一种可集成化便携式农药残留浓度检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可集成化便携式农药残留浓度检测装置及方法。该装置包括DSP处理电路，LED驱动控制电路、发光LED，接收光学系统，光谱探测CCD以及显示模块；DSP处理电路通过LED驱动控制电路与发光LED电连接；发光LED发出的出射复合光照射到被检测瓜果蔬菜物表面后一部分被吸收，另一部分被反射至接收光学系统；接收光学系统将接收的反射光汇聚到光谱探测CCD上；光谱探测CCD与DSP处理电路电连接；显示模块与DSP处理电路电连接。检测方法具体是：1)建立标定模型和标定曲线；2)获取实测模型和实测曲线；3)确定被检测瓜果蔬菜上残留农药的种类和浓度；4)显示模块显示检测结果。本发明专利技术实现了对瓜果蔬菜表面残留农药的准确、快速测量。

An integrated portable pesticide residue concentration detection device and method

The invention relates to an integrated portable pesticide residue concentration detection device and a method. The device comprises a DSP processing circuit, LED drive circuit, light receiving optical system LED, CCD, spectrum detection and display module; DSP processing circuit through the LED drive control circuit is connected with the electric light emitting LED; from the LED exit composite light to be detected after a part of the surface of fruits and vegetables is absorbed, another part is reflected to the receiving optical system; optical receiving system will receive the reflected light converge to CCD spectrum detection; CCD spectrum detection processing circuit is electrically connected with the DSP; the display module is connected with the DSP processing circuit. The detection methods are as follows: 1) establish calibration models and calibration curves; 2) get the measured models and measured curves; 3) determine the kinds and concentrations of pesticide residues on the tested fruits and vegetables; 4) the display module displays the detection results. The invention has realized accurate and rapid measurement of pesticide residue on the surface of melon and fruit.

【技术实现步骤摘要】
一种可集成化便携式农药残留浓度检测装置及方法
本专利技术属于光电探测领域，涉及一种可集成化便携式农药残留浓度检测装置及方法。
技术介绍
我国是世界上人口最多的国家，蔬菜和瓜果类的日消耗居世界首位，但蔬菜瓜果的残留农药问题一直是消费餐桌和家庭饮食的最大隐患之一，也是国家食品安全重点关注之一。在我们的日长饮食中，生长周期较短的绿叶蔬菜、西兰花、菜花等表面不平整的果蔬中容易残留大量农药；另外，例如生菜、白菜、甘蓝等蔬菜容易受虫类啃食，通常喷洒农药频率会高于其它蔬菜；其次，例如苹果、梨、西红柿、油桃等水果类由于虫害较多，农药喷洒剂量和浓度通常会高于蔬菜类产品。由此可见，使用农药的主要目的是为了降低蔬菜瓜果受病虫害的侵袭，但同时也带了一些危害。例如有机磷农药是一种神经性毒药，严重者会使人精神错乱；例如除虫菊酯类农药会使人精神失常和刺激皮肤。据统计，我国瓜果蔬菜农药检出率高于45.5％，但由于巨大的日消耗和目前检测仪器的限制，监管部门很难做到对每一种瓜果蔬菜的农药残留浓度进行检查。