專利名稱：集成化硝酸鹽濃度檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種檢測儀器，尤其涉及一種用于測量蔬果中硝酸鹽含量的檢測儀。
背景技術(shù)：
當前水果、蔬菜生產(chǎn)過程中，化肥的的使用是植物生長過程必不可少的措施，但超量的化肥施用在植物及果實中造成較高的硝酸鹽等化學(xué)物質(zhì)殘留，對食用者的健康不利，因此，蔬菜水果中殘留農(nóng)藥和硝酸鹽檢測問題已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。
目前硝酸鹽含量的定量檢測僅限于實驗室檢測分析?，F(xiàn)場檢測和基層檢測基本上還是采用試紙法的定性或半定量檢測。近年來已經(jīng)有便攜式的基于試紙條顯色反應(yīng)的定量檢測儀，其原理是根據(jù)光電傳感器對檢測樣品顏色變化的敏感性進行濃度測量，典型的有德國MERKER公司生產(chǎn)的反射儀，可以基于不同的試制條進行硝酸鹽含量、ph值等溶液中化學(xué)物質(zhì)的定量檢測。使用這樣的檢測儀時，由于樣品溶液與酶試劑反應(yīng)后顏色變化有飽和的趨勢，因此一定的光電檢測系統(tǒng)對應(yīng)有一定的檢測范圍。當被檢測對象中的被檢物質(zhì)含量低于或高于一定的范圍時，儀器便不能正確檢測。在這種情況下，通常需要對樣品溶液作適當?shù)南♂?或加濃)，這時傳統(tǒng)的方法是借助一個天平或容積取樣器進行取樣配比，再經(jīng)過人工或輸入電子計算機計算，得出稀釋比例。經(jīng)光電儀器檢測后得到稀釋液中的被檢物質(zhì)含量，最后再依據(jù)稀釋比例，反算出試劑樣品中的被檢物質(zhì)含量，這對使用帶來很大不便，對操作人員的技能要求較高，而且人工操作也影響了檢測的精度。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種集成有樣品稱重和溶液稀釋比例分析計算功能的集成化硝酸鹽濃度檢測儀，能自動計算出原始被檢溶液的稀釋比例并據(jù)此計算出原始被檢溶液的檢測結(jié)果。
本實用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，設(shè)計制造一種集成化硝酸鹽濃度檢測儀，包括中央控制單元、與中央控制單元連接的輸入裝置、顯示器、電源以及用于測試樣品硝酸鹽濃度的光電檢測系統(tǒng)，此外，本實用新型檢測儀還包括與所述中央控制單元連接的稱重和比例稀釋系統(tǒng)，該稱重和比例稀釋系統(tǒng)包括與中央控制單元輸入端連接的稱重裝置以及集成在中央控制單元系統(tǒng)軟件中的樣品濃度和比例分析計算軟件模塊。
所述稱重裝置為一高精度的微型電子天平。
還包括與中央控制單元連接的溫度傳感器。
所述光電檢測系統(tǒng)包括由中央控制單元控制發(fā)光的單色光源、以及與中央控制單元連接的光敏傳感器；所述單色光源照射至試紙條上的敏感片，經(jīng)敏感片的反射到達光敏傳感器的受光面上，光敏傳感器將反射來的光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入中央控制單元中進行數(shù)據(jù)處理。
所述光敏傳感器包括依次連接的光敏接受器、放大電路以及A/D轉(zhuǎn)換器，光敏接受器與中央控制單元的輸出端連接，A/D轉(zhuǎn)換器與中央控制單元的輸入端連接。
同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的集成化硝酸鹽濃度檢測儀具有如下優(yōu)點在通常單一的光電檢測儀器中集成一個高精度微型電子天平，并在執(zhí)行中央控制的單片機系統(tǒng)軟件中加入濃度和比例分析數(shù)據(jù)融合處理的軟件模塊，將現(xiàn)有技術(shù)中大量的人工計算工作由單片機完成。這樣的效果是實現(xiàn)了系統(tǒng)的比例分析智能化，從而比較方便地擴大了系統(tǒng)的量程。另一方面，高精度微型電子天平的存在，可以智能化分析樣品溶液和稀釋溶液的精確比例關(guān)系，對取樣量和次數(shù)以及操作人員的技能要求大大降低，減少檢測過程中重復(fù)性誤差，提高檢測精度，方便使用和攜帶，且可降低檢測的成本，在保證足夠的檢測精度的前提下，方便用戶特別是基層用戶的使用，促進向基層檢測部門和水果、蔬菜種植大戶的普及推廣。


