專利名稱：奶樣快速檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種智能檢測裝置，特別涉及到一種用于液態奶樣(如牛奶)主要營養成分測定的快速檢測儀。
背景技術：
近年來，隨著人們生活水平的提高和健康的需求，我國的牛奶養殖業和乳制品的的加工與生產得到了迅猛的發展，為了充分保證鮮奶衛生及乳制品的的質量，使廣大消費者能喝到安全、放心的鮮奶及奶制品，除了要嚴格生產工藝外，對奶源質量進行快速、準確的分析檢測也是一個非常重要的環節，奶源質量不穩定會影響到奶產品的加工質量，由此，奶制品生產企業通常必須配備專用于奶樣質量檢測的儀器或設備。現有的奶樣成分檢測大多采用化學分析的方法，其檢測過程不但繁瑣，而且速度很慢；因此，國內外現已采用先進的電子檢測儀器來取代傳統的化學檢測。如蘭州光達儀器有限責任公司研制的牛奶摻假儀、瑞典Foss儀器公司研制的多功能乳品分析儀、美國Idexx公司研制的SnapTM和ParalluxTM系列乳成份分析儀等，這些儀器均采用紅外檢測原理，可精確、快速測量乳制品的質量指標，但儀器價格卻非常昂貴(數十萬元至上百萬元)，我國除了少量引進或用于研究和實驗外，大多數奶制品企業一般難以接受，并不適于國內奶業生產的實際需求。因此，我國“十五”科技專項課題“奶業重大關鍵技術研究與產業化技術集成示范”和“食品安全”攻關項目提出了要盡快開展適于國內奶業現狀的低成本、高性能的奶樣分析檢測儀器的研制，以滿足奶業生產及消費的需要。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種價格低，又能快速、準確測定奶樣質量指標，使用便捷的分析檢測儀器。
為達到上述目的，本實用新型是采取如下技術方案予以實現的一種奶樣快速檢測儀，包括設有進樣管和吸樣管的樣品池、與吸樣管相通的吸樣泵、與吸樣泵相通的出樣管；其特有技術方案是，該檢測儀還包括有超聲檢測電路板，與該超聲檢測電路板顯示與打印輸出接口由扁平電纜線連接的液晶(LCD)顯示器和微型打印機、以及向超聲檢測電路板電源輸入端提供直流電源的多路穩壓器；所述的超聲檢測電路板的控制輸入端由電纜線連接有一按鍵開關組；所述的樣品池的進樣口和吸樣口設置有兩個超聲換能器；樣品池外繞制有加熱電阻絲，并設置有一溫度傳感器；所述樣品池兩端的超聲換能器由信號線分別與超聲檢測電路板的超聲信號輸出端和超聲信號反饋端相連；所述的溫度傳感器由信號線與超聲檢測電路板的溫控輸入端相連；所述的加熱電阻絲和吸樣泵分別與超聲檢測電路板的控制輸出端實現電氣連接。
在上述技術方案中，所述的超聲檢測電路板包括微處理器MCU、超聲波激發與檢測電路、計時電路；所述的微處理器MCU由兩片MCS-51單片機和兩片存儲器、一個通訊模塊和一個時鐘模塊組成；所述的超聲波激發與檢測電路包括有脈沖振蕩、接收、放大、整形濾波與比較電路；所述的計時電路為一塊Altera FLEX10K10型集成電路。
所述的按鍵開關組由吸樣開關、打印開關、檢測開關、沖洗開關和復位開關組成；所述的微型打印機為TPμP-A系列打印機；所述的LCD顯示器為MGLS24064型顯示器；所述的樣品池外層包裹有保溫層。
