【正文】 學發(fā)光法和 光電檢測技術原理，設計一個光電檢測系統(tǒng)對農(nóng)藥殘留物進行檢測，并進行了理論與實驗研究。 關鍵詞 : 農(nóng)藥殘留；光電檢測；信號處理 Design of Photoelectric Rapid detection System of Pesticide Residues Abstract:The traditional pesticide residues detection method contains gas chromatography, high performance liquid chromatography, bined gas chromatography mass spectrometry, high performance liquid chromatography mass spectrometry, and so on. Though these methods are precise, there is a lot of disadvantage in these methods such as fussy sample preparation, large consumption of resgent and long elapsed time. And it can not satisfy the requirement of rapid and green detection. Photoelectric detection technology has advantage of high sensitivity, little sample, rapid and simple,and able to run online and continuously in the severe environment. Its application in pesticide residues detection has attracted considerable interest. Combining chemiluminescence method with photoelectric detection principle, this paper designed a photoelectric detection system to detect the pesticide residues, and conduct a study of theory and experiment. Key words: Pesticide residues。農(nóng)藥殘留帶來了水、食物以及生態(tài)環(huán)境各方面的污染 ，時刻危害著人們的身體健康與生命安全。因此必須研究出新的農(nóng)藥殘留檢測方法，能夠滿足現(xiàn)場檢測、快速、成本低、顯示直觀、定性和半定量及判斷其產(chǎn)品是否使用安全的要求。 光電檢測系統(tǒng)的軟件設計 主要是 A/D 轉換器的程序設計以及單片機主程序設計。把光輻射量轉換為光電流的過程，稱為光電轉換。 光電探測器件的選擇 選擇光電探測器件，主要可以從其接收光信號的方式、性能參數(shù)以及應用匹配等方面來考慮。當被測對象因?qū)獾姆瓷渎省⑼高^率變化或者是被測對象本身光輻射強度改變時，光信號的幅度亦會隨之改變。 CdSe 光敏電阻成本低，廣泛用于光亮度控制 (如照相自動曝光或路燈日光控制等 )；光電池光敏面積最大，除了可作檢測器件，還能作太陽能變換器；硅光電二極管體積小、響應快、可靠性高，而且在可見光與近紅外波段內(nèi)有較高的量子效率，在各種工業(yè)控制中廣泛使用；硅雪崩管增益高、響應快、噪聲小，在激光測距和光纖通信中普遍采用。這種情況應考慮響應時間段、上限頻率高的器件。這些光電子按聚焦極電場進入倍增系統(tǒng)，并通過進一步的二次發(fā)射得到的倍增放大。在各打拿極 D D D3? 和陽極 A 上依次加有逐漸增高的正 電壓 ,而且相鄰兩極之間的電壓差應使二次發(fā)射系數(shù)大于 1。這些沖 擊次極的電子能使次極釋放更多的電子，它們再被聚焦在第二次極。光電倍增管有兩個缺點： ① 靈敏度因強光照射或因照射時間過長而降低，停止照射后又部分地恢復，這種現(xiàn)象稱為 “ 疲乏 ” ； ② 光陰極表面各點靈敏度不均勻。 4 光電檢測系統(tǒng)硬件設計 本光電檢測系統(tǒng)采用的是光強型直接測量法，即將攜帶被檢測物理信息的光強，投射到光電探測器上轉換為電信號，經(jīng)放大后直接采集數(shù)據(jù)。前置放大器品質(zhì)的優(yōu)劣勢整個信號處理系統(tǒng)中最關鍵的部分。 由此式中可以看出，當運放的失調(diào)電壓與偏置電流都較小時，輸出電壓誤差才會減小。 前置放大電路的設計 第一種前置放大電路是在光電轉換電路上的初步改進，如圖 6 所示。 本系統(tǒng)的前置放大電路選擇的是一種復合放大電路，如圖 8 所示。 