带有检测系统的挤奶系统的制作方法

带有检测系统的挤奶系统
1.本发明涉及一种挤奶系统，其包括：挤奶装置，该挤奶装置带有挤奶控制装置并且被布置用于从乳畜挤奶；与该挤奶装置处于流体连接的奶管线；采样与分析装置，该采样与分析装置被布置为从该奶管线中获取奶样本并且分析来自该样本的奶，其中，该挤奶控制装置被布置为基于对该奶样本的分析来控制该挤奶装置，其中，该采样与分析装置包括：用于控制该采样与分析装置的控制单元；设置有带的带卷轴，该带纵向地设置有一系列连续试剂垫，这些试剂垫被配置为提供该样本中的至少一种物质的存在的可检测响应；带移动器，该带移动器被布置为在该控制装置的控制下移动该带；配给装置，该配给装置被布置为在该控制单元的控制下将一部分样本供应到该带上的试剂垫上；相机装置，该相机装置可操作地与该控制单元连接并且被布置为获得被供应有所述样本液滴的所述试剂垫的图像；以及分析装置，该分析装置用于分析所获得的图像以向该挤奶控制装置提供所述至少一种物质的存在或浓度的指示。
2.这种挤奶系统原则上是已知的，并且它们被布置为基于试剂的一个或多个相机图像来分析奶。
3.实际上，证明已知的系统在试剂的使用和/或对乳畜挤奶的产量方面并不总是令人满意的。
4.因此，本发明的目的是提供一种上述类型的挤奶系统，其将高产量与相对较低的试剂用量配对。
5.上述目的通过根据权利要求1所述的挤奶系统、特别是包括以下内容的挤奶系统来至少部分地实现：挤奶装置，该挤奶装置带有挤奶控制装置并且被布置用于从乳畜挤奶；与该挤奶装置处于流体连接的奶管线；采样与分析装置，该采样与分析装置被布置为从该奶管线中获取奶样本并且分析来自该样本的奶，其中，该挤奶控制装置被布置为基于对该奶样本的分析来控制该挤奶装置，其中，该采样与分析装置包括：用于控制该采样与分析装置的控制单元；设置有带的带卷轴，该带纵向地设置有一系列连续试剂垫，这些试剂垫被配置为提供样本中的至少一种物质的存在的可检测响应；带移动器，该带移动器被布置为在该控制装置的控制下移动该带；配给装置，该配给装置被布置为在该控制单元的控制下将一部分样本供应到该带上的试剂垫上；相机装置，该相机装置可操作地与该控制单元连接并且被布置为获得被供应有所述样本液滴的所述试剂垫的图像；以及分析装置，该分析装置用于分析所获得的图像以向该挤奶控制装置提供所述至少一种物质的存在或浓度的指示，其中，该相机装置的视场包含该一系列连续试剂垫中的多个试剂垫。
6.挤奶系统需要相对高的产量，如通过连续挤奶之间的时间段所确定。实际上，此时间段不同，但是可能短至几分钟，例如在对生产低的奶牛进行挤奶或至少短时挤奶之后接着对奶牛进行挤奶时。如果采样与分析装置必须以相同的节奏对乳畜的奶进行采样和分析，那么这将导致试剂垫中(化学或其他)反应的时间相对较短。继而，这需要试剂垫中有大量或高浓度的(一种或多种)试剂。这些试剂中的许多是很难制造的酶或其他生物产品，因此需要相当多的资源。可替代地，当在垫中使用较少的试剂时，需要更长的时间才能进行可靠的分析，这继而会降低通过挤奶系统的产量。
7.发明人已经认识到，通过允许相机装置观察试剂垫的时间长于一个采样周期，可以使更多的时间可用于反应，和因此用于分析。这即使在试剂带被移位一个或多个位置到另一试剂垫时也可以通过将试剂垫保持在视场内来实现。换句话说，相机的视场应被布置成使得试剂垫看得见超过一个采样周期。这允许可用的反应时间至少翻倍，从而允许使用低得多的试剂浓度。在这方面，要强调的是“视场包含一系列连续试剂垫中的多个试剂垫”涉及连续系列中的试剂垫，这些试剂垫逐步地移位，并且将移入视场，留在视场中至少两个不同位置，且然后将再次移出视场。它与可能成组并排布置的两个或更多个试剂垫无关，这些组分别同时被移入或移出视场。当然仍然可以具有这种布置，但是这将需要在视场中存在两组或更多组连续的试剂垫。
