新型牛肉新鲜度快速无损检测装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型牛肉新鲜度快速无损检测装置及方法。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。装置包括座体，在座体上设置有浮池，在浮池内漂浮有托盘，托盘通过磁力控制移动，在座体上方设置有调整支架，调整支架上设置有照射光源，座体内还设置有控制单元。控制单元通过对样品反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；装置结构合理，座体移动阻力小，不会卡壳，操作和维护方便，检测数据准确。
【专利说明】新型牛肉新鲜度快速无损检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种食品检测领域，尤其是涉及一种阻力小、不卡壳、操作简单快速、 检测准确的新型牛肉新鲜度快速无损检测装置，以及该装置的检测方法。
【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。目前也有一些检测设 备，目前这些检测设备样品平台移动结构由滑轨或齿轮等机械结构构成，存在阻力较大，结 构复杂，而且还容易卡壳，维护不方便的问题。
【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、检测准确的新型牛肉新鲜 度快速无损检测装置。
[0004] 本发明另一个发明目的是解决了一般检测设备样品平台移动结构采用滑轨或齿 轮等机械结构，存在阻力较大，结构复杂，容易卡壳，维护不方便的问题，提供了一种阻力 小、不卡壳、操作简单的新型牛肉新鲜度快速无损检测装置。
[0005] 本发明还提供了一种操作快速简便、检测准确的新型牛肉新鲜度快速无损检测方 法。
[0006] 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：一种新型牛肉新 鲜度检测装置，包括座体，在座体上设置有浮池，浮池内设有液体，在浮池内漂浮有放置样 本的圆形托盘，在托盘边缘设置有金属圈，在浮池两端处分别设置有电磁体一，在托盘的底 部上设置有定位杆，在浮池底部上沿中轴线排列设置有若干个与定位杆花键配合的定位旋 转块，在定位旋转块的下部设置有吸附定位杆的电磁体二，各定位旋转块联动相连，在座体 上方设置有调整支架，调整支架上设置有照射光源，照射光源位于托盘的上方，在座体内还 设置有控制单元，控制单元与照射光源、调整支架、电磁体一、电磁体二、定位旋转块控制相 连；
[0007] 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；
[0008] 控制单元：控制照射光源、调整支架、电磁体一、电磁体二、定位旋转块工作，根据 照射光源反馈的光谱信息，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] 本发明能够控制托盘进行精确的移动和旋转，使得装置能对托盘上样品进行多方 位的检测。托盘采用漂浮形式，并通过磁力控制移动。而传统采用机械移动的结构，如滑动 机构，其需要设置横向和坚向的滑动装置，结构比较复杂，且机械结构在移动时阻力大，并 且容易出现卡壳的问题，维护也不方便。相比传统机械移动的结构，本发明克服了这些缺 陷，漂浮减少了移动带来的阻力，且无需设置滑动装置，结构更简单，也避免了卡壳的问题， 通过电磁体吸附进行控制移动，操作简单方便。各定位旋转块通过电磁体二对定位杆进行 吸附，能够准确控制托盘移动距离，定位旋转块能进行旋转，带动定位杆使得托盘旋转，使 得照射光源能够全方位的对样品上进行采样。调节支架能够调节照射光源的位置。座体上 设置有控制前进、后退和旋转的控制按键，控制单元根据控制按键控制电磁体一对托盘进 行吸附移动，控制定位旋转块旋转对托盘进行转动，控制单元同时控制照射光源工作，照射 光源将检测到的信息发送给控制单元，控制单元对信息进行分析计算，的而出信噪比值，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。工作时，操作人员通过按 下控制按键进行操作，电磁体一和电磁体二工作，电磁体一吸附托盘上的永磁体,推动托盘 在浮池内移动，当定位杆移动至其中一个定位旋转块上方时，在电磁体二的磁力吸附下，定 位杆被吸入到定位旋转块内并与定位旋转块相配合，步进电机旋转带动定位旋转块转动， 进而带动托盘进行转动，转动一定角度停止，照射光源进行检查，检查后继续旋转，直到旋 转360度后电磁体二停止工作，磁力消失，托盘在浮力的作用下上移，定位杆脱离定位旋转 块，接下来继续操作控制按钮控制托盘前进或后推，重复上面的操作。
