牛肉新鲜度快速检测系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种牛肉新鲜度快速检测系统及方法。解决现有技术中对牛肉新鲜度检测存在主观不准确，以及存在检测设备检测过程复杂的问题。系统包括座体，在座体上设置有托架，在托架上方设置有照射光源，照射光源转动连接在调整照射光源位置的调整机构上，调整机构安装在座体上，在托架下方设置有接收机构，在座体内设置控制单元，控制单元与照射光源、调整支架、接收机构相连。通过对样品反射或透射光谱数据进行分析，判断牛肉新鲜度。本发明的优点是采用光谱检测方式，能对样品进行无损检测；装置结构简单、操作快速简便、检测数据准确。
【专利说明】牛肉新鲜度快速检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种食品检测领域，尤其是涉及一种结构简单、操作快速简便、检测准 确的牛肉新鲜度快速检测系统，以及该系统的检测方法。
【背景技术】
[0002] 肉类消费一直是食品消费的一个重要组成部分，而牛肉是广大消费者比较喜爱的 食品。近年来，人们生活观念的转变，健康意识不断增强，对肉类食品的质量和卫生条件要 求越来越严格，肉类食品的安全，关乎老百姓的生命安全和社会稳定，控制肉类食品质量在 日常生活中就变得越来越重要。目前对牛肉新鲜度的检测技术有感官检测、理化检测等。 感官检测往往受审评专家的经验、心理与生理等因素的影响，不同的审评师由于其嗜好、情 绪、性别以及感官灵敏度等影响，可能难以获得一致的评定结果，因此评定结果的准确性往 往难以保证。理化检测需要一系列设备和装置来完成，过程复杂，检测时间长，设备也复杂。 另外近年来还有一些学者开发出气相色谱检测方法，虽然检测灵敏度也很好，但这检测方 法是有损的。因此希望有一种能够快速、简便、准确无损检测冷鲜牛肉新鲜度的设备及方 法，以便及时有序地对存储的牛肉进行检测，以确保牛肉食品的安全。
【发明内容】
[0003] 本发明主要是解决现有技术中对牛肉新鲜度检测存在主观不准确，以及存在检测 设备检测过程复杂的问题，提供了一种结构简单、操作快速简便、检测准确的牛肉新鲜度快 速检测系统。
[0004] 本发明还提供了一种操作快速简便、检测准确的牛肉新鲜度快速检测方法。
[0005] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种牛肉新鲜度 快速检测系统，包括座体，在座体上设置有用于放置样本的托架，在托架上方设置有照射光 源，所述照射光源转动连接在调整照射光源位置的调整机构上，调整机构安装在座体上，在 托架下方设置有接收机构，在座体内设置控制单元，控制单元与照射光源、调整支架、接收 机构相连；
[0006] 照射光源：对样品发射检测光束，并能接收样品上的反射光信息，反馈给控制单 元；
[0007] 接收机构：始终保持与照射光源对齐，接收照射光源的透射光，并反馈给控制单 元；
[0008] 控制单元：控制照射光源、调整机构、接收机构工作，根据照射光源或接收机构反 馈的光谱信息，通过随机共振分析计算出样品信噪比，并同数据表比较后得出样品新鲜度 信息。
[0009] 本发明系统通过光谱分析检测牛肉新鲜度，能够更快速、简便、准确的检测出牛肉 新鲜度。照射光源用于发射检测用光束，同时也能接收样品上漫反射的光。该照射光源转动 连接在调整机构上，照射光源能绕轴进行旋转，同时调整机构能够进行旋转和高度调节，这 样使得照射光源照射位置能够全部覆盖样品。接收机构用于接收光束在样品上的透射光， 在照射光源照射位置变化时，接收机构也要调整位置始终保持与照射光源对齐。照射光源、 调整机构、接收机构都将信息反馈给控制单元，控制单元根据它们的信息控制它们工作。控 制单元同时还要对检测到的光谱信息进行分析计算，得出信噪比值，在控制单元内还存储 有预先设定好的牛肉各新鲜度标准值数据表，通过与计算得出的信噪比值比较后得出样品 新鲜度。照射光源采用卤素灯或激光发射器。本装置能够无损对牛肉进行检测，适用于现 场大批量对牛肉进行检测。