圖 8 復合前置放大電路 Fig 8 Compound Preamplification Circuit 防泄漏措施和接地 從光電二極管出來的光電流是十分微弱的，如果電路板上再存在泄漏出去的路徑，就會使得流過反饋電阻的有效電流減小，這就大大降低了整個檢測電路的增益。如圖 9 所示。 圖 11 主放大電路 Fig 11 Main Amplification Circuit 該放大電路的放大倍數(shù)為 A=1+R12/R11 其中 R12為反饋電阻， R10=R11R12/(R11+R12)。 TLC1549 的性能參數(shù)：電源電壓范圍是，推薦值為 5V；模擬輸入電壓范圍是 0VCC；正基準電壓，通常取 VCC。 10 位數(shù)據(jù)通過 DATA OUT 被發(fā)送到主機串行接口 [11]。穩(wěn)壓與穩(wěn)流自動轉換的高精度直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，在穩(wěn)流狀態(tài)時，可設定穩(wěn)流工作點，穩(wěn)流時輸出的電流能在額定范圍內(nèi)連續(xù) 可調(diào)。 小結 本章對光電檢測系統(tǒng)的硬件電路進行了設計。在串行接口把 CS拉 至有效時，轉換時序開始，允許 I/OCLOCK 并使 DAT AOUT 脫離高阻狀態(tài)。其軟件流程圖如 16 所示。 PC 機開始設置為地址傳送方式。然后設置為產(chǎn)生數(shù)據(jù)方式，以便開始傳送數(shù)據(jù)。 測量出的敵百蟲檢出限應低于食品衛(wèi)生敵百蟲含量國家標準 。調(diào)零完成后，將魯米諾 過氧化氫體系 3mL 加入石英杯中，將配置好的不同劑量的敵百蟲溶液 2mL 注入到裝有魯米諾 過氧化氫體系的石英杯中，測出光強 (電壓 )變化。 小結 本實驗測得的農(nóng)藥檢出限達到 ，基本上能夠達到食品衛(wèi)生農(nóng)藥含量國家標準。同時電路設計也主要考慮了噪聲因素，進行了濾除噪聲信號方面的處理。不管是論文的選題，還是論文的寫作，劉老師都給予了我辛勤的指導。 其次，感謝領導們辛勤教導，他們四年來給予我們很多關心和支持。系統(tǒng)能夠檢測到的敵百蟲最低檢出限達 一步需要研究的問題： (1)系統(tǒng)測出的最低檢出限基本達到了國家標準，但在低濃度范圍內(nèi)靈敏度和線性度都較差；這表明系統(tǒng)中還存在噪聲信號的影響，電路在低噪聲設計上還應進一步改進。如選擇光敏性更好的光敏器件，并利用光纖進行傳導，檢測精度將得到數(shù)量級的提高，而在數(shù)據(jù)采集上可以考慮使用數(shù)據(jù)采集卡，這是本系統(tǒng)以后的研究方向。 根據(jù)已測數(shù)據(jù)，用最小二乘法進行處理，其關系趨勢 圖如下圖 19 所示。 魯米諾工作液 :吸取 50mL 儲備液于 500mL 的容量瓶中，加入 200mL 的水， 的氫氧化鈉，定容到 500mL，搖勻，避光兩天后使用。校驗回送碼為00H 時表示發(fā)送正確， OFFH 為錯誤，需要重發(fā)。繼而可以設置為數(shù)據(jù)傳送方式，開始與從機交換數(shù)據(jù)直到數(shù)據(jù)結束為止 [15]。 PC 機的通信軟件 PC 機的通信軟件包括下列內(nèi)容 (1)對 1650 以 (串口芯片 )初始化，即設置波特率 (1200b/s)、數(shù)據(jù)位數(shù) (8 位 )、奇偶類型和停止位位數(shù) (l 位 )。I/OCLOCK 從主機串行接口接收長度在 1016 之間的輸入序列。對光電二極管、放大器、 A/D 轉換器、單片機和電源的選型也都做了詳細說明。該直流電源結構簡單，維修方便。它的引腳排列與 8051 相近 [12]。 TLC1549的工作原理是：在芯片選擇 CS 無效的情況下， I/OCLOCK 被禁止且 DATA OUT 處于高阻狀態(tài)。它包括了 A/D 轉換器，微控制器和計算機。 圖 9 電源的接地方式 Fig 9 Grounding Method of Source 濾波電路 為使電路具有良好的信噪比，對于從前置放大器輸出地電壓信號，必須進行濾波處理。而接在反饋電阻兩端的補償電容應采用低泄漏的聚丙烯或聚苯乙烯介質(zhì)的電容器。這種電路具有降低噪聲帶寬而不影響信號頻帶的特點。 第二種是 T 型電阻網(wǎng)絡的前置放大電路。 噪聲分析 首先，給出光電轉換電路的等效電路圖， 如圖 5 所示： 其中左端的電路是硅光電二極管的等效電路。 光電二極管將接收的光信號變成與之成比例的微弱電流信號，通過運放和反饋電阻組成的放大器變換成電壓信號 [7]。系統(tǒng) 框圖如下： 圖 2 系統(tǒng)框圖 Fig 2 Block Diagram of System (1)光電密閉容器 : 其中放置石英杯 (裝載發(fā)光物質(zhì)與農(nóng)藥的混合物 )，光電探測器置于密封口出處； (2)光電探測器 : 用于檢測光信號，并將之轉換為電信號； (3)前置放大電路 : 對光電探測器檢測到得信號進行放大； (4)濾波電路 : 濾除電路中的噪聲； (5)主放大電路 : 對信號進行再次放大，使信號能夠被 A/D 轉換器接收到； (6)模數(shù)轉換電路 : 把模擬