本发明属于食品检测技术领域，尤其涉及一种畜禽肉黏弹性检测数据采集方法，具体涉及一种基于气流和激光的畜禽肉黏弹性检测数据采集方法。
背景技术
畜禽肉是一类典型的黏弹性体，既具有固体的弹性性质，又具有液体的黏性性质。畜禽肉中含有丰富的蛋白质，该蛋白质及其水化层形成网状结构，有一定抵抗外力的能力，这种抵抗力即表现为肉的黏弹性。
目前，国内的研究工作主要集中在肉类的纯弹性问题上，无法完全反映肉类产品的黏弹性特征；国内外对肉类黏弹性的检测，通常是利用万能试验机、质构仪等，对样品进行压缩破坏性实验。这种检测方式对样品产生接触式的、不可逆的破坏与污染，测试后的样品失去后续使用价值，并且这类仪器价格昂贵，不便于普及。
针对以上不足，为了改进畜禽肉类的黏弹性检测技术，研究快速无损的黏弹性检测数据采集方法就具有重要的意义。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种畜禽肉黏弹性检测数据采集方法，具体是一种基于气流和激光的畜禽肉黏弹性检测数据采集方法。该方法具有非破坏性、样品无交叉感染和设备成本低的优点。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于气流和激光的畜禽肉黏弹性检测数据采集方法，包括以下步骤：
s1、畜禽肉样品的准备：获取畜禽同一部位的肉作为样品，将样品切割并整形为尺寸一致的若干待测样品2；
s2、应变数据的采集：在同一时间点，相同外部环境下，应用融合了气流和激光测距技术的畜禽肉黏弹性无损检测系统对待测样品2进行气流冲击；
通过升降台1的升降，使得待测样品2的表面与喷嘴贴合；
对于畜禽肉的感官判断，一般靠牙齿的咀嚼或者用手指摁压，周期都是2～3s；
为了使待测样品2在气流冲击的作用下表现出黏弹性，所述气流冲击的时间设定为不少于2s，此阶段为气流加载阶段；
同时，应用畜禽肉黏弹性无损检测系统实时采集待测样品2的变形数据(变形信息)，即变形量随时间变化的数据；
当气流冲击结束后，为了观察记录直到待测样品2变形稳定时的变形特征，在气流冲击结束后，继续采集变形数据，所述继续采集变形数据的时间不少于5s，此阶段为变形恢复阶段；
对每个待测样品2采集至少5个位置的变形数据；
为了避免采集位置的距离过近，对待测样品2局部区域的黏弹性产生影响，相邻两个采集位置之间的距离不小于20mm，且为了避免待测样品2的边缘对采集变形数据造成干扰，采集位置距离待测样品2的边缘不小于20mm；
再对待测样品2所有采集位置的变形数据取平均值，作为该待测样品2的变形量d(t)；具体操作为对待测样品2的每个采集位置采集一组变形数据序列，且每个采集位置的变形数据序列长度相同，当该待测样品2的所有采集位置的变形数据序列采集结束后，对所有采集位置的变形数据序列进行平均运算，获得该待测样品2变形数据的平均值；当对所有待测样品2的变形数据采集完成后，由计算机7计算，得到所有待测样品2随时间变化的应变值ε(t)，其中，t为时间变量；
s3、应力值的确定：气流冲击在待测样品2的表面，引起待测样品2变形，根据力的作用力与反作用力原理，采用气压值(气流压力值)代替应力值，进行后续分析；由于存在气压损失，利用差压计检测作用于待测样品2表面的气压值；
s4、通过获取的应变值ε(t)与气压值，利用计算机7获得应变-时间曲线和应力-应变曲线，进而分析畜禽肉的黏弹性。
在上述技术方案的基础上，步骤s1中，所述获取畜禽同一部位的肉作为样品是指不能对畜禽同一部位全部取样，而是将肉质均匀的部分取出作为样品，保证所述待测畜禽肉样品尽可能地反映畜禽同一部位的黏弹特性。例如，获得牛肉中的黄瓜条后，先去除黄瓜条两端粗细明显不均的部分，然后从中间部位开始取样，这样可保证牛肉黄瓜条样品黏弹性的一致。
在上述技术方案的基础上，步骤s1中，为了避免待测样品2的尺寸太小，而对待测样品2在气流冲击下的变形产生干扰，所述将样品切割并整形是指将样品切割并整形为尺寸不小于80mm×60mm×20mm(长×宽×厚)的待测样品2，且待测样品2的数量不少于3个。
步骤s2中，为了防止待测样品2暴露在空气中太久，造成待测样品2表面水分蒸发，表面变干，从而黏弹性发生变化，因此对待测样品2变形信息的采集要尽快完成。
在上述技术方案的基础上，步骤s2中，所述应变值ε(t)为计算机7计算的变形量d(t)与待测样品2初始厚度h的比值，应变值ε(t)(纵向应变)的计算公式如式(1)所示，
ε(t)＝d(t)/h(1)。
在上述技术方案的基础上，步骤s2中，为了避免待测样品2的初始厚度h对待测样品2的变形产生干扰，控制待测样品2在气流冲击作用下的最大应变值ε(t)不超过30％。
