一种油脂色泽检测系统及方法与流程

本发明涉及光电检测技术领域，更具体地，涉及一种油脂色泽检测系统及方法。

背景技术：

油脂质量的好坏关系着人们的身体健康和我国油脂销售情况，其品质已成为影响油料和油脂行业竞争力的关键因素。色泽作为油脂定级、定价和消费者选购油料的重要外观依据，是油脂品质检测的重要指标之一。对油脂色泽的测定能够改善油脂加工工艺和条件，为食品工业安全提供保障并增强我国进出口贸易。

目前，罗维朋颜色装置是度量油脂颜色的国际统一标准，罗维朋比色计作为罗维朋颜色装置对应的仪器，是目前国际上通行的油脂检测仪器。罗维朋比色法采用目视的方法用罗维朋标准比色片的合成颜色来匹配油脂样品色，也是我国油脂质量检测的基本方法。

但采用人工目视法，对观察者视觉要求过高，存在不可避免的人工测量偏差，测量结果容易受到测量者和测量环境的影响；另外，目视法操作过程繁琐，自动化程度低，劳动强度大，不能进行连续测量；同时，由于色片组合方式复杂，长时间的测量会导致罗维朋色片失准。

英国tintometer公司于1984年研制出了af960自动比色计，但研究发现此比色计不能和目视比色计形成良好的相关性，不能被广泛使用。日本研制的kc-560联机自动光谱油脂颜色测定仪，因其价格昂贵，测量环境要求高，只能用于工厂或实验室油脂的测量。1996年，美国，加拿大等12个国家共同研制的增强联机比色计pfx990，其红值和罗维朋比色计有较好的相关性。目前，国外通常采用tintometer公司研制的高精度自动比色计pfx995系列进行油脂色泽的测量，此电子比色计价格昂贵，不满足我国目前食用油品级界定标准。

目前国内用于油脂色泽测定的自动比色方法主要有光电积分法和分光光度法。光电积分法的原理是模拟人眼的三刺激值特性，采用光电积分方法，直接测得颜色的三刺激值，从而计算待测材料的颜色。光电积分测色仪主要有光源、探测器、数据处理器和输出单元四部分组成。由于其对颜色的绝对测量精度不高，主要用于测量两物体的颜色差。分光光度法不是直接测量颜色的三刺激值本身，而是通过测量光源的光谱功率分布计算颜色的三刺激值。主要有单色仪和探测器两部分组成。但由于其研制成本高，此比色计并没有实现产品化。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术的上述缺陷，提供一种油脂色泽检测系统及方法。

一方面，本发明提供一种油脂色泽检测系统，包括光处理装置和计算装置，所述光处理装置包括光源、第一准直透镜、样品槽、比色皿、柱镜、光栅和线阵ccd传感器；所述光处理装置与所述计算装置进行电连接；

所述比色皿中装有待测油脂，所述比色皿放置于所述样品槽中；光源发出的光线透过第一准直透镜和样品槽，经光栅衍射后透过柱镜到达线阵ccd传感器构成测量光路；

所述计算装置，用于根据线阵ccd传感器采集的光谱数据，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，并采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。

其中，所述光处理装置还包括光学小孔、可调狭缝、第二准直透镜和第三准直透镜，所述光学小孔包括第一光学小孔和第二光学小孔；

所述第二准直透镜、可调狭缝和第三准直透镜依次设置在所述样品槽和所述柱镜之间，所述可调狭缝位于通过第二准直透镜的光线的交点处；所述第一光学小孔设置在所述第一准直透镜和所述样品槽之间，所述第二光学小孔设置在所述样品槽和所述第二准直透镜之间。

其中，所述计算装置，还用于根据所述待测油脂的色度值，判断油品的等级。

其中，所述光处理装置放置于暗箱中，所述暗箱的表面设有开关、电源接口、usb接口以及样品放置入口，所述光源为碘钨灯。

其中，所述计算装置通过usb数据线与所述光处理装置电连接，所述计算装置为计算机或平板电脑。

另一方面，本发明还提供一种油脂色泽检测方法，包括：

步骤s1，选择稳定的光源，将装有待测油脂的比色皿置于样品槽中；

步骤s2，线阵ccd传感器采集的光谱数据经usb数据线传入计算装置，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线；