目前瓜果蔬菜残留农药检测方法主要有生物-化学分析法、生物法和光谱分析法。其中生物-化学分析法较为成熟，利用有机磷与氨基甲酸酯类农药对某些酶的抑制作用，通过酶促底物反应中显色的程度来确定检测样品中的农药残留量，操作简单；生物法是利用菌类对物质产生化学反应和作用，间接测量出该物质的浓度，该方法稳定性好，但需要对培养菌进行选择和筛选；光谱法是近几年提出的新方法，该方法利用农药构成分子的光谱特性，能够快速分析出农药各物质的浓度情况，准确性高。但上述几种方法也存在着一些不足之处，总结如下：(1)检测仪器一般存放于检验部门，数量较少，检测覆盖面不大；(2)需要对被检测瓜果蔬菜进行取样，破坏农产品原有形态；(3)检测时间较长，时效性不高；(4)生物-化学分析法和生物法均需要对取样样品进行预处理；(5)目前的光谱仪器比较昂贵，农产品检验部门和机构还未大量使用；(6)普通群众无法及时获取所购买蔬菜瓜果的农药残留浓度。
技术实现思路
为了解决技术背景中现有技术产品存在的不足和局限性，实现对瓜果蔬菜表面残留农药的准确、快速测量，本专利技术提出了一种基于光谱分析和成像相结合技术对瓜果、蔬菜等农产品表面农药残留浓度进行检测的可集成化便携式农药残留浓度检测装置及方法。本专利技术采用的技术解决方案如下：本专利技术提供了一种可集成化便携式农药残留浓度检测装置，包括DSP处理电路，LED驱动控制电路、发光LED，接收光学系统，光谱探测CCD以及显示模块；DSP处理电路通过LED驱动控制电路与发光LED电连接；发光LED发出的出射复合光照射到被检测瓜果蔬菜物表面后一部分被吸收，另一部分被反射至接收光学系统；接收光学系统将接收的反射光汇聚到光谱探测CCD上；光谱探测CCD与DSP处理电路电连接；显示模块与DSP处理电路电连接。其中，接收光学系统包括沿反射光光路依次设置的4片球面镜，每片球面镜上均镀有红外增透膜；所述接收光学系统截止波段为3.0μm，焦距≤3.9mm，视场角不小于70°，在1/2极限频率处的MTF大于0.4。为了增加该装置的数据可追溯性，该装置还包括用于将被检测瓜果蔬菜上残留农药的种类和浓度进行储存的数据存储单元。具体来说，所述发光LED具有宽光谱特性，从紫外覆盖到中波红外，波长范围是：200nm—2.8μm。基于上述的可集成化便携式农药残留浓度检测装置，现给出该装置的检测方法，包括以下步骤：1)建立标定模型和标定曲线1.1)选定一种浓度及成分配比已知的农药，在LED复合光源的照射下，光谱探测CCD对该农药进行拍摄，并将图像经过FFT变化到频域后得到多光谱的吸收功率谱，将该吸收谱线与农药中各个成分对应，得到光谱与该浓度农药的对应标定模型，并拟合出标定曲线，将该标定曲线存储于DSP处理电路；1.2)重复步骤1.1)，建立其它种类的农药的标定模型，并拟合出其他标定曲线；2)获取实测模型和实测曲线，2.1)通过显示模块启动装置；2.2)LED驱动电路被DSP处理电路使能后驱动发光LED发出出射复合光；出射复合光照射在被测瓜果蔬菜上，一部分出射复合光会被残留农药的各种分子各自吸收峰波段吸收，另一部分出射复合光会被反射；2.3)蔬菜瓜果表面反射光经过接收光学系统汇聚到光谱探测CCD上，之后光谱探测CCD以每帧形式将反射光数据传输给DSP处理电路；2.4)DSP处理电路在接收到光谱探测器CCD的反射光数据后，经过FFT变换到频域得到了多光谱的吸收功率谱，对各波长功率进行数据拟合得到实测模型和实测曲线；3)将实测模型和实测曲线与步骤1)得到的标定模型和标定曲线进行比对和逼近，通过曲线包络的接近程度快速确定残留农药的种类，根据幅值的比对快速确定被检测瓜果蔬菜上残留农药的浓度；4)DSP处理电路将被检测瓜果蔬菜上残留农药的种类和浓度上传至显示模块进行显示。本专利技术还给出了该农药残留浓度检测装置的另外一种优化的实施方式，结构具体如下：一种可集成化便携式农药残留浓度检测装置，包括DSP处理电路，LED驱动控制电路、发光LED，接收光学系统，光谱探测CCD、成像CCD以及显示模块；DSP处理电路通过LED驱动控制电路与发光LED电连接；发光LED发出的出射复合光照射到被检测瓜果蔬菜物表面后一部分被吸收，另一部分被反射至接收光学系统；接收光学系统将接收的反射光分成两个光路，一路为光谱探测光路，另一部分为成像光路；光谱探测CCD位于光谱探测光路的焦平面上；成像CCD位于成像光路的焦平面上；光谱探测CCD与DSP处理电路电连接；显示模块与DSP处理电路电连接。其中，该接收光学系统由于需要将反射光分束为光谱探测光路和成像光路，因此该结构中的接收光学系统包括沿反射光光路依次设置的4片球面镜以及分光棱镜；每片球面镜上均镀有红外增透膜；所述接收光学系统截止波段为3.0μm，焦距≤3.9mm，视场角不小于70°，在1/2极限频率处的MTF大于0.4。同第一种方式一致，该装置中还包括用于将被检测瓜果蔬菜上残留农药的种类和浓度进行储存的数据存储单元。具体来说，所述发光LED具有宽光谱特性，从紫外覆盖到中波红外，波长范围是：200nm—2.8μm。