用于检测奶中的异常物质的光学器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能够检测流体的颜色变化的光学装置，这种颜色变化指示了例如血液 等污染物的存在。本发明尤其涉及用于在半自动和机器人技术挤奶系统中实时检测奶的颜 色变化的光学装置。
【背景技术】
[0002] 奶作为许多产品的初始原材料以及作为最终成品均为一种重要的食料。奶生产过 程的一重要部分是确保奶具有良好的质量且特别是不含细菌和其它病原体或可能对奶的 质量产生影响的污染物。当牛奶场动物罹患乳房感染时，最早的外在迹象通常是奶的变化。 具体而言，奶中可能含有少量的血、脓或改变奶的颜色的其它污染物。许多国内和国际的法 规都规定所有这样的奶都要分离出去而不能用于人类消费。在自动挤奶系统中，奶杯是自 动连接至动物的奶头上的，对奶进行视觉检查是不切实际的，但是需要对奶进行质量核查 和可能需要将奶分离出去，对于防止不合格的奶被混入健康动物生产的奶中以免造成对大 批量牛奶的质量的损害是极为重要的。
[0003] DE 27 59 126描述了一种分离奶的装置，其包括光源和检测奶颜色的光敏二极 管。当奶的颜色指示其包含血和脓时，将这些奶转移至一单独的容器。该系统，虽然其能够 确定出一定程度的颜色变化，但不能提供任何高精度且因此存在将不合格的奶混入大批量 奶中或将好奶废弃掉的风险。
[0004] WO 98/30084描述了一种自动挤奶装置，其配备有颜色传感系统，其对于红色、绿 色和蓝色的光的频带较敏感。将来自每一种色带的强度信号相互比较并与参考值进行比较 以确定颜色的变化。这些参考值可以是近来在以前进行的许多轮挤奶中针对每一个动物所 确定的值的平均值，或从所有动物的奶中获取的公值。虽然这一系统能够通过检测不同颜 色更精确地确定颜色变化，但是其仍需要仔细校准以保持这种精确性以及补偿温度的改变 和不同组分的老化，这终将使其难于在实际中可靠地使用。
[0005] 本发明的目的是克服现有技术中的问题并提供一种能够检测出指示奶、奶产品以 及其它流体中存在一定污染物的颜色变化的传感器装置，并且这种传感器装置是内在精 确的并且随时间的过去仍是可靠的。
【发明内容】
[0006] 这一目的以及其它的目的以如随附的权利要求书中限定的检测流体中颜色变化 的装置、挤奶装置、奶量计以及检测流体中颜色改变的方法来实现。
[0007] 更具体地，依据本发明的一方面，提出一种用于检测流体中颜色变化的装置，其包 括用于检测流体中特定颜色频率的强度的光学装置，该光学装置被布置成耦接至适于盛载 流体的容器。该光学装置包括白光发光器和检测器，该检测器被布置成检测来自容器中包 含的流体的光并生成表示检测到的红色光、蓝色光、绿色光和白色光的强度的信号。该光学 装置进一步包括处理器，其被连接至检测器，并被布置成接收信号和计算代表检测到的红 光与检测到的白光的比率、检测到的蓝光与检测到的白光的比率和检测到的绿光与检测到 的白光的比率的值。该处理器进一步被配置成将获得的比率与参考值进行比较，并在比较 的结果指示这些比率与参考值不同时生成信号。
[0008] 通过生成每一个接收到的颜色的强度与接收到的白光的强度的比率或分数，致使 这些值实质上是自补偿的，因此这些值在很大程度上对温度的改变和由于组件老化可能随 时间发生的强度的改变不敏感。因此校准非常简单或者甚至不需要，这取决于所需要的准 确度。
[0009] 可将光学装置耦接至容纳流体的容器。为了本说明书的目的，术语"容器"旨在表 示任何器皿、接受器，或能够保留或引导流体的导管，并且涵盖了样本腔室或杯以及被设计 成保留通过导管的一部分流体的管子或软管或在导管内的坑或袋。结果，通过这种方法被 测试的流体可被基本静止地保留在该容器中、或可处于运动中、流过容器，或临时由该容器 保存。
