一种用于检测果汁纯度的电子舌系统及检测方法技术方案

一种快速检测果汁纯度的电子舌系统及检测方法，系统包括传感器阵列、信号调理电路、模数/数模转换器和控制模块；所述传感器阵列设置在待测果汁中并依次经过信号调理电路和模数/数模转换器后与控制模块相连。检测方法为：通过将产生激励信号经过信号调理电路加载到传感器阵列上，驱动果汁发生电化学反应，同时工作电极阵列上产生响应电流信号，该响应电流信号通过信号调理电路对其进行处理后再进行模数转换，随后发送给控制模块，控制模块中的电子舌系统软件对传递过来的信号进行特征提取、主成分分析、生成主成分分析图，即可区分不同纯度的果汁。本发明专利技术具有检测速度快、成本低、精度高、功耗低、操作简单、携带方便、易于嵌入其它产品中等优点。

Electronic tongue system for detecting fruit juice purity and detection method

The electronic tongue system and detection method for rapid detection of juice purity, the system includes a sensor array, signal conditioning circuit, ADC / DAC and control module; the sensor array is disposed on the measured in fruit juice and in turn through the signal conditioning circuit and analog converter and control module. Detection method: by generating excitation signals through signal conditioning circuit is loaded onto the sensor array, driving the juice of electrochemical reaction and the response of the current signal at the same time, the working electrode array, the response current signal through the signal conditioning circuit to process after analog-to-digital conversion, then sent to the control module, feature extraction, principal component analysis, principal component analysis of signal generation to pass over the control software of electronic tongue system module, to distinguish different purity of fruit juice. The invention has the advantages of fast detection speed, low cost, high precision, low power consumption, simple operation, convenient carrying and easy embedding into other products.

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测果汁纯度的电子舌系统及检测方法
本专利技术涉及一种用于检测果汁纯度的电子舌系统及检测方法，属于食品安全技术检测领域。
技术介绍
当前“食品安全”已经成为全球性关注的问题，食源性疾病已是我国最大的食品安全问题。由于工业化程度的提高、食品供应链的复杂等多种原因导致一旦发生食品安全问题，不仅损害人体健康还易引发食品贸易纠纷，会造成巨大的影响面和波及面，在众多食品问题中果汁纯度检测是食品检测的一大难点。传统的一些仪器如：PH检测计、粘度计、甜度计等。这些检测仪器只能检测出果汁的一种性质而不能检测出食品的整体特性。并且传统检测仪效率低，满足不了对果汁的实时监控，无法真实全面实时地反映出果汁的整体特性。因此，人们急需一种可以现场快速检测果汁浓度的食品检测系统，用来保障人们食品安全，提高人们生活质量。