8.在本文中，还应注意的是，这些垫应该完全在视场内，以便允许对其图像进行良好的分析。还应注意的是，基于对奶样本的分析来控制挤奶可以是在线的(即对于当前挤奶)或“离线”的(即对于随后的挤奶)。例如，这取决于样本的类型。从初乳获取的样本会留出一些时间进行采样和分析，大多数情况下会花费几分钟。相反，从主乳获取的样本通常需要在所有挤奶过程中进行二次采样，以便使样本对于奶具有代表性。这意味着分析只能在适当挤奶之后进行，这几乎不可避免地导致产量降低。因此，在大多数情况下，挤奶控制单元将基于来自一个或多个先前挤奶的分析结果来控制挤奶。另外，分析装置可以向挤奶控制单元提供分析结果信号，或者至少用于挤奶控制单元的要处理的信号。例如，如果(一种或多种)特定物质的浓度高于阈值或有时低于阈值，比如如果是孕酮，则值太低指示(接近)发烧，则该信号可以是注意信号。应指出的是“物质”可以包括比如“体细胞”的实体。
9.具体的实施例和优点在所附从属权利要求中以及在说明书的当前以下部分中进行了描述。
10.在实施例中，带移动器被布置为将带从第一位置移动到第二位置，其中，采样与分析装置被布置为获得在至少第一位置和第二位置中时的图像并且分析在至少第一位置和第二位置中获得的所述图像，以便提供所述至少一种物质的存在或浓度的所述指示。这样允许利用以下事实：根据本发明，试剂垫可以在一个以上的位置中被相机看到。使用试剂带时，每次采样时带将会向前移动一个垫长度。因此，有利地，第二位置相对于第一位置移位了预定距离，特别是一系列连续试剂垫中的一个试剂垫的有效长度，使得下一个试剂垫进入相机装置的视场中。在本文中，“有效长度”是指连续垫之间的中心间距离。采样与分析装置被布置用于将样本的所述部分供应到这一系列连续试剂垫中的试剂垫上。这是在获得具有响应的图像之前的某个时间完成的，并且它可以在原位执行，即在获得图像的位置处执行。更经常地，获得图像在不同位置中执行。例如，样本在起始或采样位置处被供应到试剂垫。然后将试剂垫移位到第一位置，这个位置在相机装置的视场内。当获取后续样本(比如针对后续挤奶)时，试剂垫将移动至第二位置，依此类推。同时，相机装置获得至少一个图像。此图像可以在试剂垫处于第一位置时，或者当试剂垫已经处于第二位置时，或者甚至在更下方时拍摄。这取决于获得图像的标准。有时，在经过一定时间段(比如10分钟)后拍摄单张图像就足够了。如果此时段短于对后续乳畜挤奶的时间，则在获得图像之前试剂垫将移动至第二位置中。但是，在许多情况下，测量准确度和精度在获得并且处理大量图像时改善。在那种情况下，将至少在第一位置中获得第一图像。然后将在仍处于视场内的第一位置、第二位置或甚至另一位置中获得一个或多个后续图像。这取决于是否需要移位带有试
剂垫的带以适应随后的乳畜的采样。毕竟，这不仅取决于挤奶的持续时间，而且还取决于直到新的乳畜本身要被挤奶和采样前经过的时间。如果有一排乳畜正在等待挤奶，并且允许所有乳畜被挤奶以获得食用奶，那么将在前面挤奶/采样之后进行后续采样。但是，可能要经过一段时间才能进行下一次挤奶/采样，比如在夜间期间、当挤奶不太频繁、或如果有一只或多只乳畜它们因生病而生产不合适的奶或最近已经被挤过奶则不允许被挤奶。同样，从所有这些之后得出的是，特别是在主动机器人挤奶系统中，本发明提供以下优点：关于可以获取后续样本的时间，以及获得、且然后处理前面的样本的图像的时间，它更加灵活。
11.在实施例中，相机装置被布置成使得所述视场包含这一系列连续试剂垫中的两个、三个或四个试剂垫。在相机装置的视场中具有两个试剂垫已经为获得图像、然后分析图像提供了大量额外时间。仍然，在视场中具有三个或四个试剂垫甚至进一步扩大了这些可能性，同时仍确保相机装置收集足够的信息进行分析。毕竟，近来光学相机装置具有非常高的分辨率，而当两个或更多个、比如最多达四个图像在相机的视场中时，即使红外相机装置或其他相机装置仍将具有足够的分辨率。当然，其他更高的数字也是可能的，这取决于可用相机装置的所需分辨率和性能。
12.在本文中，应注意，视场取决于相机的光学性能，尤其是取决于其镜头系统的光学性能。如果视场具有特定大小，则相应地选择相机装置的镜头系统(比如广角镜头)，或者增加物距，或者其组合。然而，这对于技术人员而言是简单的运用。
