體的參數，又不是一個唯一量，只要在后續的步驟中進行標定，都是可行的；

采用什么樣的溶劑進行提取，要根據農藥的種類進行合理選取，這項選取工作，對于本領域技術人員來講也是很容易實現的，在本申請中不進行詳細說明；

步驟b、將步驟a得到的溶液倒入儲液倉1中；

步驟c、用與光軸方向平行的平行光從孔外側向儲液倉1中照射；

步驟d、上下移動針孔陣列板2，通過圖像傳感器4能夠獲得光斑，確保有一個針孔被點亮；

步驟e、在步驟d的基礎上，先向上移動針孔陣列板2直到沒有針孔被點亮，記錄針孔陣列板2的位置；再向下移動針孔陣列板2直到沒有針孔被點亮，記錄針孔陣列板2的位置；

步驟f、取步驟e記錄兩個位置的中間位置，將孔陣列板2移動到中間位置；

步驟g、在步驟f的基礎上，得到圖像傳感器4上光斑的大小或/和位置；

步驟h、根據步驟g得到的圖像傳感器4上光斑的大小或/和位置，判斷被點亮的針孔坐標；

步驟i、根據被點亮的針孔坐標，判斷儲液倉1出射平行光相對于入射平行光的橫向位移；

步驟j、根據步驟i得到的橫向位移，得到溶液的折射率；

步驟k、根據溶液的折射率，得到農藥殘留量。

具體實施例四

本實施例是基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測方法的實施例。

本實施例的基于光斑幾何量測量的農藥殘留檢測方法，在具體實施例三的基礎上進一步限定：

步驟h所述的光斑的大小或/和位置與針孔坐標的對應關系，通過標定的方法得到；

步驟i所述的針孔坐標與橫向位移之間的對應關系，通過標定的方法得到；

步驟j所述的橫向位移與折射率之間的對應關系，通過標定的方法得到；

步驟k所述的折射率與農藥殘留量之間的對應關系，通過標定的方法得到。

需要說明的是，具體實施例三和具體實施例四中的具體標定數值，要根據農藥的種類、本申請裝置中各元件的具體參數才能最終確認，只要標定方法能夠明確，本領域技術人員均能夠獲得標定數值，由于本申請提供的是一種技術手段，而不是一套具體的技術參數，因此具體標定數值不在本申請中進行說明；而具體的標定方法，又均屬于本領域的常規技術手段，本領域技術人員想到高中時候打點計時器得到的時間與點位置的標定實驗，就能夠知道本申請標定實驗該如何開展，因此在本申請中也不需要進行詳細說明。