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种快速检测果汁纯度的电子舌系统及检测方法，其能够对样本整体特征进行分析，具有检测速度快、成本低、精度高、功耗低、操作简单、携带方便、易于嵌入其它产品中等优点。本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：一种用于检测果汁纯度的电子舌系统，其特征是，包括传感器阵列、信号调理电路、模数/数模转换器和控制模块；所述传感器阵列设置在待测果汁中并依次经过信号调理电路和模数/数模转换器后与控制模块相连。优选地，所述传感器阵列包括工作电极、辅助电极和参比电极，所述工作电极包括六个不同的贵金属裸电极，所述辅助电极包括铂柱电极，所述参比电极包括Ag/AgCl电极。优选地，所述六个不同的贵金属裸电极包括铂电极、钛电极、钯电极、银电极、钨电极和金电极。优选地，所述信号调理电路包括电压跟随电路、电流缓冲电路、电流/电压转换电路、工作电极切换模块和滤波电路，所述电压跟随电路分别与参比电极和数据采集卡相连，所述电流缓冲电路分别与辅助电极和模数/数模转换器相连，所述电流/电压转换电路的一端经过工作电极切换模块分别与铂电极、钛电极、钯电极、银电极、钨电极和金电极相连，电流/电压转换电路的另一端经过滤波电路与模数/数模转换器相连，所述工作电极切换模块的控制端与控制模块相连。优选地，所述电压跟随电路由MAX414运算放大器及外围电路组成，用以保证参比电极的电势跟随电压激励信号的输出电压变化，同时保证参比电极上没有电流通过；所述电流缓冲电路采用MAX414运算放大器，用以对辅助电极提供电流导出和缓冲；所述电流/电压转换电路采用MAX414运算放大器，用以对响应电流信号进行电流/电压转换和信号放大；所述工作电极切换模块采用MAX308模拟多路复用器，用以根据控制模块预设的程序使模数/数模转换器的数字输出口对铂电极、钛电极、钯电极、银电极、钨电极和金电极依次扫描，实现六通道分时采集。优选地，所述信号调理电路还包括电源电路，所述电源电路包括MAX828开关电容电压反相器，用以将模数/数模转换器传递的5V电压转换成-5V电压，以及向电压跟随电路、电流缓冲电路、电流/电压转换电路和工作电极切换模块提供5V和-5V的稳定电压。优选地，所述模数/数模转换器包括模数转换器和数模转换器，所述数模转换器用以对激励信号进行数模转换并传递给信号调理电路；所述模数传换器用以将信号调理电路传递过来的响应信号进行模数转换并送入控制模块进行处理。优选地，所述控制模块包括处理器、存储器、显示屏和操作按键，所述的存储器、显示屏和操作按键分别与处理器连接，所述处理器用以产生电压激励信号，以及接收在检测过程中产生的电流信号，并对电流信号进行处理后进行主成分分析，获得主成分分析图；所述存储器用以存储主成分分析结果；所述显示屏用以显示主成分分析结果；所述操作按键用以设置参数和功能操作。优选地，所述控制模块安装有电子舌软件系统软件。优选地，所述控制模块还可以采用安装有电子舌检测程序的笔记本电脑、平板电脑或PDA，通过进行设置参数和功能操作能够产生电压激励信号，并能够对接收在检测过程中产生的电流信号进行主成分分析获得主成分分析检测结果；同时还可以显示、存储主成分分析图和果汁纯度检测结果；所述显示屏用以显示主成分分析图和果汁纯度检测结果。本专利技术还提供了一种果汁纯度检测方法，其特征是，利用上述所述的一种用于检测果汁纯度的电子舌系统对果汁纯度进行检测，所述果汁纯度检测方法包括以下步骤：S1.将用蒸馏水清洗后的传感器阵列浸入盛有待测果汁A的烧杯中；S2.点击控制器模块显示屏上的“运行”按钮；S3.控制模块控制模数/数模转换器的数模转换接口产生电压激励信号，该激励信号通过信号调理电路加载到传感器阵列上驱动待测溶液发生电化学反应；S4.传感器阵列分时在六个工作电极上产生响应电流信号，该电流信号通过信号调理电路对其进行电流/电压转换、信号放大、滤波处理后传送到模数/数模转换器进行模数转换，随后发送给控制模块进行处理；S5.控制器模块的处理器对采集回来的数据进行处理和保存；S6.重复步骤S2至S5共点击N次“运行”按钮，得到待测果汁A的一组包含N个响应信号的检测信息；S7.检测完待测果汁A后，将用蒸馏水清洗后的传感器阵列分别浸入不同纯度待测果汁B、待测果汁C和待测果汁D中，并重复上述步骤S2至步骤S6；S8.检测结束后电子舌系统分别提取出待测果汁A的N个响应信号和待测果汁B、待测果汁C、待测果汁D的N个响应信号的特征值并进行主成分分析，生成主成分分析图显示在控制模块的显示屏上，即可区分出不同纯度待测果汁A、待测果汁B、待测果汁C、待测果汁D。优选地，N的取值范围为[6,12]。