13.在实施例中，分析装置被布置为在至少预定时间段期间获得所述试剂垫之一的图像，所述预定时间段至少是所述乳畜中挤奶的乳畜的平均时间长度的倍数。这确保了在大多数情况下，除了那些挤奶困难或挤奶较慢的乳畜等的情况外，两次挤奶期间有足够的时间来获得图像，即比在已知系统中更长。特别地，所述预定时间段总计至少10分钟、更优选至少15分钟、又更优选至少20分钟。基于所选的时间段，可以调整视场中试剂垫的相应数量和相机装置的性能。继而，可以选择(一种或多种)试剂和/或它们的(一个或多个)浓度以在这样的时间范围内实现足够的测量精度。同样，对于技术人员而言，这是简单明了的运用，并且可以通过一些实验轻松地完成。
14.在实施例中，采样与分析装置被布置为同时分析多个被连续挤奶的乳畜的各自被挤出的奶。尽管原则上遵循基于上述特征和优点的可能性，但是在此指出，可以同时跟踪和分析两个或更多个样本。例如，具有第一样本的第一试剂垫已经处于上述第二位置，而随后具有第二样本的第二试剂垫处于第一位置。然后，获得图像的相机装置将在其视场中具有两个试剂垫，每个试剂垫各自带有样本。在这种情况下，两个试剂垫都处于被成像和分析过程中，根据本发明这是可能的。分析装置之所以能够做到这一点是因为它可以将对应于第一试剂垫和样本的一部分图像与对应于第二试剂垫和样本的另一部分图像分开来进行分析。在这种情况下，分析装置被布置为相应地处理图像，即跟随图像中的试剂垫，以便在该试剂垫已移位位置的不同图像中收集关于同一个试剂垫的相关信息。
15.当然，自从分析第一样本以来，可能已经过去了大量时间。在这种情况下，有可能在分配给分析的时间期间第一试剂垫根本没有移位，这使得针对那种情况的分析变得更加简单。此外，根据以上指出的实施例，采样与分析装置被布置为同时分析优选地在两个乳畜与四个乳畜之间的各自被挤出的奶。这样允许有充裕的时间进行分析。但是，不排除其他数字。
16.在有利的实施例中，试剂垫包括底层和堆叠在其上的顶层，该底层在带附近，其中至少底层包括被配置为提供样本中的至少一种物质的存在的可检测响应的试剂材料，并且其中，顶层在能够发生所述可检测响应之前引起第一反应。这样的双层针对各种原因和/或在各种情况下可以证明是有利的。首先，可以使顶层保护底层以防比如氧气、湿气等的影响，只要顶层能够被样本液体(比如可溶解的样本液体等)渗透即可。在特别敏感的试剂材料的情况下，这允许实现更准确的测量。其次，响应可能需要与本身不相容的试剂材料(比如特定的酸和特定的碱)进行两步反应，或者在底层中的另一反应需要在顶层中的第一反应的反应产物，依此类推。在这种情况下，期望有更多的时间可用于观察响应，这是本发明所提供的。
17.现在将通过多个示例性实施例和附图阐明本发明，在附图中：
18.图1示出了根据本发明的挤奶系统的图形表示；
19.图2示意性地示出了根据本发明的挤奶系统的细节；以及
20.图3和图4示意性地示出了本发明的其他实施例的更小细节。
21.图1示出了根据本发明的用于对乳畜的乳房100的乳头101挤奶的挤奶系统1的图形表示。挤奶系统1包括与短奶管线3连接的乳杯2，短奶管线进入奶瓶4中，该奶瓶继而与主奶管线5连接。奶泵用6表示，用7表示的三通阀与散装罐管线8连接，该散装罐管线与散装奶罐9连接，并且三通阀与污水管线10。
22.挤奶机器人11具有机器人臂12和机器人控制单元13。采样单元通常被表示为14，以及采样线15带有可选的采样阀16。采样单元14包括用于带试剂垫19的带18的供带卷轴17
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1和收集卷轴17
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2。用于样本液滴的喷嘴装置用20表示，光源21发射光22，相机用23表示，以及带移动器用24表示。
23.在使用挤奶系统1时，机器人控制单元13控制挤奶机器人11的机器人臂12，以将乳杯2贴附到比如奶牛的乳畜的乳房100的乳头101上。随后被挤出的奶在真空的影响下离开乳杯2并被收集在奶瓶4中，真空通过此处未描绘的泵经由短奶管线3施加。
