新型牛肉新鮮度檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種新型牛肉新鮮度檢測裝置及方法。解決現有技術中對牛肉新鮮度檢測存在主觀不準確，以及存在檢測設備檢測過程復雜的問題。裝置包括座體，在座體上設置有浮池，在浮池內漂浮有托盤，托盤通過磁力控制移動，在座體上方設置有調整支架，調整支架上設置有照射光源，座體內還設置有控制單元。控制單元通過對樣品反射光譜數據進行分析，判斷牛肉新鮮度。本發明的優點是采用光譜檢測方式，能對樣品進行無損檢測；裝置結構合理，座體移動阻力小，不會卡殼，操作和維護方便，檢測數據準確。
【專利說明】新型牛肉新鮮度檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種食品檢測領域，尤其是涉及一種阻力小、不卡殼、操作簡單快速、 檢測準確的新型牛肉新鮮度檢測裝置，以及該裝置的檢測方法。
【背景技術】
[0002] 肉類消費一直是食品消費的一個重要組成部分，而牛肉是廣大消費者比較喜愛的 食品。近年來，人們生活觀念的轉變，健康意識不斷增強，對肉類食品的質量和衛生條件要 求越來越嚴格，肉類食品的安全，關乎老百姓的生命安全和社會穩定，控制肉類食品質量在 日常生活中就變得越來越重要。目前對牛肉新鮮度的檢測技術有感官檢測、理化檢測等。 感官檢測往往受審評專家的經驗、心理與生理等因素的影響，不同的審評師由于其嗜好、情 緒、性別以及感官靈敏度等影響，可能難以獲得一致的評定結果，因此評定結果的準確性往 往難以保證。理化檢測需要一系列設備和裝置來完成，過程復雜，檢測時間長，設備也復雜。 另外近年來還有一些學者開發出氣相色譜檢測方法，雖然檢測靈敏度也很好，但這檢測方 法是有損的。因此希望有一種能夠快速、簡便、準確無損檢測冷鮮牛肉新鮮度的設備及方 法，以便及時有序地對存儲的牛肉進行檢測，以確保牛肉食品的安全。目前也有一些檢測設 備，目前這些檢測設備樣品平臺移動結構由滑軌或齒輪等機械結構構成，存在阻力較大，結 構復雜，而且還容易卡殼，維護不方便的問題。
【發明內容】
[0003] 本發明主要是解決現有技術中對牛肉新鮮度檢測存在主觀不準確，以及存在檢測 設備檢測過程復雜的問題，提供了一種結構簡單、操作快速簡便、檢測準確的新型牛肉新鮮 度檢測裝置。
[0004] 本發明另一個發明目的是解決了一般檢測設備樣品平臺移動結構采用滑軌或齒 輪等機械結構，存在阻力較大，結構復雜，容易卡殼，維護不方便的問題，提供了一種阻力 小、不卡殼、操作簡單的新型牛肉新鮮度檢測裝置。
[0005] 本發明還提供了一種操作快速簡便、檢測準確的新型牛肉新鮮度檢測方法。
[0006] 本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種新型牛肉新鮮 度檢測裝置，包括座體，在座體上設置有浮池，浮池內設有液體，在浮池內漂浮有放置樣本 的圓形托盤，在托盤邊緣處設置有一對永磁體，在浮池兩端處分別設置有電磁體一，在托盤 的底部上設置有定位桿，在浮池底部上沿中軸線排列設置有若干個與定位桿花鍵配合的定 位旋轉塊，在定位旋轉塊的下部設置有吸附定位桿的電磁體二，各定位旋轉塊聯動相連，在 座體上方設置有調整支架，調整支架上設置有照射光源，照射光源位于托盤的上方，在座體 內還設置有控制單元，控制單元與照射光源、調整支架、電磁體一、電磁體二、定位旋轉塊控 制相連；
[0007] 照射光源：對樣品發射檢測光束，并能接收樣品上的反射光信息，反饋給控制單 元；