圖1為本實用新型集成化硝酸鹽濃度檢測儀的原理方框圖；圖2為本實用新型集成化硝酸鹽濃度檢測儀的外觀示意圖；圖3為本實用新型集成化硝酸鹽濃度檢測儀的主程序的流程圖；圖4為進行樣品測試時的子程序流程圖；圖5為所述樣品濃度和比例分析計算軟件模塊中“稀釋”子程序流程圖；圖6為所述樣品濃度和比例分析計算軟件模塊中“稱重”子程序流程圖；圖7A為本實用新型集成化蔬果農(nóng)藥殘留檢測儀的原理電路圖中中央控制器MCU和通訊口部分的原理圖；圖7B為本實用新型集成化蔬果農(nóng)藥殘留檢測儀的原理電路圖中電源供給和發(fā)光二極管驅(qū)動部分的電路圖；圖7C為本實用新型集成化蔬果農(nóng)藥殘留檢測儀的原理電路圖中運算放大、稱重傳感器比例分析系統(tǒng)及硅光電池I/V轉(zhuǎn)換部分的電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示之最佳實施例作進一步詳述。
如圖1所示，本實用新型集成化硝酸鹽濃度檢測儀包括中央控制單元1(MCU)，與中央控制單元1的輸入端連接的電源6、輸入裝置2和溫度傳感器7，與中央控制單元1的輸出端連接的顯示器3和單色光源51，與中央控制單元1雙向連接的稱重和比例稀釋系統(tǒng)4以及光敏傳感器。其中所述中央控制單元1為一單片機，它接受操作者輸入的功能指令，控制相關(guān)單元完成既定的功能和動作。
如圖2所示，所述顯示器3采用LCD顯示器，借助數(shù)字和符號，提示測量過程、顯示測量結(jié)果；所述輸入裝置2為設(shè)置于檢測儀表面的多個按鍵，通過該按鍵可實現(xiàn)人機對話功能。所述電源可以使用電池，也可以使用220V市電，為此本實用新型檢測儀上還設(shè)有穩(wěn)壓電源適配口，可方便地根據(jù)操作環(huán)境選用。
所述單色光源51、光敏傳感器、以及試紙條暗盒55組成本實用新型檢測儀的用于測試樣品硝酸鹽濃度的光電檢測系統(tǒng)。所述暗盒55內(nèi)放置試紙條，試紙條上有敏感片。所述光敏傳感器包括依次連接的光敏接受器52、放大電路53以及A/D轉(zhuǎn)換器54，光敏接受器52與中央控制單元1的輸出端連接，A/D轉(zhuǎn)換器54與中央控制單元1的輸入端連接。所述單色光源51由中央控制單元1控制發(fā)出特定光譜的單色平行光至試紙條上的敏感片，再經(jīng)過敏感片的反射到達光敏接受器52上，光敏接受器52將光信號轉(zhuǎn)變成電信號通過放大電路53放大再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出至中央控制單元1進行處理，中央控制單元1通過檢測反射光強檢測試紙條的顏色變化，從而間接檢測出所接觸溶液的硝酸鹽含量。
此外，在本實用新型檢測儀中還設(shè)置有溫度傳感器7，可以實時檢測所處的環(huán)境溫度并傳輸給中央控制單元1，中央控制單元1依據(jù)實驗得到的試紙顯色溫度響應(yīng)規(guī)律，對檢測結(jié)果作適當修正，從而提高檢測精度。
本實用新型檢測儀的特別之處在于，還包括一個稱重和比例稀釋系統(tǒng)4，如圖2，該稱重和比例稀釋系統(tǒng)4包括與中央控制單元1輸入端連接的稱重裝置41以及集成在中央控制單元1系統(tǒng)軟件中的樣品濃度和比例分析計算軟件模塊，其中所述稱重裝置41采用高精度的微型電子天平。這樣現(xiàn)有技術(shù)中大量的人工計算工作將由單片機來完成。
圖4為進行樣品測試時的子程序流程圖，當開始進行樣品測試后，儀器先進行初始化，再倒計時60秒，并顯示倒計所剩時間，到60秒后中央控制單元1測試光敏傳感器和溫度傳感器輸出的電壓，求得待測溶液中硝酸鹽的濃度并顯示，程序結(jié)束。
圖5為所述樣品濃度和比例分析計算軟件模塊中“稀釋”子程序流程圖，開始后先進行初始化，儀器檢測有否按下“確認/取消”鍵，如有再檢測有無長按“確認/取消”鍵2秒以上，如有稀釋程序直接結(jié)束，如無則稱取當前重量并存入相應(yīng)地址，所稱重量包括容器重量、加入的原始溶液重量以及稀釋液的重量，如稀釋過程未完成，即未能稱取到3次重量，則返回初始化的程序，如已稱取3次重量，則據(jù)此求得稀釋比例并顯示，稀釋程序結(jié)束。
圖6為所述樣品濃度和比例分析計算軟件模塊中“稱重”子程序流程圖，開始后先進行初始化，中央控制單元1測量稱重裝置即微型電子天平輸出的電壓，換算得出當前重量并顯示，當“測試”鍵或“稀釋”鍵被按下后稱重程序結(jié)束，否則返回稱重步驟。