[0010] 优选地，处理器被配置成将比率与参考值进行比较，例如根据参考流体样本或之 前从同一个或不同源获取的流体样本得到的参考值。这些参考值可以是针对每一个颜色比 率的各自的值，或值的范围，生成的比率若在该范围以外则指示在流体中存在污染物，例如 在奶中有血或脓。
[0011] 在优选的实施例中，白光发光器和检测器被并排布置，使得发光器发出的光将被 容器中的奶反射并且被检测器检测。通过检测反射光而不是被吸收或的光或发出的光，测 量可对任意流体厚度执行，并因此在很大程度上与容纳流体的容器的直径以及流过该容器 或在其中所保存的流体量无关。
[0012] 在具有特定优点的装置中，白光发光器为广角发光器，优选地是广角LED。这使得 即使在发光器和检测器被布置成非常接近彼此的情况下检测器也能够检测到反射信号。因 此该光学装置的总体大小可以非常小，这意味着其可内置到各种不同的容器内，例如挤奶 装置的奶管线、奶量计或奶杯中、在处理工厂中用于流体食料的其它管线或容器或甚至是 用于容纳流体的纸盒或包装中。在发光器和检测器被布置在印刷电路板的同一侧时，这种 尺寸优势进一步增强。
[0013] 同时，使用强度比率来确定流体中每一个颜色的比例意味着在这些比率中的所有 变化对于温度变化并不敏感，随着温度将呈现微小的改变。为了实现对颜色变化的特别准 确的判定，从而确定非常小的浓度的污染物的存在性，因此可能有利的是提供被布置在印 刷电路板的同一侧上的温度传感器，用于测量白光发光器和检测器周围的环境温度，并因 此提供这些组件的操作温度的信息，测量的温度可被用于纠正比率。
[0014] 在本发明的特定有利的实施例中，检测器包括检测元件的阵列，阵列包括至少一 个被布置成检测红色光的元件、至少一个被布置成检测绿色光的元件、至少一个被布置成 检测蓝色光的元件，和至少一个被布置成检测白色光的元件。优选地，阵列包括相等个数的 红色、蓝色、绿色和白色光检测元件，以确保均匀分散和分布所检测到的颜色。
[0015] 优选的是，当检测元件包括被布置成检测白色光的光电二极管时，并且其中至少 一个红色检测元件进一步包括红色滤波器，至少一个绿色检测元件进一步包括绿色滤波器 且至少一个蓝色检测元件进一步包括蓝色滤波器。通过为每一个检测元件使用相同的基本 组件，即用于检测白光的光电二极管，这些组件将具有相同的电气特征并且这些特征将趋 向于随着老化以同样的方式改变。这有利于颜色变化检测装置随时间经过的自补偿属性。
[0016] 同样有利的是，将红外滤波器放置在所有检测元件之前，尤其是在用于红色和白 色光的检测元件之前，以消除可由阳光冲击流体或其容器而导致的乱真信号。
[0017] 在本发明的优选实施例中，检测器进一步包括被布置成放大从每一个检测元件接 收到的信号的至少一个放大器、被布置成对从每一个检测元件接收到的信号求积分的至少 一个积分器，以及被布置成将从每一个检测元件接收到的信号数字化的至少一个模-数转 换器，并且其中将处理器布置成改变所述放大器的放大和所述积分器的积分时间中的至 少一者以改变所述检测器的动态范围。积分时间相当于检测器对于被照射流体的暴露时 间。改变应用于每一个颜色强度信号的放大和/或暴露或积分时间的能力意味着可将光学 装置调节成在任意系统和状态下最适宜地进行响应而不需要改变照射强度。
[0018] 依据本发明的装置适于检测任意流体中的颜色变化，但尤其适于检测流体食料中 的颜色变化，以确定其中污染物的存在性，并且在用于检测奶中或由奶衍生的产品中的颜 色变化以推断存在血、脓或标志着健康问题或质量下降的其它成分时是尤其有优势的。用 于盛载流体的容器因此优选地被配置成盛载奶，无论该容器的形式为在两点之间运输奶的 导管还是至少临时保存奶的盛载物。
[0019] 在本发明的进一步的实施例中，检测颜色变化的装置结合在挤奶装置中并由于检 测奶中的颜色变化。该装置包括多个奶杯，用于连接至动物的奶头，具有用于将奶从奶杯运 输至存储容器的至少一个奶管线。在这种情况下，光