步骤s3，计算装置根据所述待测油脂的光谱曲线，采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。

其中，所述方法还包括，根据所述待测油脂的色度值，判断所述油脂的等级。

其中，所述通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线包括：

将低压汞灯放入样品槽，装置通电之后，获得低压汞灯的汞特征谱线，根据所述低压汞灯的汞特征谱线，对线阵ccd传感器进行校准，计算ccd波长和像素的线性对应关系；已知汞灯光源波峰处的波长，找到两组波峰对应的像素点的坐标，通过拟合得到线阵ccd传感器波长/像素间的关系，将线阵ccd传感器测得的光谱曲线由光强/像素关系转化为光强/波长关系，从而获得待测油脂的光谱曲线。

其中，所述步骤s3中，所述采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值包括：

步骤s31，测量无样品时透射光强随波长的变化t空(λ)，然后将待测油脂样品放入样品槽测量出样品光谱t样品(λ)，将两光谱相除得到样品的透射光谱t；

步骤s32，将透射光谱t分为波长选择透射部分t(λ)和普通透射部分t0，找到所测样品透射光谱t的最大值t0，计算波长选择透射部分透射光谱t(λ)＝t/t0，测量r,y,b数值为10的波长选择透射谱，计算对数形式光谱logy10(λ)、logr10(λ)和logb10(λ)，其中，r、y、b数值单位是罗维朋单位；

步骤s33，计算待测油脂的色度值：

式中，r、y、b、w为待测油脂各颜色的色度值；λmax为可见光波长最大值；λmin为可见光波长最小值；t0为透射光谱中普通透射部分；y10为y10(λ)光谱曲线的最大值；r10为r10(λ)光谱曲线的最大值；b10为b10(λ)光谱曲线的最大值。

其中，所述线阵ccd传感器多次采集样品的光谱数据；相应的，所述计算装置根据多次采集到的光谱数据取平均值，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，并采用对数法进行光谱分析，计算所述待测油脂的色度值。

本发明提供的油脂色泽检测系统及方法，根据光学元件各自的特性搭建光路，使用线阵ccd传感器采集光谱数据，并将光谱数据通过usb数据线传入计算装置，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。与现有的罗维朋比色法相比，实现了油脂色泽自动测量，避免了目视测量过程中的人为误差和环境因素的影响，降低了劳动强度，提高了测量精度和测量速度；利用多次测量取均值的测量方法，提高了测量结果的可靠性。

本发明采用对数法直接处理光谱，减少了将罗维朋标准色片存入数据库进行检索匹配所消耗的时间，提高了运算速度，节省了工作时间。本发明提供的油脂色泽检测系统，硬件结构紧凑，成本低，满足我国食用油品级界定标准，性能稳定，可连续测量。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的油脂色泽检测系统硬件结构图；

图2为根据本发明实施例提供的油脂色泽检测方法流程示意图；

图中：1：光源；2：第一准直透镜；3：平行光；4：第一光学小孔；5：样品槽；6：第二光学小孔；7：第二准直透镜；8：可调狭缝；9：光栅；10：柱镜；11：线阵ccd传感器；12：usb数据线；13：计算装置；14：第三准直透镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为根据本发明实施例提供的油脂色泽检测系统硬件结构图。如图1所示，油脂色泽检测系统包括光处理装置和计算装置，所述光处理装置包括光源1、第一准直透镜2、样品槽5、比色皿、柱镜10、光栅9和线阵ccd传感器11；所述光处理装置与所述计算装置进行电连接；

所述比色皿中装有待测油脂，所述比色皿放置于所述样品槽5中；光源1发出的光线透过第一准直透镜2和样品槽5，经光栅9衍射后透过柱镜10到达线阵ccd传感器11构成测量光路；

所述计算装置13，用于根据线阵ccd传感器11采集的光谱数据，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，并采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。

电荷藕合器件图像传感器ccd(chargecoupleddevice)，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。