在上述技术方案的基础上，所述控制待测样品2在气流冲击作用下的最大应变值，通过电气比例阀10设定气流压力实现(减小气流压力，则最大应变值降低)。
在上述技术方案的基础上，步骤s3中，降低升降台1，撤下待测样品2；将所述差压计的软管对准喷嘴的中央位置，所述中央位置为传感器探头5入射光路的位置，调整软管口距离喷嘴口的距离，检测不同距离值处的气压值，相应地获得待测样品2表面不同变形量(不同变形量对应于不同的距离值)时的气压值。
在上述技术方案的基础上，所述差压计的型号为ht-1891。
本发明的有益技术效果如下：
本发明利用气流和激光测距技术实现对畜禽肉黏弹性进行无损伤的检测。气流和激光技术均具有非接触、非破坏的优点。本发明能够针对不同的畜禽肉样品，获取相应的应变和应力数据，从而为畜禽肉的黏弹性研究获取重要数据。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明基于气流和激光的畜禽肉黏弹性检测数据采集方法的流程示意图。
图2某次采集待测样品变形信息的采集位置示意图。
图3利用本发明方法获取的应变-时间曲线图。
图4畜禽肉黏弹性无损检测系统结构示意图。
附图标记：
1升降台，2待测样品，3贮气喷射装置，4固定框架，5传感器探头，6rs-232c通信模块dl-rs1a，7计算机，8传感器放大器，9单片机开发板，10电气比例阀，11电磁阀，12气管，13空气压缩机，14过滤减压阀。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例仅用于说明发明，但不能用来限制本发明的范围。显而易见，以下描述和附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据所列附图获得其他附图及实施例。
如图4所示，一种畜禽肉黏弹性无损检测系统，包括：空气压缩机13、控制装置、激光测距仪、传感器探头5、计算机7和差压计；
所述空气压缩机13通过气管12向待测样品2的表面输出气流；所述控制装置包括单片机开发板9及与单片机开发板9连接的若干阀体，所述阀体安装于气管12上；所述激光测距仪包括传感器探头5，所述传感器探头5用于实时采集待测样品2表面的变形信息并反馈至所述计算机7中；所述差压计用于检测作用于待测样品2表面的气压值，并实时显示、保存所测气压值，导出所述气压值至计算机7，用于绘制应力-时间曲线和应力-应变曲线；所述差压计设有软管；所述计算机7与单片机开发板9连接，用于控制所述若干阀体，所述计算机7计算得到待测样品2随时间变化的应变值ε(t)，并接收差压计导出的气压值，获得应变-时间曲线和应力-应变曲线，进而分析畜禽肉的黏弹性；所述气管12上靠近所述空气压缩机13的一端设有过滤减压阀14。
所述畜禽肉黏弹性无损检测系统还包括升降台1、贮气喷射装置3、传感器放大器8与rs-232c通信模块dl-rs1a6，所述升降台1位于待测样品2的下方，用于带动待测样品2升降移动；所述气管12的输出端与贮气喷射装置3连接，所述贮气喷射装置3位于待测样品2的上方，在贮气喷射装置3的下端设有喷嘴，所述喷嘴朝向待测样品2；待测样品2的表面与所述喷嘴的距离为0mm；所述传感器探头5的入射光路，与喷出气流的喷嘴同轴；所述激光侧距仪还包括传感器放大器8，所述传感器探头5通过传感器放大器8与rs-232c通信模块dl-rs1a6通讯连接，所述rs-232c通信模块dl-rs1a6与计算机7连接。
所述畜禽肉黏弹性无损检测系统，还包括固定框架4，所述升降台1、待测样品2及喷嘴均位于固定框架4内；所述气管12的一端与空气压缩机13连接。
所述若干阀体包括电磁阀11和电气比例阀10，所述电磁阀11与电气比例阀10分别安装于气管12上。
通过所述电磁阀11控制气流的通断，实现对气流作用时间的控制，通过电气比例阀10设置气压值。
如图1所示为本发明基于气流和激光的畜禽肉黏弹性检测数据采集方法的流程示意图，具体实施例如下。
(1)畜禽肉样品的准备
从超市购买畜禽同一部位的肉作为样品，不能对畜禽同一部位的肉全部取样，而是将肉质均匀的部分取出作为样品，保证所述待测畜禽肉样品尽可能地反映畜禽同一部位的黏弹特性。在本实施例中，获得冷鲜牛肉中的黄瓜条后，先去除黄瓜条两端粗细明显不均的部分，然后从中间部位开始取样，这样可保证牛肉黄瓜条样品黏弹性的一致。
将样品切割并整形为尺寸一致的若干待测样品2。为了避免待测样品2的尺寸太小，而对气流冲击下的待测样品2的变形产生干扰，在本实施例中，将样品切割并整形为80mm×60mm×30mm(长×宽×厚)的待测样品2，待测样品2的数量为3个。所有待测样品2醒温(将待测样品2置于室温环境下进行热交换)约30min，当待测样品2的温度恢复到室温后，进行以下步骤。
(2)应变数据的采集