[0008] 控制單元：控制照射光源、調整支架、電磁體一、電磁體二、定位旋轉塊工作，根據 照射光源反饋的光譜信息，通過隨機共振分析計算出樣品信噪比，并同數據表比較后得出 樣品新鮮度信息。
[0009] 本發明能夠控制托盤進行精確的移動和旋轉，使得裝置能對托盤上樣品進行多方 位的檢測。托盤采用漂浮形式，并通過磁力控制移動。而傳統采用機械移動的結構，如滑動 機構，其需要設置橫向和堅向的滑動裝置，結構比較復雜，且機械結構在移動時阻力大，并 且容易出現卡殼的問題，維護也不方便。相比傳統機械移動的結構，本發明克服了這些缺 陷，漂浮減少了移動帶來的阻力，且無需設置滑動裝置，結構更簡單，也避免了卡殼的問題， 通過電磁體吸附進行控制移動，操作簡單方便。各定位旋轉塊通過電磁體二對定位桿進行 吸附，能夠準確控制托盤移動距離，定位旋轉塊能進行旋轉，帶動定位桿使得托盤旋轉，使 得照射光源能夠全方位的對樣品上進行采樣。調節支架能夠調節照射光源的位置。座體上 設置有控制前進、后退和旋轉的控制按鍵，控制單元根據控制按鍵控制電磁體一對托盤進 行吸附移動，控制定位旋轉塊旋轉對托盤進行轉動，控制單元同時控制照射光源工作，照射 光源將檢測到的信息發送給控制單元，控制單元對信息進行分析計算，的而出信噪比值，在 控制單元內還存儲有預先設定好的牛肉各新鮮度標準值數據表，通過與計算得出的信噪比 值比較后得出樣品新鮮度。照射光源采用鹵素燈或激光發射器。工作時，操作人員通過按 下控制按鍵進行操作，電磁體一和電磁體二工作，電磁體一吸附托盤上的永磁體,推動托盤 在浮池內移動，當定位桿移動至其中一個定位旋轉塊上方時，在電磁體二的磁力吸附下，定 位桿被吸入到定位旋轉塊內并與定位旋轉塊相配合，步進電機旋轉帶動定位旋轉塊轉動， 進而帶動托盤進行轉動，轉動一定角度停止，照射光源進行檢查，檢查后繼續旋轉，直到旋 轉360度后電磁體二停止工作，磁力消失，托盤在浮力的作用下上移，定位桿脫離定位旋轉 塊，接下來繼續操作控制按鈕控制托盤前進或后推，重復上面的操作。
[0010] 作為一種優選方案，所述浮池為長方形，浮池的寬度大于或等于托盤直徑長度，浮 池的長度大于或等于托盤直徑1. 5倍的長度，所述永磁體分別設置在托盤同一直徑的兩端 處，所述兩個電磁體一設置在同一直線上且設置在浮池兩端的中間位置。該浮池的寬度與 托盤相等或略寬一點，這樣托盤在浮池內不會進行橫向的移動，在電磁體一的吸附下進行 前后的直線運動。浮池的長度等于或略大于托盤直徑的1.5倍，托盤移動不會脫離出照射 光源照射范圍。永磁體對稱設置在兩端處，與浮池兩端的電磁體一相對應，電磁體一對永磁 體進行吸附或推動，打動托盤進行移動。
[0011] 作為一種優選方案，所述定位桿堅直朝下設置在托盤底部，定位桿的前端具有定 位鍵，定位鍵包括四條定位條，定位條構成為十字形，且其中一對相對的定位條長度大于另 一對相對的定位條長度，定位條表面為傾斜狀，使得定位鍵整體形成尖端的結構，所述定位 旋轉塊上設置有與定位鍵互補配合的定位槽。定位桿在電磁體二的吸附下與定位旋轉塊配 合連接，使得定位旋轉塊可以帶動定位桿旋轉。該定位鍵采用前后長度與左右長度不一樣 的結構，限定了定位桿插入定位旋轉塊的位置，即定位桿插入每個定位旋轉塊后，托盤上的 永磁體位于與電磁體一對齊的方向上，這樣在360度旋轉結束后永磁體與電磁體還是保持 在同一直線上，無需對永磁體進行位置調節，便于電磁體一對永磁體繼續進行吸附移動。