具体地，光源1发出的光透过第一准直透镜2变为平行光3，平行光穿过样品槽5中的比色皿，比色皿中装有待测油脂，光线经过光栅9衍射后变为不同波长的光束，不同波长的光束经过柱镜10准直后成像到线阵ccd传感器11上，线阵ccd传感器11测得的光谱数据传入计算装置13中。

进一步地，计算装置13接收到光谱数据之后，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，汞灯标记的过程具体为：将低压汞灯放入样品槽，装置通电之后，获得低压汞灯的汞特征谱线，对线阵ccd传感器进行校准，计算ccd波长和像素的线性对应关系；已知汞灯光源波峰处的波长，找到两组波峰对应的像素点的坐标，通过拟合得到线阵ccd传感器波长/像素间的关系，将线阵ccd传感器测得的光谱曲线由光强/像素关系转化为光强/波长关系，从而得到待测油脂的光谱曲线。

进一步地，采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值；光源发出的光经过ryb各组合滤光片的透射函数为：t＝ryb，通过对此函数两边取对数，可得：

logt＝logr+logy+logb

通过取对数法将乘法运算转化成加法运算，既方便进行数据处理，又能提高运算速度。将透射谱t分为波长选择透射部分和普通透射部分，可得：

t＝t0t(λ)

logt＝logt0+logt(λ)

t0为普通透射部分，t(λ)为波长选择部分，因为对读数有影响的是可见光波段的光谱，所以只考察可见光波长范围内的透射谱。找到波长范围内所测光谱的最大值即为t0，由此，计算出t(λ)＝t/t0。

在本实施例中，首先通过上述油脂测量装置测量无样品时透射光强随波长的变化t空(λ)，然后将待测油脂样品加入样品槽测量出样品光谱t样品(λ)。将两光谱相除得到样品的透射光谱t。

进一步地，将透射光谱t分为波长选择透射部分t(λ)和普通透射部分t0，找到所测样品透射光谱t的最大值t0，计算波长选择透射部分透射光谱t(λ)＝t/t0，测量r,y,b数值为10的波长选择透射谱，计算对数形式光谱logy10(λ)、logr10(λ)和logb10(λ)，其中，r、y、b数值单位是罗维朋单位。

进一步地，计算待测油脂的色度值：

式中，r、y、b、w为待测油脂各颜色的色度值；λmax为可见光波长最大值；λmin为可见光波长最小值；t0为透射光谱中普通透射部分；y10为y10(λ)光谱曲线的最大值；r10为r10(λ)光谱曲线的最大值；b10为b10(λ)光谱曲线的最大值。

本发明实施例提供的油脂色泽检测系统，根据光学元件各自的特性搭建光路，使用线阵ccd传感器采集光谱数据，并将光谱数据通过usb数据线传入计算装置，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。与现有的罗维朋比色法相比，实现了油脂色泽自动测量，避免了目视测量过程中的人为误差和环境因素的影响，降低了劳动强度，提高了测量精度和测量速度。

本发明实施例采用对数法直接处理光谱，减少了将罗维朋标准色片存入数据库进行检索匹配所消耗的时间，提高了运算速度，节省了工作时间。本发明提供的油脂色泽检测系统，硬件结构紧凑，成本低，满足我国食用油品级界定标准，性能稳定，可连续测量。

在上述实施例的基础上，所述光处理装置还包括光学小孔、可调狭缝8、第二准直透镜7和第三准直透镜14，所述光学小孔包括第一光学小孔4和第二光学小孔6；

如图1所示，所述第二准直透镜7、可调狭缝8和第三准直透镜14依次设置在所述样品槽5和所述柱镜10之间，所述可调狭缝8位于通过第二准直透镜7的光线的交点处；所述第一光学小孔4设置在所述第一准直透镜2和所述样品槽5之间，所述第二光学小孔6设置在所述样品槽5和第二准直透镜7之间。

所述光处理装置放置于暗箱中，所述暗箱的表面设有开关、电源接口、usb接口以及样品放置入口，所述光源为碘钨灯；所述计算装置通过usb数据线与所述光处理装置电连接，所述计算装置为计算机或平板电脑。