24.为了符合法律要求，必须对每个乳头的初乳进行物理变化测试，如果需要的话，测试其他异常性质。这可以通过分开的初乳测试装置来完成，或者可以借助于根据本发明供应的采样单元14来完成。然后将使用替代的样本管线15'。在否定评估的情况下，收集在奶瓶4中的挤出的奶然后将通过奶泵6经由主奶管线5和三通阀7被泵送到污水管线10。所有这些装置都在机器人控制单元13的控制下。相反，如果奶被评估为合格，则奶将通过散装管线8被泵送到散装奶罐9。
25.采样单元14也可以从奶瓶4中获取样本，特别是从自所有乳头挤出的并且在所有挤奶期间挤出的奶中获取混合样本。这有助于获得对被送到散装罐9或可能被送到几个散装奶罐之一的奶的良好评估(如果基于初乳评估或其他方式而是不合格的，比如是抗生素奶)。例如，不同奶牛的奶可以基于采样单元14确定的脂肪含量、蛋白质含量或其他而被送到不同的散装罐。在这样的实施例中，如图1所示实施例，样本管线15从奶瓶4延伸到采样单元14，并且可选地具有样本阀16。应注意，样本阀也可以是采样单元14内部的一部分。
26.然而，最常见的是，采样单元14用于每四个乳头之一101或针对整个乳房100/乳畜确定奶牛的奶的性质，该性质随后用于乳畜管理而不是用于奶的命运的立即控制。示例是对比如孕酮等在乳畜的生殖循环中期作用的激素的测量、对于乳畜的喂养或代谢健康有关
的物质的测量。然后，基于采样单元14进行的评估，农民或控制单元13可以调整喂养，呼叫兽医进行健康检查或授精等等。
27.此外，非常概括地示出了采样单元14，其中，该采样单元在此包括供带卷轴17
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1和收集卷轴17
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2，借助于带移动器24(比如磁带盒走带机构电机或步进电机)将带18缠绕在供带卷轴与收集卷轴之间。带18承载试剂垫19，这些试剂垫包含试剂，该试剂在存在限定物质的情况下给出可检测响应，该响应的强度通常取决于经由样本液滴引入试剂中的物质的浓度。这样的样本液滴经由喷嘴20被输送。然后，光源21将光22照射到试剂垫19上，并且相机23观察试剂垫中的响应(如果有的话)。光源21可以是任何合适的光源，比如一个或多个led，并且取决于所使用的试剂，发出的光22可以是可见光、uv(a)辐射、(近)红外等。当然，相机23应当适于检测来自试剂垫19的辐射。通常，这是反射光或散射光，但是其可以是不同的辐射，比如荧光辐射。在任何情况下，这种辐射和检测的细节可以被本领域技术人员容易地实现，并且不构成本发明本身。
28.在此要指出的是，相机23和光源21被示出在带有试剂垫19的带18的下方。实际上，如果相机23和光源21被定位在带18的上方，这也可能发生，并且实际上通常是有利的。这允许相机在不使带前进的情况下(即立即)对被供应有样本液滴的试剂垫进行成像。附加地，没有任何液体或污垢从试剂垫落到相机和/或光源上的风险。而且，通常有利的是相机23和/或光源21被定位于采样单元14的外部，或者被定位在采样单元的壳体的外部。相机和光源整体上仍然是采样单元的功能部件，但是前两个部件被定位在带有带(卷轴)和供应喷嘴20的壳体的外部。
29.图2示意性地示出了根据本发明的挤奶系统的细节。在本文中，相似的部分由相同的附图标记表示。本实施例示出了具有第一试剂垫19
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1至第四试剂垫19
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4的带18。光源21具有三个led并且发射光22。相机23具有视场25。在两个相邻的试剂垫之间，具有激光烧蚀线26。喷嘴配给由样本供应管线28输送到第一试剂垫19
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1的奶样本液滴27。最终，用于捕获喷嘴喷出的多余流体的溢流杯用29表示。