基于上述的可集成化便携式农药残留浓度检测装置的优化方式，现给出该优化方式装置的检测方法，包括以下步骤：1)建立标定模型和标定曲线1.1)选定一种浓度及成分配比已知的农药，在LED复合光源的照射下，光谱探测CCD对该农药进行拍摄，并将图像经过FFT变化到频域后得到多光谱的吸收功率谱，将该吸收谱线与农药中各个成分对应，得到光谱与该浓度农药的对应标定模型，并拟合出标定曲线，将该标定曲线存储于DSP处理电路；1.2)重复步骤1.1)，建立其它种类的农药的标定模型，并拟合出其他标定曲线；2)获取实测模型和实测曲线；2.1)通过显示模块启动装置；2.2)LED驱动电路被DSP处理电路使能后驱动发光LED发出出射复合光；出射复合光照射在被测瓜果蔬菜上，一部分出射复合光会被残留农药的各种分子各自吸收峰波段吸收，另一部分出射复合光会被反射；2.3)蔬菜瓜果表面反射光被接收光学系统接收后会将反射光分成两路，一路为成像光路，另外一路为光谱探测光路；2.4)光谱探测CCD接收光谱探测光路上的发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可集成化便携式农药残留浓度检测装置，其特征在于：包括DSP处理电路，LED驱动控制电路、发光LED，接收光学系统，光谱探测CCD以及显示模块；DSP处理电路通过LED驱动控制电路与发光LED电连接；发光LED发出的出射复合光照射到被检测瓜果蔬菜物表面后一部分被吸收，另一部分被反射至接收光学系统；接收光学系统将接收的反射光汇聚到光谱探测CCD上；光谱探测CCD与DSP处理电路电连接；显示模块与DSP处理电路电连接。

【技术特征摘要】
1.一种可集成化便携式农药残留浓度检测装置，其特征在于：包括DSP处理电路，LED驱动控制电路、发光LED，接收光学系统，光谱探测CCD以及显示模块；DSP处理电路通过LED驱动控制电路与发光LED电连接；发光LED发出的出射复合光照射到被检测瓜果蔬菜物表面后一部分被吸收，另一部分被反射至接收光学系统；接收光学系统将接收的反射光汇聚到光谱探测CCD上；光谱探测CCD与DSP处理电路电连接；显示模块与DSP处理电路电连接。2.根据权利要求1所述可集成化便携式农药残留浓度检测装置，其特征在于：接收光学系统包括沿反射光光路依次设置的4片球面镜，每片球面镜上均镀有红外增透膜；所述接收光学系统截止波段为3.0μm，焦距≤3.9mm，视场角不小于70°，在1/2极限频率处的MTF大于0.4。3.根据权利要求1或2所述可集成化便携式农药残留浓度检测装置，其特征在于：还包括用于将被检测瓜果蔬菜上残留农药的种类和浓度进行储存的数据存储单元。4.根据权利要求3所述可集成化便携式农药残留浓度检测装置，其特征在于：所述发光LED具有宽光谱特性，从紫外覆盖到中波红外，波长范围是：200nm—2.8μm。5.一种可集成化便携式农药残留浓度检测装置，其特征在于：包括DSP处理电路，LED驱动控制电路、发光LED，接收光学系统，光谱探测CCD、成像CCD以及显示模块；DSP处理电路通过LED驱动控制电路与发光LED电连接；发光LED发出的出射复合光照射到被检测瓜果蔬菜物表面后一部分被吸收，另一部分被反射至接收光学系统；接收光学系统将接收的反射光分成两个光路，一路为光谱探测光路，另一部分为成像光路；光谱探测CCD位于光谱探测光路的焦平面上；成像CCD位于成像光路的焦平面上；光谱探测CCD与DSP处理电路电连接；显示模块与DSP处理电路电连接。6.根据权利要求5所述可集成化便携式农药残留浓度检测装置，其特征在于：接收光学系统包括沿反射光光路依次设置的4片球面镜以及分光棱镜；每片球面镜上均镀有红外增透膜；所述接收光学系统截止波段为3.0μm，焦距≤3.9mm，视场角不小于70°，在1/2极限频率处的MTF大于0.4。7.根据权利要求5或6所述可集成化便携式农药残留浓度检测装置，其特征在于：还包括用于将被检测瓜果蔬菜上残留农药的种类和浓度进行储存的数据存储单元。8.根据权利要求7所述可集成化便携式农药残留浓度检测装置，其特征在于：所述发光LED具有宽光谱特性，从紫外覆盖到中波红外，波长范围是：200nm—2.8μm。9.基于权利要求1所述的可集成化便携式农药残留浓度检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立标定模型和标定曲线1.1)选定一种浓度及成分配比已知的农药，在LED复合光源的照射下，光谱探测CCD对该农药进行拍摄，并将图像经过FFT变化到频域后得到多光谱的吸收功率谱，将该吸收谱线与农药中各个成分对应，得到光谱与该浓度农药的对应标定模型，并拟合出标定曲线，将该标...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙江波，
申请(专利权)人：西安明松电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61