[0010] 作为一种优选方案，所述照射光源与控制单元之间连接有光源控制电路，光源控 制电路包括键盘、输入单元、函数存储器和功放单元，所述键盘连接输入单元，输入单元连 接函数存储器，函数存储器与功放单元连接，功放单元与照射光源连接，且功放单元与控制 单元连接。该输入单元为8针输入接口，键盘与8针输入接口连接，8针输入接口与函数存 储器连接，函数存储器为AT24C02芯片，用于储存来自键盘输入的函数信息。功放单元包括 有单片机AT89C2051，三端稳压管LM7805,继电器JRC4100、11. 0592MHz无源晶振、LED灯管。 通过键盘输入函数经过函数存储器到功放电路，控制器通过功放单元控制照射光源强度按 照输入函数变化。
[0011] 作为一种优选方案，所述托架通过升降装置设置在座体上，所述升降装置包括固 定在座体上的升降套，升降套为方形空心柱体，在升降套内插入设置有与其配合的方形升 降杆，升降杆上端固定在托架上，在升降套一侧壁上开有螺纹孔，在螺纹孔上拧有调整螺 栓，将升降杆和升降套相固定。通过调节升降可以调整托架的高度，使得照射光源能更好的 照射在样品上。
[0012] 作为一种优选方案，所述接收机构包括有接收器、滑座和旋转杆，所述滑座为以照 射光源转轴为圆心的弧形结构，滑座上开设有滑槽，所述接收器设置在滑槽内，在滑槽两侧 壁上设置有导向槽，在接收器两侧上对应设置有导向轮，导向槽上设有轮齿，导向轮安装在 导向槽内，导向轮为齿轮，导向轮与导向槽相啮合连接，滑座固定在旋转杆上端，旋转杆转 动设置在座体上。接收器用于接收透射光线，该接收器要保持与照射光源对齐，在照射光源 移动时，通过控制导向轮转动从而使得接收器移动，由于该滑座为以照射光源转轴为圆心 的弧形结构，因此移动接收器可以使得接收器保持与照射光源对齐。该旋转杆能够带动滑 座进行旋转，当照射光源进行旋转时，通过控制旋转杆同步旋转，使得接收器保持与照射光 源保持对齐。
[0013] 作为一种优选方案，所述接收器内设置有双向输出轴的驱动电机，驱动电机的两 个输出轴分别与导向轮连接，在所述旋转杆下端连接驱动旋转杆转动的第一电机，驱动电 机和第一电机分别连接在控制单元上，在接收器底部上设置有滚轮。驱动电机驱动导向轮 转动，使得接收器移动。第一电机驱动旋转杆转动。驱动电机和第一电机都受控制单元控 制，控制单元根据照射光源转动信息，对应控制滑座转动和接收器移动，保持接收器与照射 光源相对齐。
[0014] 作为一种优选方案，所述调整机构包括第一杆体、第二杆体、旋转丝杆和导向杆， 第一杆体坚直设置，所述照射光源通过转轴连接在第一杆体的下端上，转轴与驱动器转动 的第二电机相连接，第一杆体上端穿在第一轴承上，在轴承上部设置有第三电机，第三电机 输出轴与第一杆体上端连接，所述第二杆体与第一杆体相垂直设置，第二杆体前端固定在 第一轴承上，在第二杆体后端依次设置有螺纹套和导向套，所述旋转丝杆和导向杆并排设 置在座体上，螺纹套和导向套分别套置在旋转丝杆和导向杆上，在旋转丝杆下端连接有第 四电机，旋转丝杆上端连接第二轴承，导向杆上端与第二轴承相固定，第二电机、第三电机 和第四电机分别连接在控制单元上。该调整机构可以对第一杆体进行旋转，同时能调整第 二杆体的高度，从而调节照射光源的照射位置。转轴垂直插入设置在第一杆体前端上，转轴 前端固定在照射光源中间位置，第二电机输出轴与转轴相平行，第二电机输出轴对准转轴 后端并与之固定连接，第二电机控制照射光源转动角度。第三电机输出轴与第二杆体平行， 第三电机输出轴连接在第二杆体上端，使得第二杆体沿其轴线旋转。第四电机带动丝杆旋 转，丝杆旋转会带动套在其上的螺纹套上下移动，从而使得第二杆体上下升降，导向套套在 导向杆上，使得第二杆体始终保持不晃动且保持在同一垂直平面内升降。
[0015] 一种牛肉新鲜度快速检测方法，包括以下步骤：
[0016] 步骤一：预先检测不同存放时间牛肉样品的挥发性基氮值，得到与若干组与照射 光源所在位置对应的牛肉新鲜度阈值；
