【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鈉在地溝油水相中特征熒光波峰為 nmemex 290/230/ ??? ，而食用油則不存在，可根據(jù)油脂熒光位置和強(qiáng)度進(jìn)行鑒別是否摻入地溝油；但只能用于潲水油含量 10% 以上樣品。 電導(dǎo)率檢測(cè)法 油脂屬非導(dǎo)電物質(zhì)，電導(dǎo)率極低，且鈉鹽難溶于油脂，在正常食用油中含量很少。地溝油中殘?jiān)⒘＃幸欢葵}，還有酸敗產(chǎn) 生化合物也會(huì)使電導(dǎo)率提高。電導(dǎo)率法操作簡(jiǎn)單，對(duì)儀器與設(shè)備要求低，是一種快速檢測(cè)地溝油方法。劉志金 [13]等發(fā)現(xiàn)泔水油電導(dǎo)率是普通食用油 5~7 倍，且在低溫時(shí)，有析出物，使油脂不澄清透明。胡小泓 [14]等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，食用油受到污染程度越嚴(yán)重，電導(dǎo)率就越大，兩者呈良好線性關(guān)系；但只能用于潲水油含量 20% 以上樣品。 基本檢測(cè)原理 重金屬檢測(cè)法、脂肪酸成分檢測(cè)法、膽固醇含量檢測(cè)法屬于化學(xué)生物學(xué)檢測(cè)法，需要通過(guò)特殊的化學(xué)試劑進(jìn)行測(cè)定，其測(cè)定過(guò)程繁瑣且復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，并且需要檢測(cè)人員具有一定的生物學(xué)和化 學(xué)基礎(chǔ)，不適合一般人員操作；薄層色譜法屬于物理檢測(cè)方法，同樣操作復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，需專(zhuān)業(yè)人員操作；熒光測(cè)試法屬于物理檢測(cè)法，可用集成的電子設(shè)備終端檢測(cè)，但檢測(cè)時(shí)需對(duì)待測(cè)液進(jìn)行試劑調(diào)制，卻檢測(cè)環(huán)境要求高，不適于快速檢測(cè)和一般環(huán)境下的檢測(cè)。電導(dǎo)率檢測(cè)法，只需通過(guò)電子設(shè)備終端進(jìn)行測(cè)定待測(cè)液的電導(dǎo)率，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)時(shí)間短，易于開(kāi)發(fā)成集成的檢測(cè)終端，方便普通人員檢測(cè)地溝油。所以本設(shè)計(jì)采用電導(dǎo)率檢測(cè)法鑒別地溝油。 食用油與地溝油的電導(dǎo)率 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得地溝油與一般食用油的水溶液的電導(dǎo)率見(jiàn)表 [15]。由 表 可知地溝油與合格食用油經(jīng)水萃取后的水相電導(dǎo)率有很大區(qū)別，合格食用油的水萃取液的水相電導(dǎo)率值都在 10μ S/cm 以下，而地溝油的水萃取液的水相電導(dǎo)率值都在 S/cm 以上，遠(yuǎn)大于合格食用油的水萃取液的水下水相電導(dǎo)率。又據(jù)王飛艷等 [16]研究得出：毛地溝油萃取水相電導(dǎo)率為 — S/cm，處理后地溝油萃取水相電導(dǎo)率為 — S/cm，食用油萃取水相電導(dǎo)率為 — S/cm，測(cè)定油脂的萃取水相電導(dǎo)率值大于 10μ S/cm 課初步斷定其參偽。通過(guò)對(duì)待測(cè)油脂的 萃取水相電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量就可初步判斷出其是否為地溝油。 9 表 油樣水萃取液的電導(dǎo)值（μ S/cm） 油樣 溫度 /℃ 24 26 28 地溝油 魯花花生油 胡姬花花花生油 福康星大豆油 油煙機(jī)煙氣油 10 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及整體架構(gòu) 電導(dǎo)率檢測(cè)方案 依據(jù)油脂的萃取水 相電導(dǎo)率的大小，可以檢測(cè)出地溝油。因此，對(duì)地溝油的測(cè)定最終轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)油脂的萃取水相電導(dǎo)率的測(cè)定。由于油脂的萃取水相電導(dǎo)率所引起的電信號(hào)十分微弱，所以本設(shè)計(jì)涉及到微弱信號(hào)的檢測(cè)問(wèn)題。 