[0012] 作為一種優選方案，所述定位旋轉塊底部上設置有旋轉軸，旋轉軸上連接有防水 密封軸承，防水密封軸承安裝在浮池底部上，在旋轉軸的前端連接有第一錐形齒輪，在第一 錐形齒輪下方沿長度方向設置有傳動軸，在傳動軸上對應第一錐形齒輪處分別設置有第二 錐形齒輪，第一錐形齒輪與第二錐形齒輪相嚙合，所述傳動軸一端與步進電機相連。定位旋 轉塊通過防水密封軸承連接，防止了液體滲漏。定位旋轉塊之間通過傳動錐齒相嚙合，形成 了聯動結構，只需設置一個步進電機就能帶動所有定位旋轉塊進行旋轉。
[0013] 作為一種優選方案，所述調整支架包括第一桿體、第二桿體、旋轉絲桿和導向桿， 第一桿體堅直設置，所述照射光源通過轉軸連接在第一桿體的下端上，轉軸與驅動其轉動 的第一電機相連接，第一桿體上端穿在第一軸承上，在第一軸承上部設置有第二電機，第二 電機輸出軸與第一桿體上端連接，所述第二桿體與第一桿體相垂直設置，第二桿體前端固 定在第一軸承上，在第二桿體后端依次設置有螺紋套和導向套，所述旋轉絲桿和導向桿并 排設置在座體上，螺紋套和導向套分別套置在旋轉絲桿和導向桿上，在旋轉絲桿下端連接 有第三電機，第一電機、第二電機分別連接在控制單元上。調整支架能夠調整照射光源位 置。在工作開始前通過調整支架將照射光源位置調整到要求的位置，通過第一電機能對照 射光源進行旋轉，能夠調節的入射角度。通過第二電機驅動能對第一桿體進行旋轉調節，通 過第三電機驅動旋轉絲桿，能夠調節第二桿體在垂直方向上的位置，即對照射光源的高度 進行調節。
[0014] 新型牛肉新鮮度檢測方法，包括以下步驟：
[0015] 步驟一：預先檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發性基氮值，得到與若干組與照射 光源所在位置對應的牛肉新鮮度閾值；
[0016] 步驟二：制備牛肉樣品，將樣品放置在托架上，調整好照射光源位置，啟動裝置，移 動托盤到旋轉定位槽位置處，對照射光源照射的檢測點進行檢測，之后旋轉托盤一個角度 后對另一個檢測點進行檢測，直到托盤旋轉360度后，再控制托盤前進到下一個旋轉定位 槽處重復上述檢測，且在每個檢測點上照射光源強度在照射過程中按照正切曲線增加然后 按照斜線下降變化，控制單元采集反射光譜數據；
[0017] 步驟三：將各個檢測點光譜數據代入隨機共振模型中，通過對一層隨機共振模型 進行一階、二階、三階求導，得到二層隨機共振模型，并將一層隨機共振模型通過四階瓏格 庫塔算法，計算出各個檢測點信噪比輸出值；
[0018] 步驟四：將各檢測點信噪比輸出值與設定的閾值進行比較，判斷檢測點為白色光 譜還是紅色光譜，然后對白色光譜和紅色光譜的檢測點進行統計，判斷樣品的品質。
[0019] 作為一種優選方案，步驟二中將采集的各光譜數據分別代入隨機共振模型內，其 公式如下，
[0020] V(x,/,a) = +-/)[ax(/)l + /lx (/)[sin(2^:// + (-/)) + 5/^7(/) + ,V(/)"| + Dx c(/)x(/) 3 4
[0021 ]其中夕〇) = 2 sin(2;r/f + <p) +辦奶(/) + 為輸入矩陣，包括周期性正弦信號 d sin(2;r片+ 0)，光譜測量信號Spect⑴，以及內秉噪聲N(t)，A是信號幅度，f是信號頻 率，D是外噪聲強度，Ut)是外噪聲，x(t)為布朗運動粒子運動軌跡函數，t是運動時間；
[0022] 計算一層隨機共振模型V(x，t，a)對于x(t)的一階、二階和三階導數，并使得其 等式為0,得到二層隨機共振模型，