[0017] 步骤二：制备牛肉样品，将样品放置在托架上，照射光源采用与步骤一相同的所在 位置照射在样品上，照射光源强度在过程中按照正切曲线增加然后按照斜线下降，控制单 元采集反射或透射光谱数据，然后调整照射光源照射位置，如此在样品采集若干各不同点 的反射或透射光谱数据；该步骤中对样品检测其照射光源的旋转角度与步骤一中获取牛肉 新鲜度阈值操作中照射光源的旋转角度分别相对应。
[0018] 步骤三：将各个检测点光谱数据代入随机共振模型中，通过对随机共振模型进行 一阶和二阶求导，并将一阶随机共振模型通过四阶珑格库塔算法，计算出各个检测点信噪 比输出值；
[0019] 步骤四：将各检测点信噪比输出值与其对应的新鲜度阈值进行比较得出各检测点 信噪比输出误差值，然后对各信噪比输出误差值进行分类统计，判断样品是否为新鲜。
[0020] 作为一种优选方案，步骤一中预先检测不同存放时间牛肉样品的挥发性基氮 TVB-N值，其过程为每天检测一次牛肉的挥发性盐基氮数值，直至某天样品的挥发性盐基氮 数值第一次超标，则将该天样品进行步骤二至步骤三的操作，检测时由第一次照射光源位 置开始，之后每一次检测，照射光源角度顺时针增加5度，得到与若干组与照射光源旋转角 度对应的牛肉新鲜度阈值SNR thMl、SNRthM2、…、SNRthMi，i = 1，……m，m为检测点数量。
[0021] 作为一种优选方案，步骤三中将采集的各光谱数据分别代入随机共振模型内，其 公式如下，
[0022]
【权利要求】
1. 一种牛肉新鲜度快速检测系统，其特征在于：包括座体（1)，在座体上设置有用于放 置样本的托架（2)，在托架上方设置有照射光源（3)，所述照射光源转动连接在调整照射光 源位置的调整机构（4)上，调整机构安装在座体上，在托架下方设置有接收机构（5)，在座 体内设置控制单元（12)，控制单元与照射光源、调整支架、接收机构相连； 照射光源：对样品发射检测光束，并能接收样品上的反射光信息，反馈给控制单元； 接收机构：始终保持与照射光源对齐，接收照射光源的透射光，并反馈给控制单元； 控制单元：控制照射光源、调整机构、接收机构工作，根据照射光源或接收机构反馈的 光谱信息，通过随机共振分析计算出样品信噪比，并同数据表比较后得出样品新鲜度信息。
2. 根据权利要求1所述的牛肉新鲜度快速检测系统，其特征是所述照射光源（3)与控 制单元（12)之间连接有光源控制电路，光源控制电路包括键盘（28)、输入单元（29)、函数 存储器（30)和功放单元（31)，所述键盘连接输入单元，输入单元连接函数存储器，函数存 储器与功放单元连接，功放单元与照射光源连接，且功放单元与控制单元连接。
3. 根据权利要求1所述的牛肉新鲜度快速检测系统，其特征是所述托架（2)通过升降 装置设置在座体（1)上，所述升降装置包括固定在座体上的升降套（32)，升降套为方形空 心柱体，在升降套内插入设置有与其配合的方形升降杆（33)，升降杆上端固定在托架上，在 升降套一侧壁上开有螺纹孔，在螺纹孔上拧有调整螺栓（34)，将升降杆和升降套相固定。
4. 根据权利要求1所述的牛肉新鲜度快速检测系统，其特征是所述接收机构（5)包括 有接收器（6)、滑座（7)和旋转杆（8)，所述滑座为以照射光源转轴为圆心的弧形结构，滑 座上开有设有滑槽（9)，所述接收器设置在滑槽内，在滑槽两侧壁上设置有导向槽（10)，在 接收器两侧上对应设置有导向轮（11)，导向槽上设有轮齿，导向轮安装在导向槽内，导向轮 为齿轮，导向轮与导向槽相啮合连接，滑座固定在旋转杆上端，旋转杆转动设置在座体（1) 上。
5. 根据权利要求4所述的牛肉新鲜度快速检测系统，其特征是所述接收器（6)内设置 有双向输出轴的驱动电机（13)，驱动电机的两个输出轴分别与导向轮（11)连接，在所述旋 转杆下端连接驱动旋转杆转动的第一电机（14)，驱动电机和第一电机分别连接在控制单元 (12)上，在接收器底部上设置有滚轮（27)。