相關(guān)檢測(cè)技術(shù) 對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)常采用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)，相關(guān)檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用信號(hào)周期性和噪聲隨機(jī)性的特點(diǎn)，通過(guò)自相關(guān)或互相關(guān)運(yùn)算，達(dá)到去除噪聲檢測(cè)出有用信號(hào)的一種技術(shù)。 由于檢測(cè)過(guò)程中，信號(hào)和噪聲是相互獨(dú)立的過(guò)程，根據(jù)相關(guān)函數(shù)與自相關(guān)函數(shù)可知信號(hào)只與信號(hào)本身相關(guān)，而與噪聲不相關(guān)。隨機(jī)噪聲之間不相關(guān)。由相關(guān)資料 [17]得到： a． 自相關(guān)檢測(cè) 自相關(guān)函數(shù)： ? ? ? ? ? ?? ?tXsXEtsR *, ? 其中 X(t)為 隨機(jī)過(guò)程 ， E(X(t))為期望，Y(t)為另一隨機(jī)過(guò)程 。 圖 自相關(guān)檢測(cè)原理框圖 由圖 輸出： ? ? )()()()()()(1lim 2/2/?????? nnnssnssiTT iTXXRRRRdttxtxTR ?????? ????，根據(jù)互相關(guān)的性質(zhì)，由于信號(hào) S（ t）與噪聲信號(hào) N（ t）不相關(guān)，并且噪聲的 平均值為零，得到 0)( ??snR ， 0)( ??nsR ，則 Rxx(? )= )()( ?? nnss RR ? ，隨 ? 的增大， 0?nnR 則對(duì)充分大的 ? ，可得 )()( ?? ssxx RR ? ，就得到了信號(hào) S(t)的自相關(guān)函數(shù) )(?ssR ，乘法器 ∫ 延時(shí)器（ ? ） Xi(t)=Si(t)+Ni(t) Rxn(? ) 11 它包含了 S(t)所攜帶的某些信息。 互相關(guān)函數(shù)： ? ? ? ? ? ?? ?tYsXEtsR *, ? 其中 X(t)為 隨機(jī)過(guò)程 ， E(X(t))為期望，Y(t)為另一隨機(jī)過(guò)程 。 圖 互相關(guān)檢測(cè)原理框圖 圖 是實(shí)現(xiàn)互相關(guān)檢測(cè)的原理框圖。設(shè)輸入 x(t)為： ? ? ? ? ? ?tntstx ?? 。其中 ??ts 為待測(cè)信號(hào)， ??tn 為信號(hào) ??ts 中混入的噪聲， ??ty 為已知參考信號(hào)，則互相關(guān)輸出 )(?xyR 為： )()()()(21l i m ??? nysyTTTxyRRdttytxTR ???? ???? 。如果參考信號(hào)??ty 與信號(hào) ??ts 有著某種相關(guān)性，而已知 ??ty 與噪聲 ??ts 沒(méi)有相關(guān)性，且噪聲信號(hào)的平均值為零，則： ? ? ? ??? syxy RR ? ， ???syR 中包含了信號(hào) ??ts 所攜帶的信息，這樣就把待測(cè)信號(hào) ??ts 檢測(cè)出來(lái)了。 鎖定放大器 為了檢測(cè)出電導(dǎo)率信號(hào)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)微弱信號(hào)的方案，即正交矢量型鎖定放大器。 正交矢量型鎖定放大器檢測(cè)原理為互相關(guān)檢測(cè)原理，其實(shí)質(zhì)就 是用相敏檢波來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜遷移，用低通濾波器來(lái)抑制噪聲并濾去高頻分量。正交矢量型鎖定放大器原理圖如圖 。 乘法器 積分器 延時(shí)器 X(t) Y(t) ??tRxy 12 信 號(hào) 通 道0 176。 參 考 信 號(hào) 通 道相 敏 檢 波 19 0 176。 參 考 信 號(hào) 通 道相 敏 檢 波 2 低 通 濾 波 器 2低 通 濾 波 器 1運(yùn)算單元IQA?待 測(cè) 信 號(hào)()xt 1 ()Zt2 () 圖 正交矢量型鎖定放大器原理圖 圖 為正交矢量型鎖定放大器的運(yùn)算流程圖。設(shè)待測(cè)信號(hào)為是伴有噪聲的正弦信號(hào) ()xt，即 ( ) ( ) ( )x t s t n t??