[0010] 作为一种优选方案，所述浮池为长方形，浮池的宽度大于或等于托盘直径长度，浮 池的长度大于或等于托盘直径1. 5倍的长度，所述永磁体分别设置在托盘同一直径的两端 处，所述两个电磁体一设置在同一直线上且设置在浮池两端的中间位置。该浮池的宽度与 托盘相等或略宽一点，这样托盘在浮池内不会进行横向的移动，在电磁体一的吸附下进行 前后的直线运动。浮池的长度等于或略大于托盘直径的1.5倍，托盘移动不会脱离出照射 光源照射范围。永磁体对称设置在两端处，与浮池两端的电磁体一相对应，电磁体一对永磁 体进行吸附或推动，打动托盘进行移动。
[0011] 作为一种优选方案，所述定位杆坚直朝下设置在托盘底部，定位杆的前端具有定 位键，定位键包括四条定位条，定位条构成为十字形，定位条表面为倾斜状，使得定位键整 体形成尖端的结构，所述定位旋转块上设置有与定位键互补配合的定位槽。定位杆在电磁 体二的吸附下与定位旋转块配合连接，使得定位旋转块可以带动定位杆旋转。
[0012] 作为一种优选方案，所述定位旋转块底部上设置有旋转轴，旋转轴上连接有防水 密封轴承，防水密封轴承安装在浮池底部上，在旋转轴的前端连接有传动齿轮，所有定位槽 的传动齿轮通过齿条传动相连，且其中一个定位旋转块的旋转轴与步进电机相连。定位旋 转块通过防水密封轴承连接，防止了液体渗漏。定位旋转块之间通过传动齿轮相啮合，形成 了联动结构，只需设置一个步进电机就能带动所有定位旋转块进行旋转。
[0013] 作为一种优选方案，所述调整支架包括第一杆体、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，转轴与驱动其转动 的第一电机相连接，第一杆体上端穿在第一轴承上，在第一轴承上部设置有第二电机，第二 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 有第三电机，第一电机、第二电机分别连接在控制单元上。调整支架能够调整照射光源位 置。在工作开始前通过调整支架将照射光源位置调整到要求的位置，通过第一电机能对照 射光源进行旋转，能够调节的入射角度。通过第二电机驱动能对第一杆体进行旋转调节，通 过第三电机驱动旋转丝杆，能够调节第二杆体在垂直方向上的位置，即对照射光源的高度 进行调节。
[0014] 一种新型牛肉新鲜度检测方法，包括以下步骤：
[0015] 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；
[0016] 步骤二：制备牛肉样品，将样品放置在托架上，调整好照射光源位置，启动装置，移 动托盘到旋转定位槽位置处，对照射光源照射的检测点进行检测，之后旋转托盘一个角度 后对另一个检测点进行检测，直到托盘旋转360度后，再控制托盘前进到下一个旋转定位 槽处重复上述检测，且在每个检测点上照射光源强度在照射过程中按照正弦曲线增加然后 按照正弦曲线下降下降变化，控制单元采集反射光谱数据；
[0017] 步骤三：将各个检测点光谱数据代入随机共振模型中，通过对一层随机共振模型 进行一阶、二阶、三阶求导，得到二层随机共振模型，并将一层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；
[0018] 步骤四：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。
[0019] 作为一种优选方案，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，
[0020]
【权利要求】
1. 一种新型牛肉新鲜度快速无损检测装置，其特征在于：包括座体（1)，在座体上设 置有浮池（2)，浮池内设有液体，在浮池内漂浮有放置样本的圆形托盘（3)，围绕托盘边缘 设置有金属圈（6)，在浮池两端处分别设置有电磁体一（5)，在托盘的底部上设置有定位杆 (7)，在浮池底部上沿中轴线排列设置有若干个与定位杆花键配合的定位旋转块（8)，在定 位旋转块的下部设置有吸附定位杆的电磁体二，各定位旋转块联动相连，在座体上方设置 有调整支架，调整支架上设置有照射光源，照射光源位于托盘的上方，在座体内还设置有控 制单元（28)，控制单元与照射光源、调整支架、电磁体一、电磁体二、定位旋转块控制相连； 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； 控制单元：控制照射光源、调整支架、电磁体一、电磁体二、定位旋转块工作，根据照射 光源反馈的光谱信息，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所述的新型牛肉新鲜度快速无损检测装置，其特征是所述浮池（2) 为长方形，浮池的宽度大于或等于托盘（3)直径长度，浮池的长度大于或等于托盘直径1.5 倍的长度，所述永磁体（6)分别设置在托盘同一直径的两端处，所述两个电磁体一设置在 同一直线上且设置在浮池两端的中间位置。
3. 根据权利要求1所述的新型牛肉新鲜度快速无损检测装置，其特征是所述定位杆 (7)坚直朝下设置在托盘（3)底部，定位杆的前端具有定位键（9)，定位键包括四条定位条 (16)，定位条构成为十字形，定位条表面为倾斜状，使得定位键整体形成尖端的结构，所述 定位旋转块（8)上设置有与定位键互补配合的定位槽（10)。