优选地，在步骤S6中，重复点击“运行”按钮的间隔时间至少为60秒。本专利技术的有益效果是：本专利技术的电子舌系统主要由传感器阵列、信号调理电路、模数/数模转换器和控制模块组成，传感器阵列用以对待检测果汁进行电压激励驱动待检果汁发生电化学反应并采集待检测果汁响应的电信号；信号调理电路用于对电信号进行电流/电压转换、信号放大、滤波处理，模数/数模转换器对响应信号进行模数转换，控制模块用于对响应信号进行特征提取、主成分分析等分析处理，得到果汁纯度，根据生成主成分分析图即可区分不同纯度的果汁。该系统可以对样本整体特性进行分析，具有体积小、成本低、携带方便、精度高、功耗低、操作简单、检测速度快、易于嵌入其它产品中等优点，克服了传统果汁检测系统体积大、成本高、使用复杂等问题，采用六个不同属性的的贵金属裸电极作为一组工作电极阵列，能够有效提高电子舌系统的检测灵敏度。该系统适用于对果汁现场快速检测，不仅能够快速区分不同掺水纯度的果汁，而且不会对样本造成污染。本专利技术的检测方法不仅能够对果汁纯度快速检测，而且操作简便、灵敏度高、检测结果准确，可用于对果汁进行现场快速检测。本专利技术并不局限于区分不同掺水纯度的果汁，还可区分不同掺水纯度的牛奶等其他食品，而且检测速度快、成本低、精度高、功耗低、操作简单、携带方便、易于嵌入其它产品中，适用于对食品现场快速检测。附图说明图1为本专利技术的系统图；图2为本专利技术的电子舌系统结构示意图；图3为本专利技术所述调理电路模块的电路原理图；图4为本专利技术的方法的流程图；图5为本本专利技术所述控制模块的控制软件界面图；图6为本专利技术进行纯柑橘汁和不同掺水浓度柑橘汁纯度检测的主成分分析图。具体实施方式为能清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测果汁纯度的电子舌系统，其特征是，包括传感器阵列、信号调理电路、模数/数模转换器和控制模块；所述传感器阵列设置在待测果汁中并依次经过信号调理电路和模数/数模转换器后与控制模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测果汁纯度的电子舌系统，其特征是，包括传感器阵列、信号调理电路、模数/数模转换器和控制模块；所述传感器阵列设置在待测果汁中并依次经过信号调理电路和模数/数模转换器后与控制模块相连。2.根据权利要求1所述一种用于检测果汁纯度的电子舌系统，其特征是，所述传感器阵列包括工作电极、辅助电极和参比电极，所述工作电极包括六个不同的贵金属裸电极，所述辅助电极包括铂柱电极，所述参比电极包括Ag/AgCl电极。3.根据权利要求2所述一种用于检测果汁纯度的电子舌系统，其特征是，所述六个不同的贵金属裸电极包括铂电极、钛电极、钯电极、银电极、钨电极和金电极。4.根据权利要求2所述一种用于检测果汁纯度的电子舌系统，其特征是，所述信号调理电路包括电压跟随电路、电流缓冲电路、电流/电压转换电路、工作电极切换模块和滤波电路，所述电压跟随电路分别与参比电极和数据采集卡相连，所述电流缓冲电路分别与辅助电极和模数/数模转换器相连，所述电流/电压转换电路的一端经过工作电极切换模块分别与铂电极、钛电极、钯电极、银电极、钨电极和金电极相连，电流/电压转换电路的另一端经过滤波电路与模数/数模转换器相连，所述工作电极切换模块的控制端与控制模块相连。5.根据权利要求4所述一种用于检测果汁纯度的电子舌系统，其特征是，所述电压跟随电路由MAX414运算放大器及外围电路组成，用以保证参比电极的电势跟随电压激励信号的输出电压变化，同时保证参比电极上没有电流通过；所述电流缓冲电路采用MAX414运算放大器，用以对辅助电极提供电流导出和缓冲；所述电流/电压转换电路采用MAX414运算放大器，用以对响应电流信号进行电流/电压转换和信号放大；所述工作电极切换模块采用MAX308模拟多路复用器，用以根据控制模块预设的程序使模数/数模转换器的数字输出口对铂电极、钛电极、钯电极、银电极、钨电极和金电极依次扫描，实现六通道分时采集。6.根据权利要求4所述一种用于检测果汁纯度的电子舌系统，其特征是，所述信号调理电路还包括电源电路，所述电源电路包括MAX828开关电容电压反相器，用以将模数/数模转换器传递的5V电压转换成-5V电压，以及向电压跟随电路、电流缓冲电路、电流/电压转换电路和工作电极切换模块提供5V和-5V的稳定电压。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志强，马泽亮，史庆瑞，贺宪权，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37