， 其中 ()nt為隨機(jī)噪聲 ， ()st 為有用 正弦 信號(hào)，即 1( ) si n( 2 )ss t A f t????； IQ平 方平 方求 和2I 2Q開(kāi) 方 運(yùn) 算22IQ? 22IQ? 圖 運(yùn)算單元結(jié)構(gòu)圖 0176。 參考信號(hào)為 s in 2( ) sin( 2 )rr t B f t????； 90176。 參考 信號(hào)為 c os 2( ) c os ( 2 )rr t B f t????； 其中 A 、 B分別為待測(cè)信號(hào)及參考信號(hào)幅值， sf 、 rf 分別為待測(cè)信號(hào)及參考信號(hào)頻率， 1?、 2? 分別為待測(cè)信號(hào)及參考信號(hào)初始相位。 待測(cè)信號(hào) ()xt通過(guò)相敏檢波 相敏檢波 2有： ? ?1 s i n122 1 2 1 2( ) ( ) ( )s in ( 2 ) ( ) s in ( 2 )( ) s in ( 2 ) c o s [ 2 ( ) ( ) ] c o s [ 2 ( ) ( ) ]22srr s r s rZ t x t r tA f t n t B f tA B A Bn t B f t f f t f f t? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?2 c o s122 1 2 1 2( ) ( ) ( )s in ( 2 ) ( ) c o s ( 2 )( ) c o s ( 2 ) s in [ 2 ( ) ( ) ] ( s in [ 2 ( ) ( ) ] )22srr s r s rZ t x t r tA f t n t B f tA B A Bn t B f t f f t f f t? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? 設(shè)低通濾波器 低通濾波器 2 截止頻率 均為 cutf ，當(dāng) cut s rf f f??，且其帶寬盡量窄時(shí)，可以認(rèn)為在通過(guò)低通濾波器后的信號(hào)中噪聲信號(hào)忽略不計(jì)。 13 當(dāng) cut s rf f f??時(shí)，則有： 0IQ??； 當(dāng) s r cut s rf f f f f? ? ? ?時(shí)，則有： 12c o s [ 2 ( ) ( ) ]2 srABI f f t? ? ?? ? ? ?，12s in [ 2 ( ) ( ) ]2 srABQ f f t? ? ?? ? ? ?； 當(dāng) srff? 時(shí)，則有： 12co s[ ( )]2ABI ????， 12sin [( )]2ABQ ????。 由上述分析可知，當(dāng) srff? 時(shí)，輸出為直流信號(hào)，且 I 與 Q 只與參考信號(hào)與待測(cè)信號(hào)幅度、相位有關(guān)。當(dāng) srff? 時(shí)，輸出信號(hào)為交流信號(hào)。 對(duì)于待測(cè)信號(hào)的 A ，可利用 srff? 時(shí)， I 與 Q 求得，即： 222A I QB?? 電導(dǎo)率信號(hào)轉(zhuǎn)換方案 本系統(tǒng)采用電極激勵(lì)方案將電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。將一定寬度的單電極浸沒(méi)在待測(cè)的油脂萃取液中，對(duì)其中一片極板施加一定頻率和幅度的正弦信號(hào)，通過(guò)待測(cè)油脂萃取液后所施加的正弦信號(hào)會(huì)發(fā)生衰減，通過(guò)測(cè) 定衰減系數(shù)便可得到電導(dǎo)率，具體轉(zhuǎn)換過(guò)程如下： Y 信號(hào)源 S 內(nèi)阻 r 待測(cè)液R 傳感檢測(cè)單元 14 圖 信號(hào)轉(zhuǎn)換示意圖 如圖 所示，設(shè)信號(hào)源輸出的信號(hào)幅值為 A，內(nèi)阻 r 已知，待測(cè)液的阻抗為 R， Y 為傳感檢測(cè)單元檢測(cè)的輸出幅值。則 r與 R 為串聯(lián)，可得： AYrRR ?? ，即 rY YAR *1 ?? 。再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理，依據(jù)電極的寬度 L便可得到待測(cè)液的電導(dǎo)率：LRg *1? 。