本實用新型是將低能量超聲探測技術應用于液態奶成分含量的分析與檢測，主要項目是脂肪、蛋白質、非脂固形物(SNF)含量的檢測等。通過大量的試驗建立了乳液成分與超聲特性之問的經驗關系式。實驗表明，超聲波在水中的傳播速度隨溫度升高而加快，但在脂肪中的傳播速度則隨溫度升高而減慢。當溫度在13～14℃左右時，脂肪中的聲速與水的聲速基本相同，此時的溫度被稱為臨界溫度。在臨界溫度以下，乳中聲速的變化只受非脂固形物(SNF)含量的影響，而與脂肪含量無關，從而能夠準確測得非脂乳固體的含量；當溫度遠離臨界溫度，脂肪中聲速與水中聲速差異極其明顯，乳中聲速的變化主要由脂肪含量變化而產生，由此即可實現對乳脂含量的檢測。本實用新型的樣品池設計有加熱電阻絲和溫度傳感器即是對奶樣的臨界溫度予以控制(15～35℃)，從而可精確測得奶樣的主要成分；將超聲波進行頻譜解析及各種成份的測定數據與化學檢測結果實驗對比，本實用新型選取1.5MHz的超聲波頻率為最佳檢測頻率。
本實用新型的有益效果是，在奶樣，特別是牛奶成分測定時，所需樣品量少且無需酸堿試劑、檢測精度高(蛋白質濃度范圍及誤差2.0％～5.3％±0.2％；非脂固形物濃度范圍及誤差6.0％～12.0％±0.2％；密度范圍及誤差1.0260～1.0330±0.0005g/ml；加水率及誤差0～60.0％±5％；)、測定速度快(≤3分鐘/次)、體積小、重量輕(可攜帶至現場)；與昂貴的紅外乳成分分析儀相比，本實用新型還具有操作簡便、儀器成本低(每臺成本僅1.2萬元)的優點。
圖1是本實用新型的結構及連接示意圖。
圖2是本實用新型超聲檢測電路板的結構及連接框圖。
圖3是圖2中微處理器結構框圖具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步的詳細描述如圖1所示，一種奶樣快速檢測儀，包括設有進樣管1和吸樣管11的樣品池4、與吸樣管11相通的吸樣泵12、與吸樣泵12相通的出樣管13；該檢測儀還包括有超聲檢測電路板10，與該超聲檢測電路板10顯示與打印輸出接口23、24由扁平電纜線連接的LCD顯示器15和微型打印機14、與該超聲檢測電路板10電源輸入端22連接的多路穩壓器9；本實施例的LCD顯示器15可采用MGLS16064型顯示器，微型打印機14可采用TPμP-A系列打印機；所述的超聲檢測電路板10的控制輸入端25由電纜線連接有一按鍵開關組16，該按鍵開關組16由吸樣開關k1、打印開關k2、檢測開關k3、沖洗開關k4和復位開關k5組成；所述的樣品池4的進樣口3和吸樣口8分別設置有超聲換能器2a和2b，樣品池4外繞制有加熱電阻絲5，并設置有一溫度傳感器6，樣品池4外層用保溫材料將加熱電阻絲5和溫度傳感器6包裹在保溫層7中；所述的超聲換能器2a與2b由信號線分別與超聲檢測電路板10的超聲信號輸出端19和超聲信號反饋端18相連，所述的溫度傳感器6由信號線與超聲檢測電路板10的溫控輸入端17相連，所述的加熱電阻絲5和吸樣泵12分別與超聲檢測電路板10的控制輸出端20、21實現電氣連接；本實施例的外設按鍵開關組16、LCD顯示器15和微型打印機14均安裝在儀器的面板上。