[0023]
【權利要求】
1. 一種新型牛肉新鮮度檢測裝置，其特征在于：包括座體（I)，在座體上設置有浮池 (2)，浮池內設有液體，在浮池內漂浮有放置樣本的圓形托盤（3)，在托盤邊緣處設置有一對 永磁體（6)，在浮池兩端處分別設置有電磁體一（5)，在托盤的底部上設置有定位桿（7)，在 浮池底部上沿中軸線排列設置有若干個與定位桿花鍵配合的定位旋轉塊（8)，在定位旋轉 塊的下部設置有吸附定位桿的電磁體二，各定位旋轉塊聯動相連，在座體上方設置有調整 支架，調整支架上設置有照射光源，照射光源位于托盤的上方，在座體內還設置有控制單元 (28)，控制單元與照射光源、調整支架、電磁體一、電磁體二、定位旋轉塊控制相連； 照射光源：對樣品發射檢測光束，并能接收樣品上的反射光信息，反饋給控制單元； 控制單元：控制照射光源、調整支架、電磁體一、電磁體二、定位旋轉塊工作，根據照射 光源反饋的光譜信息，通過隨機共振分析計算出樣品信噪比，并同數據表比較后得出樣品 新鮮度信息。
2. 根據權利要求1所述的新型牛肉新鮮度檢測裝置，其特征是所述浮池（2)為長方形， 浮池的寬度大于或等于托盤（3)直徑長度，浮池的長度大于或等于托盤直徑1. 5倍的長度， 所述永磁體（6)分別設置在托盤同一直徑的兩端處，所述兩個電磁體一設置在同一直線上 且設置在浮池兩端的中間位置。
3. 根據權利要求1所述的新型牛肉新鮮度檢測裝置，其特征是所述定位桿（7)堅直朝 下設置在托盤（3)底部，定位桿的前端具有定位鍵（9)，定位鍵包括四條定位條（16)，定位 條構成為十字形，且其中一對相對的定位條長度大于另一對相對的定位條長度，定位條表 面為傾斜狀，使得定位鍵整體形成尖端的結構，所述定位旋轉塊（8)上設置有與定位鍵互 補配合的定位槽（10)。
4. 根據權利要求1或3所述的新型牛肉新鮮度檢測裝置，其特征是所述定位旋轉塊 (8)底部上設置有旋轉軸（14)，旋轉軸上連接有防水密封軸承（11)，防水密封軸承安裝在 浮池（2)底部上，在旋轉軸的前端連接有第一錐形齒輪（13)，在第一錐形齒輪下方沿長度 方向設置有傳動軸（31)，在傳動軸上對應第一錐形齒輪處分別設置有第二錐形齒輪，第一 錐形齒輪與第二錐形齒輪相嚙合，所述傳動軸一端與步進電機（15)相連。
5. 根據權利要求1或2或3所述的新型牛肉新鮮度檢測裝置，其特征是所述調整支架 (17)包括第一桿體（18)、第二桿體（19)、旋轉絲桿（20)和導向桿（21)，第一桿體堅直設 置，所述照射光源（4)通過轉軸（29)連接在第一桿體的下端上，轉軸與驅動其轉動的第一 電機相連接，第一桿體上端穿在軸承（27)上，在軸承上部設置有第二電機（25)，第二電機 輸出軸與第一桿體上端連接，所述第二桿體與第一桿體相垂直設置，第二桿體前端固定在 第一軸承上，在第二桿體后端依次設置有螺紋套（22)和導向套（23)，所述旋轉絲桿和導向 桿并排設置在座體（1)上，螺紋套和導向套分別套置在旋轉絲桿和導向桿上，在旋轉絲桿 下端連接有第三電機（26)，第一電機、第二電機、第三電機分別連接在控制單元（28)上。
