（河南工業(yè)大學，鄭州 450001）

摘 要：當今社會，食品安全是一個重大問題，特別是在食用植物油方面。在食用植物油品質的檢測研究中，已出現(xiàn)了一些方法，紅外線、紫外線、熒光等在其中也起到了很大的作用。本文利用植物油對光的吸附能力，設計了以32位Cortex-M0微控制器為主要處理核心的簡易光學檢測系統(tǒng)，包括激勵光源、CCD傳感器、MCU數(shù)據(jù)程序以及串行通信等部分，實現(xiàn)了植物油光學參數(shù)的檢測與采集。結合數(shù)學方法對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)學處理，從而試圖為植物油的品質檢測分析提供一種新的技術手段。

關鍵詞：植物油;光學特性;微控制器;CCD傳感器;一階微分

1 引言

食品安全問題不僅關系到每個人的身體健康和生命安全等問題[1]，而且也在一定程度上反映可一個國家的公共衛(wèi)生與政治經(jīng)濟問題，并且會影響到國家、社會的長治久安。目前，對于食用油品質檢測方法，無論從傳統(tǒng)方法還是新興的檢測方法，都有其自身的缺點和局限性。本文針對植物油光譜特性參數(shù)進行檢測，構建了植物油光學特性檢測系統(tǒng)，并對采集得到的光譜數(shù)據(jù)利用數(shù)學的方法進行處理分析，更好的觀察油脂間的區(qū)別。

2 檢測系統(tǒng)原理與系統(tǒng)組成

植物油光學特性檢測原理：植物油是一種光可傳播介質，不同的植物油其質地是不同的，對光的吸附能力也是不同的。本文基于食用植物油光學特性，設計出一種植物油光學特性檢測系統(tǒng)。通過在外部激勵（電激勵、光源激勵）的作用下，對食用植物油光電特性進行分析研究。

植物油光學特性檢測系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：光激勵源模塊、信號采集模塊、A/D轉換模塊、微控制器模塊和上位機通訊模塊。

2.1 光激勵源模塊

在光學特性檢測系統(tǒng)中，光激勵源的選取有著無可厚非的地位?？紤]到光激勵源的使用波段、輻射功率、穩(wěn)定性及壽命等因素，在本設計中選擇DH2000-BAL平衡氘-鹵鎢組合式光源。

2.2 信號采集模塊

本設計中信號采集模塊選用的傳感器是索尼公司生產(chǎn)的型號為ILX511的CCD傳感器。CCD傳感器的工作原理就是當光敏元件受到外界光線照射時，可以產(chǎn)生一些電荷，電荷的多少與光照的時間以及光照的強度理論上成正比關系，在外加一定時序電壓的驅動下，CCD儲存單元中的電荷會按照一定的次序向外移送輸出，因此，CCD傳感器的輸出端就會產(chǎn)生與儲存單元中的電荷成正比關系的輸出電壓。即把檢測到的光信號轉換成電荷信號，然后向外輸出[2]。

2.3 系統(tǒng)軟件設計

植物油光學特性檢測系統(tǒng)的軟件部分，主要包括光學特性檢測程序、數(shù)據(jù)處理程序、通訊、上位機程序等。其中植物油光學特性檢測程序主要實現(xiàn)微控制器與CCD傳感器之間的控制。CCD傳感器進行數(shù)據(jù)輸出的同時，微控制器STM32F051的ADC模塊時刻采集CCD傳感器輸出的電壓值并進行儲存。

3 試驗以及數(shù)學分析

3.1 試驗樣品制備

基于比例摻兌的方法，選用合格食用花生油與反復煎炸的老油按不同的的比例進行混合制備樣品，制備出含煎炸老油0%、30%、50%、70%以及90%的劣質油樣品，分別標識為樣品1、2、3、4和5。

3.2 試驗結果與分析

通過光學特性檢測系統(tǒng)對五個植物油進樣品行光學試驗。五個樣品油在紫外光源（即氘燈）下的雙程反射光譜（如圖1）然后對反射光譜進行一階微分處理，分別得到五個植物油樣品的一階微分圖譜（如圖2）。

根據(jù)圖譜分析判斷：

（1）不同摻劣比例的樣品油在同一光源作用下出現(xiàn)最大峰值對應的波長差別不大。

（2）五種樣品對兩種光源的吸光能力不同，樣品1gt;樣品2gt;樣品3gt;樣品4gt;樣品5，即摻劣濃度越大，反射光強越強，間接反映樣品的吸光度越弱。

（3）合格植物油與摻劣植物油的對比發(fā)現(xiàn)，在氘燈作用下，變化不明顯，而在鹵鎢燈作用下，雖然最大波峰對應波長相差不大，可其一階微分的零點個數(shù)變化較明顯。

（4）本文基于光譜一階微分零點個數(shù)進行研究分析，該方法在運用較少。通過選定特定波長范圍，五種摻劣油樣品出現(xiàn)的波峰、波谷（即零點）個數(shù)有一定的差別，暫且也作為一種判別植物油種類的參量。

4 結論

食用植物油光學特性檢測系統(tǒng)，基于不同食用油在不同波段光源下的對光強吸收度的差異，應用高性能的新型32位處理器STM32F051，采用高靈敏度、集成式線性CCD傳感器，設計了一套較新穎的植物油檢測研究方案。基本可以實現(xiàn)在不同外部光源作用的情況下，獲取植物油原始光譜并對其進行一階微分數(shù)學方法處理。由于樣品數(shù)量的限制，在一定程度上不能完整反映植物油的光學特性，因此需要進一步測試與改進。

參考文獻：

[1]金霞，佘綱哲.食用油脂與人體健康[J].生物學通報，2000， 35（02）：13-15.

[2]馮利輝.食用植物油摻偽檢測與定量分析的紅外光譜研究[D].南昌：南昌大學碩士論文，2010.

[3]馬萌，趙小勇，盧玉芳.發(fā)動機振動信號調理電路設計與仿真[D].信息系統(tǒng)工程，2014（05）：26-27.

[4]張詠，程瑤，閆雨桐等.幾種常見食用油加熱后熒光光譜特性變化的研究[J].激光技術，2013（01）：109-113.

[5]羅香，劉波平，馮利輝等.近紅外光譜技術用于花生油中棕櫚油含量的測定[J].分析科學報，2010，26（06）：673-676.

作者簡介：王威（1957-），男，河南商丘人，教授，研究方向為嵌入式測控、自動化儀表、食品安全等。