如圖2所示，本實施例的超聲檢測電路板10主要由微處理器MCU、指令接收端28與微處理器MCU的指令輸出端27信號連接的超聲波激發與檢測電路30、數據輸出端33與微處理器MCU的數據輸入端26信號連接的計時電路31構成；所述的超聲波激發與檢測電路30的檢測輸出端29與計時電路31的計數輸入端32實現信號連接。所述的微處理器MCU的電源輸入端22與多路穩壓器9的直流輸出端相連，其控制輸入端25由電纜線與按鍵開關組16相連，其顯示與打印輸出接口23、24由扁平電纜線與LCD顯示器15和微型打印機14相連，其控制輸出端20、21與加熱電阻絲(5和吸樣泵12電氣連接，其溫控輸入端17與溫度傳感器6信號連接；所述的超聲波激發與檢測電路30包括有振蕩、接收、放大、整形濾波與比較電路，其超聲信號輸出端19和超聲信號反饋端18分別與超聲換能器2a與2b由信號線相連；圖2中的計時電路31為一塊Altera FLEX10K10型高性能數字集成電路，它采用FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)作為時間差檢測芯片，每隔一定周期，微處理器MCU輸出一個觸發信號，經功率放大后以開關方式驅動超聲波激發與檢測電路30發射出超聲脈沖，同時啟動計時電路31的FPGA高速計數器；超聲回波脈沖到達后，經預處理送入超聲波激發與檢測電路30的電壓比較器，比較結果信號送入FPGA，由FPGA準確地捕捉到回波脈沖到達時刻，并立即停止計數器，將計數終值通過數據輸入端26輸入微處理器MCU的內存中，然后，向MCU發出中斷請求，MCU響應中斷，從中讀取計數值并計算，將計算結果輸出。本實施例采用FPGA作為時間差檢測芯片的計時電路31，其計時精度誤差不超過0.1微秒，比傳統高速單片機的計時精度(0.5微秒的誤差)提高了4倍。將FPGA應用于超聲波液態乳成分檢測系統，不僅可以提高系統對所耗時間的測量精度，而且能夠提高系統集成度，同時，還可以利用其內部豐富的資源，實現復雜的抗干擾邏輯算法，從而提高其抗干擾能力，適合于各種現場工作環境和便攜式設計。
如圖3所示，本實施例的超聲檢測電路板10中微處理器MCU由兩片MCS-51單片機40、41和兩片存儲器43、44、一個RS232通訊模塊45和一個DS1302時鐘模塊42組成；各單元之間由印刷銅敷線路相互連接；其中單片機40為主處理單片機；單片機41為打印單片機；存儲器43為外部擴展存儲器(包括程序存儲和數據存儲)、存儲器44為地址鎖存器；RS232通訊模塊45為MAX232型集成塊。
上述實施例的奶樣快速檢測儀，其對奶樣的檢測原理如下先將進樣管1伸入待測奶液中，開啟電源開關k，預熱LED屏顯器15一至二分鐘，壓下按鍵開關組16的吸樣開關k1，通過超聲檢測電路板10微處理器MCU的控制輸出端21、20輸出的+12v直流電壓啟動吸樣泵12及接通加熱電阻絲5，奶樣經進樣管1至樣品池4到吸樣管11及吸樣泵12，通過出樣管13流出，待樣品池4奶樣滿后吸樣泵12自動停止，溫度傳感器6檢測樣品池4內奶液的溫度并將信號輸入超聲檢測電路板10的微處理器MCU，由其控制輸出端20控制加熱電阻絲5自動恒溫；然后再按下檢測開關k2，超聲檢測電路板10中的微處理器MCU通過指令輸出端27向超聲波激發及檢測電路30發出指令，超聲波激發及檢測電路30產生的高頻電磁波通過信號線輸出至樣品池4進樣口3的超聲換能器2a，由其將電磁波轉換為1.5MHz的超聲波，該超聲波通過奶樣再由樣品池4吸樣口8的另一個超聲換能器2b轉換為回波電信號反饋至超聲檢測電路板10中的超聲波激發及檢測電路30和計時電路31進行信號放大濾波、檢測比較、計數，并通過數據輸入端26將數據送至微處理器MCU，經計算處理后可在LCD顯示器15屏幕上顯示奶樣主要成分的含量；此時如需打印，可按下打印開關k3，數據就會在微型打印機14上打出；檢測完畢后，將進樣管1放入清水中，水中可加少量清洗劑，按下清洗開關k4，讓吸樣泵12不斷抽吸，忽略檢測過程，儀器就可將樣品池4中的已測奶液清洗干凈；最后再按下復位開關k5，就又可進行下一奶樣的檢測。
