专利名称：生鲜肉水分无损在线检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及食品无损在线检测技术领域，特别是涉及一种基于可见/近红外光谱技术的生鲜肉水分无损在线检测系统。
背景技术：
随着人们生活水平的不断提高，消费者对生鲜肉的品质检测和分类的要求也日益提高，生鲜肉品质及安全问题已受到越来越多的关注。肉类产品生产、加工和销售等企业为了增强市场竞争力、保证产品的质量，迫切需要对生鲜肉品质参数进行评定，以便实现按质论价，以期满足不同消费者的需求和达到利益最大化。因此具有非破坏性、无需样品预处理、分析时间短以及无污染等特点的生鲜肉快速检测控制技术，日益受到质量管理机构、肉制品生产加工企业和消费者的高度重视。
用于生鲜肉品质检测的常规分析方法存在分析时间长、分析过程复杂、对样品有破坏等弊端，不能用于在线检测。而现实流水线生产加工过程的连续性不能使生产过程停止来实现检测，这就需要在生产线上进行实时检测和质量控制。
光谱分析技术是近年来发展起来的一种快速无损检测技术，可以在生产过程中实时获得样品的客观品质信息，在过程分析、在线质量监控中都发挥着极其重要的作用。其中的可见/近红外光谱分析技术，因其仪器简单、分析速度快、非破坏性和样品制备量小、不需前处理、几乎适合各类样品分析和多组分多通道同时测定等特点，成为在线分析仪中的一枝奇葩。另外，可见/近红外光在光纤中有着良好的传输特性，所以它与光纤技术相结合具有实现生产过程实时在线控制的巨大潜力。
国际上尤其是国外，在基于可见/近红外光谱技术对生鲜肉品质的在线无损检测取得了一定的研究成果，但主要是针对牛肉或猪肉肉糜进行在线检测，并且大多是对样品的某一个位置进行光谱信息的采集，或对不同位置通过移动光纤探头或样品进行信息的采集；另外检测仪器的波长范围不够宽，无法涵盖反映品质参数的全面的特征关系信息。这些研究方法不能满足屠宰生产线快速检测的要求。发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提高生鲜肉品质的在线检测速度和精度。
( 二 )技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种生鲜肉水分无损在线检测系统，其包括
光照单元，发出光线，照射在被测生鲜肉表面；
光谱信息采集单元，设置在被测生鲜肉上方，采集被测生鲜肉表面的光谱信息；
数据处理与控制单元，与光谱信息采集单元相连，根据所采集的被测生鲜肉表面光谱信息获得生鲜肉水分信息。
其中，所述光谱信息采集单元包括
双通道光谱仪；
光纤多路复用器，通过Y型光纤与双通道光谱仪相连，通过数据接口与数据处理单元相连；
所述光纤多路复用器的接口连接多条分叉光纤探头，所述光纤探头位于被测生鲜肉上方。
其中，所述光照单元包括通过光纤与光纤衰减器相连的卤钨灯，所述光纤衰减器与所述光纤多路复用器相连。
其中，所述双通道光谱仪的波长范围为400nm-2500nm。
其中，所述光谱信息采集单元还包括
光谱采集室，设置在光纤探头外部；
光纤探头支架，位于被测生鲜肉上方，其底部开有凹槽；光纤探头固定在光纤探头支架上，且光纤探头底端位于凹槽上方。
其中，还包括被测生鲜肉传送单元，位于所述光谱采集室下方，其包括
传送带，安装在传送带支架上，其上放置被测生鲜肉；
驱动电机，通过链条、链轮与摩擦滚轴相连，传送带穿过摩擦滚轴。
其中，所述传送带上方设置有与所述数据处理与控制单元相连的第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器用于检测传送带上是否有被测生鲜肉，所述第二光电传感器用于检测被测生鲜肉的长度；所述光谱采集室外侧壁上方设置有与所述数据处理与控制单元相连的红外测距传感器，用于检测被测生鲜肉相对于红外测距传感器的高度。
其中，所述光纤探头支架固定在二维运动平移台上，所述二维运动平移台位于光谱采集室内，且与所述数据处理与控制单元相连，由数据处理与控制单元控制其移动。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下优点可实现生鲜肉分割生产线肉品质的在线快速无损检测，能完成对生鲜肉水分的在线评定，可使生鲜肉品质的检测更具有客观性、准确性；为生鲜肉的生产、加工、销售和检验等部门提供了一种快速检测和分级手段，以便实现按质论价，满足不同层次消费者的需求，有着广阔的应用前景。
