一种牛肉品质检测系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种牛肉品质度检测系统及检测方法。解决现有技术中对牛肉品质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，判断牛肉品质。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】一种牛肉品质检测系统及方法
【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 确的牛肉品质度检测系统，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，消费水平不断增强，对牛肉食品的品质要求越来越高。 如牛肉可以分成普通牛肉和高档牛肉，高档牛肉一般肌纤维细嫩多汁，肌肉间含有一定量 的脂肪，脂肪颗粒细小，于肌肉组织中均匀分布，成大理石纹理，俗称雪花肉，这种属于高档 牛肉，其他的属于普通牛肉。而一般人并不能很好的区分高档牛肉和普通牛肉，这使得在购 买时容易上当，造成不必要损失。目前对牛肉品质的检测技术一般通过感官检测、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。因此希望有一种能够快速、简便、准确无损检测冷鲜牛肉品质的设备及方法，以便 及时地对牛肉进行检测，以识别牛肉的品质。
【发明内容】
[0003] 本发明主要是解决现有技术中对牛肉品质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、检测准确的牛肉品质检测系 统。
[0004] 本发明还提供了一种操作快速简便、检测准确的牛肉品质检测方法。
[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：一种牛肉品质检测 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品质，能够更快速、简便、准确的检测出牛肉品 质。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 先设定好的牛肉品质标准值数据表，通过与计算得出的信噪比值比较后得出样品品质。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，在所述照射光源与控制单元之间连接有光源控制电路，光源 控制电路包括波形产生单元、NI数据采集卡和功放单元，控制单元与波形产生单元输入端 连接，波形产生单元输出端与NI数据采集卡输入端连接，NI数据采集卡输出端连接功放单 元输入端，功放单元输出端连接照射光源。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。控制单元控制波形产生单元产 生控制光源强度的波形，有NI数据采集卡对波形进行采集，然后发送给功放单元，由功放 单元控制照射光源强度按照波形进行工作。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 一种牛肉品质检测方法，包括以下步骤：
[0015] 步骤一：制备牛肉样品，将样品放置在托架上，照射光源调整角度分别照射若干检 测点，在每个检测点上照射光源强度在照射过程中按照斜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；
[0016] 步骤二：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；
[0017] 步骤三：将各检测点信噪比输出值与设定的阈值进行比较，判断检测点为白色光 谱还是红色光谱，然后对白色光谱和红色光谱的检测点进行统计，判断样品的品质。
[0018] 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，
[0019]
【权利要求】
1. 一种牛肉品质检测系统，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所述的一种牛肉品质检测系统，其特征是在所述照射光源（3)与控 制单元（12)之间连接有光源控制电路，光源控制电路包括波形产生单元（28)、NI数据采集 卡（29)和功放单元（30)，控制单元与波形产生单元输入端连接，波形产生单元输出端与NI 数据采集卡输入端连接，NI数据采集卡输出端连接功放单元输入端，功放单元输出端连接 照射光源。
3. 根据权利要求1所述的一种牛肉品质检测系统，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。
4. 根据权利要求3所述的一种牛肉品质检测系统，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)。
5. 根据权利要求1所述的一种牛肉品质检测系统，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。
6. -种牛肉品质检测方法，采用权利要求1-5任一项中的装置，其特征是：包括以下步 骤： 步骤一：制备牛肉样品，将样品放置在托架上，照射光源调整角度分别照射若干检测 点，在每个检测点上照射光源强度在照射过程中按照斜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； 步骤二：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； 步骤三：将各检测点信噪比输出值与设定的阈值进行比较，判断检测点为白色光谱还 是红色光谱，然后对白色光谱和红色光谱的检测点进行统计，判断样品的品质。
7.根据权利要求6所述的一种牛肉品质检测方法，其特征是步骤二中将采集的各光谱 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，
求得周期性信号 的临界值为
将A。代入一阶求导函数中，设X。(t) =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xnSx(t)的η阶导数值，81111是5(1:)的η阶导数在t=0处的值，n=0，l，"^N-l， 8、13为设定的常数，计算得到11(1：)，12(1：)，"*^+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。
8. 根据权利要求6或7所述的一种牛肉品质检测方法，其特征是步骤三将各检测点信 噪比输出值与设定的阈值进行比较过程为，若SNR>-68. 74,则判断该信噪比输出值对应的 检测点为白色光谱点，即为肥肉，若SNR〈-77. 49,则判断该信噪比输出值对应的检测点为红 色光谱点，即为瘦肉，统计的过程为计算白色光谱的检测点的个数，记为A，计算红色光谱 的检测点的个数，记为M2，若
7检测点数量， 则判断样品为高档牛肉，否则判断样品为普通牛肉。
9. 根据权利要求6或7所述的一种牛肉品质检测方法，其特征是检测时由第一次照射 光源位置开始，之后每一次检测，照射光源角度按顺时针增加5度。
【文档编号】G01N21/25GK104089890SQ201410126407
【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, 吴思瑶 申请人:浙江工商大学