6. -種新型牛肉新鮮度檢測方法，采用權1-5任一項中的裝置，其特征是：包括以下步 驟： 步驟一：預先檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發性基氮值，得到與若干組與照射光源 所在位置對應的牛肉新鮮度閾值； 步驟二：制備牛肉樣品，將樣品放置在托架上，調整好照射光源位置，啟動裝置，移動托 盤到旋轉定位槽位置處，對照射光源照射的檢測點進行檢測，之后旋轉托盤一個角度后對 另一個檢測點進行檢測，直到托盤旋轉360度后，再控制托盤前進到下一個旋轉定位槽處 重復上述檢測，且在每個檢測點上照射光源強度在照射過程中按照正切曲線增加然后按照 斜線下降變化，控制單元采集反射光譜數據； 步驟三：將各個檢測點光譜數據代入隨機共振模型中，通過對一層隨機共振模型進行 一階、二階、三階求導，得到二層隨機共振模型，并將一層隨機共振模型通過四階瓏格庫塔 算法，計算出各個檢測點信噪比輸出值； 步驟四：將各檢測點信噪比輸出值與其對應的新鮮度閾值進行比較得出各檢測點信噪 比輸出誤差值，然后對各信噪比輸出誤差值進行分類統計，判斷樣品是否為新鮮。
7.根據權利要求6所述的新型牛肉新鮮度檢測方法，其特征是步 驟二中將采集的各光譜數據分別代入隨機共振模型內，其公式如下，
其中S(i) = z/sin(2;r./? + 的 + S/vrt⑴+ ⑴為輸入矩陣，包括周期性正弦信號 d sin(；2；T/i + ￠7)，光譜測量信號Spect (t)，以及內秉噪聲N (t)，A是信號幅度，f是信號頻 率，D是外噪聲強度，ξ (t)是外噪聲，x(t)為布朗運動粒子運動軌跡函數，t是運動時間； 計算一層隨機共振模型V(x，t，α)對于x(t)的一階、二階和三階導數，并使得其等式 為〇,得到二層隨機共振模型，
設定噪聲強度〇 = 0,5^(27：/〖+ 9〇 = 1，5口6(31:(1:)=0，1^(1:)=0，計算得到六的臨界值 為Λ =>/如3/270，將A。代入一層隨機共振模型中，并設定X(l(t) =〇, sn(l = 〇,采用四階瓏 格庫塔算法求解一層隨機共振模型，得到： xn+\ = xn + +(2-^2)^ +(2 + sf2)k, +?]f Ο,I,'",TV-I (3) 其中，待定系數：
其中，Xn為X⑴的η階導數，snn是S (t)的η階導數在t = O處的值，a、b為雙穩態 勢函數系數，h是設定的計算步數。 對以〇，12(〇,…，一⑴進行積分，得到x(t)，并得到x(t)在一層隨機共振模型和 二層隨機共振模型組成的雙層隨機系統產生隨機共振時刻的位置1111值、與Xnl相對應的共振 時刻tl及與tl所對應的噪聲Dl，Dl為D中一個值； 然后通過公式
計算各光譜數據輸出的信噪比，得到各檢測點信噪比輸出值，其中AU = a2/4b。
8. 根據權利要求6或7所述的新型牛肉新鮮度檢測方法，其特征是步驟四中輸出 信噪比誤差為將各檢測點輸出信噪比與對應檢測點的新鮮度閾值進行計算，其公式為
統計的過程為計算滿足QEi < 5%的輸出信噪比誤差的 個數，記為M1,計算滿足QEi > 5%的輸出信噪比誤差的個數,記為M2:
則做出 樣品新鮮的判斷
，則做出樣品不新鮮的判斷，若都否則返回步驟二對樣品重 新檢測并進行數據處理。
9. 根據權利要求6或7所述的新型牛肉新鮮度檢測方法，其特征是牛肉新鮮度閾值的 檢測過程為：每天檢測一次牛肉的揮發性鹽基氮數值，直至某天樣品的揮發性鹽基氮數值 第一次超標，則將該天樣品進行步驟二至步驟三的操作，得到的信噪比輸出即為新鮮度閾 值。
【文檔編號】G01N33/12GK104374710SQ201410407002
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】惠國華, 陳書劍, 蔡艷萍, 韓圓圓, 劉偉 申請人:浙江工商大學