6. 根据权利要求1所述的牛肉新鲜度快速检测系统，其特征是所述调整机构（4)包括 第一杆体（18)、第二杆体（19)、旋转丝杆（20)和导向杆（21)，第一杆体坚直设置，所述照射 光源（3)通过转轴（22)连接在第一杆体的下端上，转轴与驱动器转动的第二电机相连接， 第一杆体上端穿在第一轴承（23)上，在轴承上部设置有第三电机（16)，第三电机输出轴与 第一杆体上端连接，所述第二杆体与第一杆体相垂直设置，第二杆体前端固定在第一轴承 上，在第二杆体后端依次设置有螺纹套（24)和导向套（25)，所述旋转丝杆和导向杆并排设 置在座体上，螺纹套和导向套分别套置在旋转丝杆和导向杆上，在旋转丝杆下端连接有第 四电机（17)，旋转丝杆上端连接第二轴承（26)，导向杆上端与第二轴承相固定，第二电机、 第三电机和第四电机分别连接在控制单元（12)上。
7. -种牛肉新鲜度快速检测方法，采用权利要求1-6任一项中的装置，其特征是：包括 以下步骤： 步骤一：预先检测不同存放时间牛肉样品的挥发性基氮值，得到若干组与照射光源所 在位置对应的牛肉新鲜度阈值； 步骤二：制备牛肉样品，将样品放置在托架上，照射光源采用与步骤一相同的所在位置 照射在样品上，照射光源强度在过程中按照正切曲线增加然后按照斜线下降变化，控制单 元采集反射或透射光谱数据，然后调整照射光源照射位置，如此在样品采集若干各不同点 的反射或透射光谱数据； 步骤三：将各个检测点光谱数据代入随机共振模型中，通过对随机共振模型进行一阶 和二阶求导，并将一阶随机共振模型通过四阶珑格库塔算法，计算出各个检测点信噪比输 出值； 步骤四：将各检测点信噪比输出值与其对应的新鲜度阈值进行比较得出各检测点信噪 比输出误差值，然后对各信噪比输出误差值进行分类统计，判断样品是否为新鲜。
8. 根据权利要求7所述的牛肉新鲜度快速检测方法，其特征是步骤一中预先检测不 同存放时间牛肉样品的挥发性基氮TVB-N值，其过程为每天检测一次牛肉的挥发性盐基氮 数值，直至某天样品的挥发性盐基氮数值第一次超标，则将该天样品进行步骤二至步骤三 的操作，检测时由第一次照射光源位置开始，之后每一次检测，照射光源角度顺时针增加5 度，得到与若干组与照射光源旋转角度对应的牛肉新鲜度阈值 i = 1，......m，m为检测点数量。
9. 根据权利要求7所述的牛肉新鲜度快速检测方法，其特征是步骤三中将采集的各光 谱数据分别代入随机共振模型内，其公式如下，
其中
为输入矩阵，包括周期性正弦信号
光谱测量信号Spect (t)，以及内秉噪声N(t)，A是信号幅度，f是信号 频率，D是外噪声强度，ξ (t)是外噪声，x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数，t是运动时 间； 对随机共振模型进行一阶和二阶求导为V (X，t)对于X进行一阶和二阶求导，并使得其 等式为0,得到公式为，
设定噪声强度
t得周期 性信号的临界值） '
将A。代入一阶求导函数中，设X。⑴=0, snQ = 0 ; 以四阶珑格库塔算法求解一阶随机共振模型，得到：
并计算
其中Xn为X(t)的η阶导数值，snn是S(t)的η阶导数在t = 0处的值，η = 0,1，…， ^1，8、13为设定的常数，计算得到11(1：)，12(1：)，*"，111+1(1：)的值 ； 对以〇，12(〇,…，一⑴进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一阶和二阶求导函数 组成的双层随机系统产生随机共振时刻的位置1111值、与xn相对应的共振时刻tl及与tl所 对应的噪声Dl，D1为D中一个值； 然后通过公式
计算各光谱数据输出的信噪比，得到SNRi，SNR2，…，SNRp其中AU = a2/4b。
10.根据权利要求8所述的牛肉新鲜度快速检测方法，其特征是步骤四中输出信 噪比误差为将各检测点输出信噪比与对应检测点的新鲜度阈值进行计算，其公式为
统计的过程为计算满足QEi < 5%的输出信噪比误 f 差的个数，记为A，计算满足QEi>5%的输出信噪比误差的个数，记为M2,若
则做 出样品新鲜的判断，若
，则做出样品不新鲜的判断，若都否则返回步骤二对样品 重新检测并进行数据处理。
【文档编号】G01N21/25GK104089886SQ201410125339
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】惠国华, 王敏敏 申请人:浙江工商大学