然后將電導(dǎo)率信號(hào)經(jīng)過(guò)正交矢量型鎖定放 大器，檢測(cè)出輸出正弦信號(hào)的幅值，便得到待測(cè)液的電導(dǎo)率。 2..2 信號(hào)源設(shè)計(jì)方案 檢測(cè)電導(dǎo)率需施加正弦信號(hào)，所以本系統(tǒng)需要一個(gè)可調(diào)的正弦信號(hào)發(fā)生器。本系統(tǒng)是以 DE2 開(kāi)發(fā)板為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，基于 FPGA 強(qiáng)大的數(shù)字電路設(shè)計(jì)功能，本系統(tǒng)采用 Altera 公司提供 NCO（數(shù)控震蕩器）核設(shè)計(jì)可控信號(hào)源部分，產(chǎn)生一路電極輸入激勵(lì)信號(hào)和兩路正交同頻率的正弦信號(hào)。具體設(shè)計(jì)見(jiàn)第三章。 中央處理部分設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)是基于 SOPC 技術(shù)搭建的檢測(cè)系統(tǒng)，因此采用 NiosII 軟核 CPU 作為中央處理器，搭建中央控制處理部分。 NiosII 軟核 CPU 是 Altera 正式推出了 Nios II 系列 32位 RSIC 嵌入式處理器 。 Nios II 系列 軟核處理器 是 Altera 的第二代 FPGA 嵌入式處理器 ， 其性能超過(guò) 200DMIPS。 Altera 的 Stratix 、 Stratix GX、 Stratix II 和 Cyclone 系列FPGA 全面支持 Nios II 處理器，以后推出的 FPGA 器件也將支持 Nios II。 Nios II包括 3 種 類(lèi)型 ，分別是： Nios Ⅱ/f （快速） —— 最高的系統(tǒng)性能，中等 FPGA使用量； Nios Ⅱ/s （標(biāo)準(zhǔn)） —— 高性能，低 FPGA 使用量； Nios Ⅱ/e （經(jīng)濟(jì)）—— 低性能，最低的 FPGA 使用量。這 3 種產(chǎn)品具有 32 位處理器 的基本結(jié)構(gòu)單元—— 32 位指令大小， 32 位數(shù)據(jù)和地址路徑， 32 位 通用寄存器 和 32 個(gè)外部中斷源；使用同樣的 指令集架構(gòu) （ ISA）， 100%二進(jìn)制代碼兼容，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)系統(tǒng)需求的變化更改 CPU，選擇滿足性能和成本的最佳方案，而不會(huì)影響已有的 軟件投入。 特別是， Nios Ⅱ 系列支持使用專(zhuān)用指令。專(zhuān)用指令是用戶增加的硬件模塊，它增加了 算術(shù)邏輯單元 （ ALU）。用戶能為系統(tǒng)中使用的每個(gè) Nios Ⅱ 處理器創(chuàng)建多達(dá) 256 個(gè)專(zhuān)用指令，這使得設(shè)計(jì)者能夠細(xì)致地調(diào)整系統(tǒng)硬件以滿足性能目標(biāo)。專(zhuān)用指令邏輯和本身 Nios Ⅱ 指令相同 ，能夠從多達(dá)兩個(gè)源寄存器取值，可選擇將結(jié)果寫(xiě)回目標(biāo)寄存器。同時(shí)， Nios Ⅱ 系列支持 60 多個(gè)外設(shè)選項(xiàng)，開(kāi)發(fā)者能夠選擇合適的外設(shè)，獲得最合適的處理器、外設(shè)和接口組合，而不必支付根本不使用的硅片功能。 Nios Ⅱ 處理器具有完善的 軟件 開(kāi)發(fā)套件，包括 編譯器 、 15 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 （ IDE）、 JTAG 調(diào)試器、 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) （ RTOS）和 TCP/IP 協(xié)議 棧。設(shè)計(jì)者能夠用 Altera Quartus Ⅱ 開(kāi)發(fā)軟件中的 SOPC Builder 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具很容易地創(chuàng)建專(zhuān)用的處理器系統(tǒng)，并能夠根據(jù)系統(tǒng)的需求添加 Nios Ⅱ 處理器核的數(shù)量。將處理器實(shí)現(xiàn)為 HDL 的 IP 核，開(kāi)發(fā)者能夠完全定制 CPU 和外設(shè)，獲得恰好滿足需求的處理器。 以 Nios II 為基礎(chǔ)的處理部