图1是本发明实施例的生鲜肉水分无损在线检测系统的结构示意图2是本发明实施例的数据处理与控制单元的总体模块图3是本发明实施例的光纤探头支架的机构示意图4是图3中光纤探头支架的俯视图。
其中，1 双通道光谱仪；2 =Y型光纤；3 光纤多路复用器；4 光纤探头；5 光纤衰减器；6 普通光纤；7 卤钨灯；8 第一滚轴；9 传送带支架；10 第一光电传感器；11 传送带；12 第一张紧滚轴；13 驱动电机；14 链条；15 链轮；16 摩擦滚轴；17 第二张紧滚轴；18 第二滚轴；19 平移台支架；20 计算控制器；21 红外测距传感器；22 二维运动平移台；23 光纤探头支架；24 第二光电传感器；25 光谱采集室。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1所示为生鲜肉水分无损在线检测系统示意图，图中的双通道光谱仪1波长覆盖范围为400-2500nm，分为两个通道，通过Y型光纤2与光纤多路复用器3相连，加上八条分叉光纤探头4组成光谱采集装置。20W的高功率卤钨灯7、光纤衰减器5和普通光纤6组成光照系统，其中光纤衰减器是为了调节光照强度，目的是避免光谱仪的探测器饱和。固定在传送带支架9上的第一光电传感器10检测样品信号，并将信号传入计算控制器20，触发控制双通道光谱仪1、光纤多路复用器3以及八个光纤探头4依次对样品的八个不同位置进行光谱信息的采集。红外测距传感器21检测样品表面的高度，第二光电传感器M用于检测样品长度信号，并将信号传入控制系统，通过比较分析，控制步进电机正、反向转动，从而使二维运动平移台向相应的方向运动，用于调整与之相连的光纤探头支架23与样品之间的相对位置。光纤探头支架23用于安装固定八条分叉光纤探头4，使其位置固定，进而保证光纤探头4与所有待检测样品的距离一致。光纤探头支架23下端开有一个直径为50mm的孔，孔上安装有特制石英片，其下方外围设计一个凸台，目的是既保证光纤探头能不失真地进行光谱信号的采集又不受外界环境的污染，同时能确保支架下表面接触样品时石英片距离样品表面有一定距离。驱动电机13通过链轮15和链条14驱动摩擦滚轴16转动，并通过第一滚轴8、第二滚轴18、第一张紧滚轴12和第二张紧滚轴17带动传送带11运行，传送带11的运行速度可通过调节驱动电机13转速进行控制。为防止外部光干扰，光谱采集装置安装在一个密闭的光谱采集室25内。
图2为生鲜肉水分无损在线检测系统软件总体模块图，主要包括六个模块传送带运行控制模块用于控制传送带的运行速度，光谱仪参数设置模块用于对光谱仪的相关参数进行设置，样品表面高度检测模块用于检测样品表面高度，进而控制光纤探头支架运动， 使光纤探头和样品表面的距离保持一致，信息采集控制模块用于控制光谱仪实时采集光谱信息，光谱信息处理模块对采集的光谱信息进行分析处理，品质参数显示模块可实时显示样品品质参数的测量值，评定等级输出模块用于把样品的测量值与各个等级参考值进行比较并输出评定等级。
本实施例的软件基于光谱仪的SDK开发包用VC++语言进行二次开发。包括系统开启按钮，光谱仪设置、黑白参考获取、多路复用器参数设置、传送带速度设置等参数设置， 传感器检测信号、光谱信息采集信号等信号显示信息，光谱信息采集、数据预处理和水分含量计算等按钮。另外还可通过组合复选框选择不同建模方法，对水分值进行预测，同时预测评定结果可在线显示。
图3和图4是本发明的光纤探头支架图，用于安装固定8条分叉光纤探头4。为保证所有光纤探头与样品的距离保持一致，同时保证所检测的部位较均勻，在圆柱形支架的两个圆周上分别均布加工四个孔，以便将八条光纤探头固定。光纤探头支架23下端开有一个直径为50mm的孔，孔上安装有特制石英片，目的是既保证光纤探头能不失真地进行光谱信号的采集又不受外界环境的污染。其下方外围设计一个凸台，能确保支架下表面接触样品时石英片和样品表面有一定距离。
本发明的检测过程如下1)启动系统，根据检测要求通过软件对双通道光谱仪1 和传送带11的运行速度等参数进行设置；幻将样品放置于传送带11上，运行过程中第二光电传感器M检测到被测生鲜肉的长度；当样品运行到红外测距传感器21下方时，通过红外测距检测样品表面的高度，并将信号传入计算控制器20，通过比较分析，由控制模块发出信号控制二维运动平移台22上的步进电机正、反向转动，从而驱动二维运动平移台22运动，调整与其相连的平移台支架19的高度。幻当样品运行至平移台支架19下方时，第一光电传感器10检测到样品信号，将信号传入信号控制单元，进而触发双通道光谱仪1，对样品的8个不同位置同时进行光谱信息的采集。4)所采集的光谱数据通过信息处理模块进行预处理和数据分析，通过选择不同的模型，得出检测结果。幻而后对检测结果进行评定与实时在线显示。