權利要求1.一種奶樣快速檢測儀，包括設有進樣管(1)和吸樣管(11)的樣品池(4)、與吸樣管(11)相通的吸樣泵(12)、與吸樣泵(12)相通的出樣管(13)，其特征是，該檢測儀還包括有超聲檢測電路板(10)、與該超聲檢測電路板(10)電源輸入端(22)連接的多路穩壓器(9)，所述的超聲檢測電路板(10)的控制輸入端(25)由電纜線連接有一按鍵開關組(16)，所述的樣品池(4)的進樣口(3)和吸樣口(8)分別設置有超聲換能器(2a)和(2b)，樣品池(4)外繞制有加熱電阻絲(5)，并設置有一溫度傳感器(6)，所述的超聲換能器(2a)與(2b)由信號線分別與超聲檢測線路板(10)的超聲信號輸出端(19)和超聲信號反饋端(18)相連，所述的溫度傳感器(6)由信號線與超聲檢測電路板(10)的溫控輸入端(17)相連，所述的加熱電阻絲(5)和吸樣泵(12)分別與超聲檢測電路板(10)的控制輸出端(20)、(21)實現電氣連接。
2.根據權利要求1所述的奶樣快速檢測儀，其特征是，所述的超聲檢測電路板(10)包括微處理器(MCU)、指令接收端(28)與微處理器(MCU)的指令輸出端(27)信號連接的超聲波激發與檢測電路(30)、數據輸出端(33)與微處理器(MCU)的數據輸入端(26)信號連接的計時電路(31)，所述的超聲波激發與檢測電路(30)的檢測輸出端(29)與計時電路(31)的計數輸入端(32)實現信號連接。
3.根據權利要求1所述的奶樣快速檢測儀，其特征是，所述的按鍵開關組(16)由吸樣開關(k1)、打印開關(k2)、檢測開關(k3)、沖洗開關(k4)和復位開關(k5)組成。
4.根據權利要求1所述的奶樣快速檢測儀，其特征是，所述的樣品池(4)外層包裹有保溫層(7)。
5.根據權利要求2所述的奶樣快速檢測儀，其特征是，所述的計時電路(31)為一塊Altera FLEX10K10型集成電路。
6.根據權利要求2所述的奶樣快速檢測儀，其特征是，所述的微處理器(MCU)由兩片MCS-51單片機(40)、(41)和兩片存儲器(43)、(44)、一個通訊模塊(45)和一個時鐘模塊(42)組成；各單元之間由印刷銅敷線路相互連接。
專利摘要本實用新型公開了一種奶樣快速檢測儀，主要由設有進樣管(1)和吸樣管(11)的樣品池(4)、與吸樣管(11)相通的吸樣泵(12)、與吸樣泵(12)相通的出樣管(13)、超聲檢測電路板(10)、與該超聲檢測電路板(10)電源輸入端(22)連接的多路穩壓器(9)所構成。所述的超聲檢測電路板(10)的控制輸入端(25)由電纜線連接有一按鍵開關組(16)；所述的樣品池(4)的進樣口(3)和吸樣口(8)分別設置有超聲換能器(2a)和(2b)；樣品池(4)外繞制有加熱電阻絲(5)，并設置有一溫度傳感器(6)。本實用新型具有檢測精度高、測定速度快、體積小、操作簡便等優點，可作為奶樣特別是牛奶質量的便攜式檢測儀。
文檔編號G01N33/02GK2837841SQ20052007960
公開日2006年11月15日 申請日期2005年10月31日 優先權日2005年10月31日
發明者董文賓, 王明偉, 湯偉, 張建華, 趙旭博 申請人:陜西科技大學