4. 根据权利要求1或3所述的新型牛肉新鲜度快速无损检测装置，其特征是所述定位 旋转块（8)底部上设置有旋转轴（14)，旋转轴上连接有防水密封轴承（11)，防水密封轴承 安装在浮池（2)底部上，在旋转轴的前端连接有传动齿轮，所有定位槽的传动齿轮（13)通 过齿条（30)传动相连，且其中一个定位旋转块的旋转轴与步进电机（15)相连。
5. 根据权利要求1或2或3所述的新型牛肉新鲜度快速无损检测装置，其特征是所述 调整支架（17)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（4)通过转轴（29)连接在第一杆体的下端上，转轴与驱动其转 动的第一电机相连接，第一杆体上端穿在轴承（27)上，在轴承上部设置有第二电机（25)， 第二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（22)和导向套（23)，所述旋转丝 杆和导向杆并排设置在座体（1)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三电机（26)，第一电机、第二电机、第三电机分别连接在控制单元 (28)上。
6. -种新型牛肉新鲜度快速无损检测方法，采用权1-5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，得到与若干组与照射光源 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，调整好照射光源位置，启动装置，移动托 盘到旋转定位槽位置处，对照射光源照射的检测点进行检测，之后旋转托盘一个角度后对 另一个检测点进行检测，直到托盘旋转360度后，再控制托盘前进到下一个旋转定位槽处 重复上述检测，且在每个检测点上照射光源强度在照射过程中按照正弦曲线增加然后按照 正弦曲线下降变化，控制单元采集反射光谱数据； 步骤三：将各个检测点光谱数据代入随机共振模型中，通过对一层随机共振模型进行 一阶、二阶、三阶求导，得到二层随机共振模型，并将一层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。
7.根据权利要求6所述的新型牛肉新鲜度快速无损检测方法，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5(〇 = .&11(2;?:.片+ (/)) + 5'/.>^/(〇 + ~(〇为输入矩阵，包括周期性正弦信号 dsin(2;r.片+ (P)，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； 计算一层随机共振模型V(x，t，α)对于x(t)的一阶、二阶和三阶导数，并使得其等式 为〇,得到二层随机共振模型，
设定噪声强度D = 0, sin(2;r.// + p)=l，Spect(t) = 0, N(t) = 0,计算得到A的临界 值为為=/276，将A。代入一层随机共振模型中，并设定Xtl (t) = 0, sn(l = 〇,采用四阶 珑格库塔算法求解公式（1),得到：、丨=.y" +^{『女丨+(2-71)6 + +灸4]，n = 〇， 1，…，N-I 其中，待定系数：
其中，Xn为X⑴的η阶导数，Snn是S⑴的η阶导数在t = 0处的值，a、b为双稳态 势函数系数，h是设定的计算步数， 对以〇，12(〇,…，一⑴进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层随机共振模型和 二层随机共振模型组成的双层随机系统产生随机共振时刻的位置1111值、与Xnl相对应的共振 时刻tl及与tl所对应的噪声Dl，Dl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，得到各检测点信噪比输出值，其中AU = a2/4b。
8. 根据权利要求6或7所述的新型牛肉新鲜度快速无损检测方法，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%的输出信噪比误差 的个数，记为M1,计算满足QEi > 5%的输出信噪比误差的个数,记为M2
，则做 出样品新鲜的判断
，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。
9. 根据权利要求6或7所述的新型牛肉新鲜度快速无损检测方法，其特征是牛肉新鲜 度阈值的检测过程为：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，得到的信噪比输出即为 新鲜度阈值。
【文档编号】G01N21/25GK104374709SQ201410406956
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】惠国华, 陈鹏华, 韩圆圆, 蔡艳萍, 刘伟 申请人:浙江工商大学