在对检测结果进行处理时，本实施例采用中值平滑、多元散射校正(MSC)和一阶导数等复合处理，以消除干扰信息。采用基于预测浓度残差、Chauvenet检验法及杠杆值与学生残差检验等方法对异常值进行剔除，分别采用偏最小二乘法(PLSR)和多元线性回归法(MLR)建立预测模型。
由以上实施例可以看出，本发明实施例为了提高生鲜肉水分在线检测过程中的建模精度和检测速度，利用波长范围为400-2500nm的双通道光谱仪和八条分叉光纤对每个样品的八个不同位置依次采集光谱信息，然后取其均值，建立水分参数的检测模型，对生鲜肉品质进行在线快速和精确的检测与评定，这对优化生鲜肉生产加工工艺、提高肉类产品的经济效益、保障消费者的合法权益、保证肉类产品的质量具有重要意义和实用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.生鲜肉水分无损在线检测系统，其特征在于，包括光照单元，发出光线，照射在被测生鲜肉表面；光谱信息采集单元，设置在被测生鲜肉上方，采集被测生鲜肉表面的光谱信息；数据处理与控制单元，与光谱信息采集单元相连，根据所采集的被测生鲜肉表面光谱信息获得生鲜肉水分信息。
2.如权利要求1所述的生鲜肉水分无损在线检测系统，其特征在于，所述光谱信息采集单元包括双通道光谱仪；光纤多路复用器，通过Y型光纤与双通道光谱仪相连，通过数据接口与数据处理单元相连；所述光纤多路复用器的接口连接多条分叉光纤探头，所述光纤探头位于被测生鲜肉上方。
3.如权利要求2所述的生鲜肉水分无损在线检测系统，其特征在于，所述光照单元包括通过光纤与光纤衰减器相连的卤钨灯，所述光纤衰减器与所述光纤多路复用器相连。
4.如权利要求2所述的生鲜肉水分无损在线检测系统，其特征在于，所述双通道光谱仪的波长范围为400nm-2500nm。
5.如权利要求2所述的生鲜肉水分无损在线检测系统，其特征在于，所述光谱信息采集单元还包括光谱采集室，设置在光纤探头外部；光纤探头支架，位于被测生鲜肉上方，其底部开有凹槽；光纤探头固定在光纤探头支架上，且光纤探头底端位于凹槽上方。
6.如权利要求5所述的生鲜肉水分无损在线检测系统，其特征在于，还包括被测生鲜肉传送单元，位于所述光谱采集室下方，其包括传送带，安装在传送带支架上，其上放置被测生鲜肉；驱动电机，通过链条、链轮与摩擦滚轴相连，传送带穿过摩擦滚轴。
7.如权利要求6所述的生鲜肉水分无损在线检测系统，其特征在于，所述传送带上方设置有与所述数据处理与控制单元相连的第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器用于检测传送带上是否有被测生鲜肉，所述第二光电传感器用于检测被测生鲜肉的长度；所述光谱采集室外侧壁上方设置有与所述数据处理与控制单元相连的红外测距传感器，用于检测被测生鲜肉相对于红外测距传感器的高度。
8.如权利要求7所述的生鲜肉水分无损在线检测系统，其特征在于，所述光纤探头支架固定在二维运动平移台上，所述二维运动平移台位于光谱采集室内，且与所述数据处理与控制单元相连，由数据处理与控制单元控制其移动。
全文摘要
本发明公开了一种生鲜肉水分无损在线检测系统，包括光照单元，发出光线，照射在被测生鲜肉表面；光谱信息采集单元，设置在被测生鲜肉上方，采集被测生鲜肉表面的光谱信息；数据处理与控制单元，与光谱信息采集单元相连，根据所采集的被测生鲜肉表面光谱信息获得生鲜肉水分信息。本发明可实现生鲜肉分割生产线肉品质的在线快速无损检测，能完成对生鲜肉水分的在线评定，可使生鲜肉品质的检测更具有客观性、准确性，为生鲜肉的生产、加工、销售和检验等部门提供了一种快速检测和分级手段，以便实现按质论价，满足不同层次消费者的需求，有着广阔的应用前景。
文档编号G01N21/27GK102507460SQ201110300820
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者刘巧巧, 张海云, 彭彦昆, 欧阳文, 王伟, 赵松玮, 陶斐斐 申请人:中国农业大学