30.在此实施例中，相机23安装在带18上方，其中试剂垫19
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1至4朝下，即背离相机23。这是有利的，因为在尚未被相应的垫完全吸收的情况下，相机现在可以看到垫中的反应而不受已经形成的颜色或奶样本液滴27的残留物的阻碍。当然，带18对于辐射22应该是充分透射的，但是这对技术人员没有任何具体问题。这样的带18可以例如是类似聚酯的材料。另一优点是，任何多余的样本液体、或灰尘或其他污垢都不会掉落到相机23或光源21上或甚至不会掉落到相机或光源中。应注意，实际上重要的是光路，因为可以将反射镜放置在带18上方并成45度角，并且使相机23水平地面向反射镜。因此，重要的不是物理位置，而是带18和垫19(...)所看到的相机的位置。如果空间是有限的，则这种反射镜设置可能是有利的，因为它更紧凑。
31.在所示的实施例中，喷嘴20从样本供应管线28接收奶或一些其他液体样本，如由未示出的配给或计量装置所配给的。由此，液滴27被形成，被施加到试剂垫19
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1。同时，具有仍位于相机23的视场25中的另外三个试剂垫，即19
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2、19
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3和19
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4。在一次、两次、三次采样/挤奶之前，分别向这三个试剂垫供应样本液滴。尽管应注意到在每次挤奶过程中不需要进行采样，但是相机23能够在过去的一次、两次或三次挤奶过程中跟踪这些试剂垫中反应的发展。能够跟踪垫中响应的发展具有巨大的优点，因为试剂(酶等)的浓度不需要与快速
响应所需的浓度那样高，即产生类似结果/强度但随后在一次挤奶时期中的浓度。这样的时间平均为约8到10分钟，但是可能短至5或6分钟。通过现在能够在四倍长的时间期间观察到响应，可以将该时间增加到大约20到40分钟。这样允许更有效地使用试剂，这些试剂通常很难生产。
32.在本实施例中，在相机23的视场25中具有四个试剂垫19
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1至4。这仍然是可以的，因为比如ccd相机的光学相机的分辨率在大多数情况下是足够的。然而，在响应速度足够高的情况下，在相机的视场中具有较少数量的试剂垫19就足够了，比如2个或三个试剂垫。这样允许使相机图像中试剂垫的表观尺寸更大，从而可以更精确地评估该图像。
33.在使用中，液滴27已经被提供到试剂垫19
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1。就在对随后的动物进行采样之前，带18将移位一个试剂垫长度，即移位图2中的距离d、两个连续试剂垫之间的中心间距离，到达新的且未使用的试剂垫。这样可以在相机及其图像处理/控制单元(参照图1的控制单元13)的控制下完成。另外，相机拍摄具有至少一个试剂垫(在此是三个试剂垫19
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1..3)以及在每个试剂垫与其相邻试剂垫之间的激光烧蚀线26的带18的图像。这样的烧蚀线26由于没有试剂材料而是可见的，即在图像中大部分为深色线。附加地，激光烧蚀将在试剂材料上留下或多或少焦化的薄表面。此外，尽管该图示出了相对较宽的烧蚀线26，但是实际上可以将其制得非常窄，例如窄至约0.1mm。这样允许烧蚀线以及因此试剂垫的定位非常精确。