应用畜禽肉黏弹性无损检测系统采集待测样品2的变形信息，即变形量随时间变化的数据。该畜禽肉黏弹性无损检测系统采用气流和激光测距技术，其中气流由空气压缩机13提供，并对待测样品2表面产生作用力；传感器探头5用于实时采集待测样品2表面的变形信息，采样频率为50hz，即每隔0.02s采集一个变形量值。
为了使待测样品2在气流冲击的作用下表现出黏弹性，本实施例中设定气流的冲击时间为2s。当气流冲击结束后，为了观察记录直到待测样品2变形稳定时的变形特征，本实施例在气流冲击结束后，继续采集变形数据，设定所述继续采集变形数据的时间为5s。
气流冲击作用2s后停止，待测样品2开始恢复变形。因此，共采集7s时间长度的数据作为待分析数据。对每个待测样品2采集5个位置的变形数据，再对5个位置的变形数据取平均值，作为待测样品2的变形量d(t)。
当气流冲击时，为了避免采集位置的距离过近，对待测样品2局部区域的黏弹性产生影响，相邻两个采集位置之间的距离不小于20mm，且为了避免待测样品2边缘对采集变形数据造成干扰，采集位置距离待测样品2的边缘不小于20mm。如图2所示为本次采集待测样品变形信息的采集位置示意图，其中，图2中的圆圈为采集位置。
为了防止待测样品2暴露在空气中太久，造成待测样品2成分的改变，从而黏弹性发生变化，因此对待测样品2变形信息的采集要尽快完成。
所有待测样品2的变形数据采集完成后，由计算机7计算，得到随时间变化的应变值ε(t)，应变-时间曲线如图3所示。计算机7的计算过程，简述如下。
变形量d(t)的数据采集计算完成后，计算所有待测样品2的应变值ε(t)，应变值ε(t)为变形量d(t)与待测样品2的初始厚度h的比值，应变值ε(t)的计算公式如式(1)所示，
ε(t)＝d(t)/h(1)
其中：ε(t)为随时间变化的应变值；d(t)为随时间变化的变形量；h为待测样品2的初始厚度。
应变值ε(t)的数据采集计算后，利用气流冲击结束后待测样品2的变形数据观察待测样品2的变形特征。变形特征为气流冲击结束后，待测样品2是否能够完全恢复，若能完全恢复；则说明待测样品2不存在残余变形；若不能完全恢复，则说明待测样品2存在残余变形。为了方便观察变形特征，在本实施例中，将采集的应变-时间数据以曲线的形式表现，如图3所示。由图3明显地观察到3个待测样品2在变形恢复阶段均未完全恢复，且随着时间的延长，变形恢复逐渐趋于一恒定值，说明继续采集变形数据的5s恢复时间能够表征恢复特征。
(3)应力值的确定
气流冲击在待测样品2表面，引起待测样品2变形，根据力的作用力与反作用力，采用气压值代替应力值进行后续分析。
为了避免待测样品2的厚度h对待测样品2的变形产生干扰，控制待测样品2在气流冲击作用下的最大应变值不超过30％。
在本实施例中，通过电气比例阀10设定气流压力为70kpa，由于存在气压损失，利用差压计(型号：ht-1891)检测作用于待测样品2表面的气压值。气压值为待测样品2表面处气流中央位置处的气压值。
测量待测样品2表面气压值的方法为：将差压计的软管对准喷嘴的中央位置，即传感器探头5入射光路的位置，调整软管口距离喷嘴口的距离，检测不同距离值处的气压值，相应地获得待测样品2不同变形量(不同变形量对应于不同的距离值)时的气压值。
在本实施例中，待测样品2的最大变形量约6mm，如图3所示，即最大应变值约20％，满足最大应变值不超过30％的要求。利用差压计测得距离喷嘴口0～10mm(对应于待测样品2的变形量为0～10mm)范围内的气流压力为4.024±0.006kpa，可以认为待测样品2在0～10mm变形量范围内的气压值是一恒定值，取4.024kpa的气压值作为应力值，进行后续分析。
(4)获取气压值与应变值ε(t)数据后，可获得后续的应力-应变曲线和应变-时间曲线，进而分析畜禽肉的黏弹性。
综上所述，本发明提供一种基于气流和激光测距技术的畜禽肉黏弹性检测数据采集方法，气流和激光技术均具有非接触、非破坏的优点。本发明能够针对不同的畜禽肉样品，获取相应的应变和应力数据，从而为畜禽肉黏弹性研究获取试验数据。
本发明的实施例仅是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏地公开了本发明的所有形式，而将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言显而易见。附图和描述的实施例仅是为了更好地说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明，从而设计适于特定用途的带有显而易见修改的各种实施例。
本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。