圖3為本實用新型集成化蔬果農(nóng)藥殘留檢測儀的主程序的流程圖，下面結(jié)合圖3說明本實用新型檢測儀的整個檢測過程如下1、開機后，對浸過被檢樣品溶液的試紙條進行檢測，設(shè)此時樣品溶液的稀釋比為R；2、中央控制單元1控制光電檢測系統(tǒng)測試樣品溶液中的硝酸鹽含量C；3、如樣品溶液中的硝酸鹽含量在試紙條和儀器對應(yīng)的檢測范圍內(nèi)時，則中央控制單元1可直接由試紙和儀器內(nèi)的光電檢測系統(tǒng)檢測出被測樣品溶液的硝酸鹽濃度C0＝C/R，并通過顯示器3顯示輸出結(jié)果；4、如樣品溶液中的硝酸鹽含量超限，則須執(zhí)行稀釋操作以降低檢測液的濃度以適應(yīng)儀器的光學(xué)檢測系統(tǒng)要求取一干凈的空容器放至微型電子天平41上，以一定的比例分別加入原始樣品溶液和稀釋液，中央控制單元1自動記下兩組分的準確重量比，從而計算并保存稀釋后的次級樣品溶液的稀釋比R1；5、再以正常步驟檢測稀釋后的次級樣品溶液；6、當次級樣品溶液中被檢物質(zhì)含量在試紙和光學(xué)系統(tǒng)的檢測范圍內(nèi)時，中央控制單元1將所測得結(jié)果自動乘以次級溶液的稀釋比后，在顯示器上直接顯示出原始被檢溶液的檢測結(jié)果；7、如果次級溶液依然超出檢測限，則儀器會提示重復(fù)上述4-5步驟直至測出結(jié)果。
上述整個測試過程，操作者只需按照儀器提示進行操作，不需作任何記錄計算工作，最后直接在顯示器上讀出結(jié)果，非常方便快捷。
除了用于檢測蔬果中硝酸鹽含量外，本實用新型的集成化硝酸鹽濃度檢測儀還可以基于不同的試紙條用于不同化學(xué)物質(zhì)含量的檢測。
圖7A至C為本實用新型集成化蔬果農(nóng)藥殘留檢測儀的原理電路總圖，其中圖7A為中央控制器MCU和通訊口部分的原理圖；圖7B為電源供給和發(fā)光二極管驅(qū)動部分的電路圖；圖7C為運算放大、稱重傳感器比例分析系統(tǒng)及硅光電池I/V轉(zhuǎn)換部分的電路圖。根據(jù)上述電路圖即可再現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1.一種集成化硝酸鹽濃度檢測儀，包括中央控制單元(1)、與中央控制單元(1)連接的輸入裝置(2)、顯示器(3)、電源(6)以及用于測試樣品硝酸鹽濃度的光電檢測系統(tǒng)，其特征在于還包括與所述中央控制單元(1)連接的稱重和比例稀釋系統(tǒng)(4)，該稱重和比例稀釋系統(tǒng)(4)包括與中央控制單元(1)輸入端連接的稱重裝置(41)以及集成在中央控制單元(1)系統(tǒng)軟件中的樣品濃度和比例分析計算軟件模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成化硝酸鹽濃度檢測儀，其特征在于所述稱重裝置(41)為一高精度的微型電子天平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成化硝酸鹽濃度檢測儀，其特征在于還包括與中央控制單元(1)連接的溫度傳感器(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成化硝酸鹽濃度檢測儀，其特征在于所述光電檢測系統(tǒng)包括由中央控制單元(1)控制發(fā)光的單色光源(51)、以及與中央控制單元(1)連接的光敏傳感器；所述單色光源(51)照射至試紙條上的敏感片，經(jīng)敏感片的反射到達光敏傳感器的受光面上，光敏傳感器將反射來的光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入中央控制單元(1)中進行數(shù)據(jù)處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成化硝酸鹽濃度檢測儀，其特征在于所述光敏傳感器包括依次連接的光敏接受器(52)、放大電路(53)以及A/D轉(zhuǎn)換器(54)，光敏接受器(52)與中央控制單元(1)的輸出端連接，A/D轉(zhuǎn)換器(54)與中央控制單元(1)的輸入端連接。
專利摘要一種集成化硝酸鹽濃度檢測儀，包括中央控制單元(1)、與中央控制單元(1)連接的輸入裝置(2)、顯示器(3)、電源(6)以及用于測試樣品中硝酸鹽濃度的光電檢測系統(tǒng)，此外還包括與所述中央控制單元(1)連接的稱重和比例稀釋系統(tǒng)(4)，該稱重和比例稀釋系統(tǒng)(4)包括與中央控制單元(1)輸入端連接的稱重裝置(41)以及集成在中央控制單元(1)系統(tǒng)軟件中的樣品濃度和比例分析計算軟件模塊。本實用新型將樣品稱重和溶液稀釋比例分析計算集成在檢測儀中，將大量的人工計算工作由中央控制單元完成，對取樣量和次數(shù)以及操作人員的技能要求大大降低，減少了檢測過程中的重復(fù)性誤差，提高檢測精度，方便使用和攜帶，且可降低檢測的成本，便于推廣應(yīng)用。
文檔編號G01N21/27GK2795849SQ20052005887
公開日2006年7月12日 申請日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者朱惠忠, 廖嘉睿, 王晶 申請人:深圳清華大學(xué)研究院