具体地，所述光处理装置置于暗箱中，所述暗箱的表面设有开关、电源接口、usb接口以及样品放置入口，在暗箱中检测可避免环境光的影响。光源1采用碘钨灯光源，碘钨灯具有发光效率高，寿命长，显色性好的特点。采用稳压电源给光源供电，在本实施例中，光源额定电压为12v，额定功率为20w。本实施例采用1英寸和5.25英寸两种规格的比色皿。将装有待测油脂的比色皿置于样品槽中，根据光学元件各自的特性搭建光路。光源1发出的光通过第一准直透镜2后变为平行光3，平行光3通过第一光学小孔4滤掉杂散光后穿过样品架及样品槽5，再经过第二光学小孔6滤光后入射到第二准直透镜7后汇聚，放置可调狭缝8于焦点处，透过可调狭缝的光通过第三准直透镜14后，入射到光栅9，经光栅9衍射后的不同波长的光束，通过柱镜10后成像到线阵ccd传感器11上，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，线阵ccd11将采集的光谱数据经usb数据线12传入计算装置13中。计算装置13根据线阵ccd传感器11采集的光谱数据，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，并采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。

其中，线阵ccd传感器11底座可调，通过调节线阵传感器ccd11的位置，使其位于不同波长光线的交点处。

本发明提供的油脂检测系统，采用光学小孔和可调狭缝进行滤光，提高了测量精度，使油脂检测结果更准确。

在上述实施例的基础上，所述计算装置13，还用于根据所述待测油脂的色度值，判断油品的等级。

具体地，根据国家食用油品级界定标准，收集各个等级食用油的油脂样品，使用上述油脂检测装置测量计算不同等级油脂的色度值，统计数据，划定出不同油品等级所对应的色度值范围，通过拟合算法修改程序，使得最终能够根据测量数据，判断油品的等级。本发明实施例提供的油脂色泽检测系统，根据所述待测油脂的色度值，判断油品的等级，可以进一步直观检测得到食用油的等级，简化了检测步骤，降低了劳动强度。

图2为根据本发明实施例提供的油脂色泽检测方法流程示意图。如图2所示，该方法包括：步骤s1，选择稳定的光源，将装有待测油脂的比色皿置于样品槽中；步骤s2，线阵ccd传感器采集的光谱数据经usb数据线传入计算装置，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线；步骤s3，计算装置根据所述待测油脂的光谱曲线，采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。

其中，步骤s1中，光源采用碘钨灯光源，碘钨灯具有发光效率高，寿命长，显色性好的特点。采用稳压电源给光源供电，在本实施例中，光源额定电压为12v，额定功率为20w。将装有待测油脂的比色皿置于样品槽中。

其中，步骤s2中，根据光学元件各自的特性搭建光路，线阵ccd传感器采集的光谱数据经usb数据线传入计算装置，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线。

具体地，光源发出的光通过第一准直透镜后变为平行光，平行光通过第一光学小孔滤掉杂散光后穿过样品架及样品槽，再经过第二光学小孔滤光后入射到第二准直透镜后汇聚，放置可调狭缝于焦点处，透过可调狭缝的光通过第三准直透镜后，入射到光栅，经光栅衍射后的不同波长的光束，通过柱镜后成像到线阵ccd传感器上，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，线阵ccd将采集的光谱数据经usb数据线传入计算装置中。

进一步地，将低压汞灯放入样品槽，装置通电之后，获得低压汞灯的汞特征谱线，对线阵ccd传感器进行校准，计算ccd波长和像素的线性对应关系；已知汞灯光源波峰处的波长，找到两组波峰对应的像素点的坐标，通过拟合得到线阵ccd传感器波长/像素间的关系，将线阵ccd传感器测得的光谱曲线由光强/像素关系转化为光强/波长关系，从而得到待测油脂的光谱曲线。