34.当系统将带18移动到下一个位置时，即移位一个中心间距离d时，带移动器(此处未示出，但在图1中为24)被控制为移动带18，直到紧邻的下一条烧蚀线采取被视为起点的烧蚀线位置。在当前示出的实施例中，多于一条的烧蚀线26(在此多达五条烧蚀线)可以完成这一点，使得通过纠错，位移甚至更加可靠和准确。
35.应注意，可以将带18移动一个以上的中心间距离d。例如，在对紧邻的下一个试剂垫的质量有疑问的情况下，可以将带18移动例如距离d的两倍或更多倍。这样可以相当于将胶卷装入相机后在模拟相机中使一卷胶卷前进。最初的几次曝光会很差，因为光线会到达胶卷，因此无论如何都会使它们前进。在本实施例中，类似的原因可能是存在较高的临时湿气负载，例如由于更换带的卷轴或维修等，使得最初的几个新试剂垫的质量低于标准。然后一口气使那几个试剂垫向前是较安全的，并且另外使带18前进几倍的距离d。
36.图3和图4示意性地示出了本发明的其他实施例的更小细节。图3示出了具有试剂垫19'的带18'，这些试剂垫被添加的疏水性阻隔材料的薄层或区30分开。在这个实施例中，没有从连续层去除试剂材料，而是通过将疏水性阻隔材料添加到试剂材料的狭窄区30中来形成单独试剂垫19'。另外，合适的材料比如是tfe聚合物、石蜡等。将这材料压在试剂材料的连续层上和之中或注入其中，使得疏水性阻隔线30形成在(现在)分开的试剂垫19'之间。这些线30可以通过本身公知的印刷技术等形成。这些区30也可以制得很窄，但是由于要求疏水性材料吸收试剂材料，通常对这些区的宽度控制得不太好。这有利于防止样本液体行进到带18附近的相邻垫，即在垫的底部。还应注意，因为相机23看透该带，所以将被用于定位的是在带18'附近的区30的底部。在这方面，激光烧蚀线是有利的，因为可以更容易地控制这些激光烧蚀线到达试剂材料的底部，即到达带18'。还有，通过注入疏水性阻隔材料形成这样的区30是完全可能的，并且还可以用于定位带有试剂垫19'的带18'。在这种情况下，在相机的视野中具有更多的垫提高了准确性，因为在总图像中确定的区30的平均厚度将被用于定位。
37.图4示出又一实施例的细节，其中试剂垫18”由一组两条激光烧蚀线26'分开，在这两条线之间留有狭窄的剩余区31。部分32
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1和32
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2表示鸭嘴形密封件的两个半部。
38.具有两条这样的线26'提供了更准确的定位，因为在使带18'前进时可以沿着两条线的位置，并且甚至提供更好的液体阻隔性能，这是以较大的中心间距离为代价的。附加地，现在更容易并且更可靠地将未使用的试剂垫19”密封与环境隔开。试剂材料通常对湿气非常敏感，因此带的未使用部分经常保持在盒中。例如，在图1中，供带卷轴17
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1通常在封闭的壳体中，带从出口开口露出。这样的开口可以被密封，例如通过鸭嘴形密封件32或其他类型的密封件密封。这样，可以很好地保护未使用的试剂垫，以防环境的湿气。还要注意的是，尽管在图2和图3的实施例中也可以进行密封，但是图4的实施例具有的优点是，由于非常清晰的激光烧蚀线26，定位准确度可以更高，而在一组两条这样的线26'之间的间隔是非常准确可控的，并且可以制成适于所使用的密封件32的尺寸。这样防止液体或湿气通过激光烧蚀线从密封件32
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1、32
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2之间渗到未使用的试剂垫。应注意，由于在此没有任何材料，因此密封件不能在这种激光烧蚀线26的正上方起作用，使得液体可以不受阻碍地在密封件的表面上方流动。顶部是剩余材料的狭窄区31。
39.上述实施例仅用于帮助说明本发明，而不以任何方式限制本发明。
40.本发明的范围而是由所附权利要求确定。