其中，步骤s3中，计算装置根据待测油脂的光谱曲线，采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。

具体地，采用对数法进行光谱分析的原理为：

光源发出的光经过ryb各组合滤光片的透射函数为：t＝ryb，通过对此函数两边取对数，可得

logt＝logr+logy+logb

通过取对数法将乘法运算转化成加法运算，既方便进行数据处理，又能提高运算速度。将透射谱t分为波长选择透射部分和普通透射部分，可得：

t＝t0t(λ)

logt＝logt0+logt(λ)

t0为普通透射部分，t(λ)为波长选择部分，因为对读数有影响的是可见光波段的光谱，所以只考察可见光波长范围内的透射谱。找到波长范围内所测光谱的最大值即为t0，由此，计算出t(λ)＝t/t0。

在本实施例中，首先通过上述油脂测量装置测量无样品时透射光强随波长的变化t空(λ)，然后将待测油脂样品加入样品槽测量出样品光谱t样品(λ)。将两光谱相除得到样品的透射光谱t。

进一步地，将透射光谱t分为波长选择透射部分t(λ)和普通透射部分t0，找到所测样品透射光谱t的最大值t0，计算波长选择透射部分透射光谱t(λ)＝t/t0，测量r,y,b数值为10的波长选择透射谱，计算对数形式光谱logy10(λ)、logr10(λ)和logb10(λ)，其中，r、y、b数值单位是罗维朋单位。

进一步地，计算待测油脂的色度值：

式中，r、y、b、w为待测油脂各颜色的色度值；λmax为可见光波长最大值；λmin为可见光波长最小值；t0为透射光谱中普通透射部分；y10为y10(λ)光谱曲线的最大值；r10为r10(λ)光谱曲线的最大值；b10为b10(λ)光谱曲线的最大值。

本发明实施例提供的油脂色泽检测方法，根据光学元件各自的特性搭建光路，使用线阵ccd传感器采集光谱数据，并将光谱数据通过usb数据线传入计算装置，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。与现有的罗维朋比色法相比，实现了油脂色泽自动测量，避免了目视测量过程中的人为误差和环境因素的影响，降低了劳动强度，提高了测量精度和测量速度。

本发明实施例采用对数法直接处理光谱，减少了将罗维朋标准色片存入数据库进行检索匹配所消耗的时间，提高了运算速度，节省了工作时间。本发明提供的油脂色泽检测系统，硬件结构紧凑，成本低，满足我国食用油品级界定标准，性能稳定，可连续测量。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的油脂色泽检测方法还包括，根据所述待测油脂的色度值，判断所述油脂的等级。

具体地，根据国家食用油品级界定标准，收集各个等级食用油的油脂样品，使用上述油脂检测装置测量计算不同等级油脂的色度值，统计数据，划定出不同油品等级所对应的色度值范围，通过拟合算法修改程序，使得最终能够根据测量数据，判断油品的等级。本发明实施例提供的油脂色泽检测系统，根据所述待测油脂的色度值，判断油品的等级，可以进一步直观检测得到食用油的等级，简化了检测步骤，降低了劳动强度。

在上述各实施例的基础上，所述线阵ccd多次采集样品的光谱数据；相应的，所述计算装置根据多次采集到的光谱数据取平均值，并采用对数法进行光谱分析，计算所述待测油脂的色度值。本发明实施例利用多次测量取均值的测量方法，提高了测量结果的可靠性。

本发明提供的油脂色泽系统及方法，根据光学元件各自的特性搭建光路，使用线阵ccd传感器采集光谱数据，并将光谱数据通过usb数据线传入计算装置，通过汞灯标记测得所述待测油脂的光谱曲线，通过汞灯标记测得待测油脂的光谱曲线，采用对数法进行光谱分析，计算待测油脂的色度值。与现有的罗维朋比色法相比，实现了油脂色泽自动测量，避免了目视测量过程中的人为误差和环境因素的影响，降低了劳动强度，提高了测量精度和测量速度；利用多次测量取均值的测量方法，提高了测量结果的可靠性。

本发明采用对数法直接处理光谱，减少了将罗维朋标准色片存入数据库进行检索匹配所消耗的时间，提高了运算速度，节省了工作时间。本发明提供的油脂色泽检测系统，硬件结构紧凑，成本低，满足我国食用油品级界定标准，性能稳定，可连续测量。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。