一种便携式肉类水分检测装置及其检测方法与流程

本发明属于生鲜肉类水分检测技术领域,具体涉及一种应用电阻与含水率相关的原理对生鲜肉类水分进行检测的装置及其检测方法。

背景技术：

目前国内外对于生鲜肉品水分检验的方法主要有烘干法，电容法和电阻法等等。而电阻法是应用较多的一种测量方法。其原理是应用欧姆定律电阻法来测量肉类的水分含量。生鲜肉品的取样像一个电阻一样，水分高时，电阻小，水分低时，电阻大，通过检测生鲜肉品的电阻大小就能检测出生鲜肉品的水分值。但是由于不同地域，不同品种，宰杀时间不同等因素，使得生鲜肉品中水分的酸碱值有所不同，这直接影响到生鲜肉品内离子数量的多少，导致了通过采集的生鲜肉品的电阻而得出的含水率值各有差异，这是导致含水率测量过程的系统误差之一；而温度对于电阻测量的准确性也有较大的影响，这是导致含水率测量过程中的另一个系统误差。因此，如果对样品的ph值及温度不进行修正，通过电阻法所得到的含水率数值就会产生较大的误差，对于生鲜肉品的存储和运输都有极大的影响。所以进行酸碱、温度等相应参数进行补偿修正，是必不可少的步骤。

技术实现要素：

本发明要解决的一个技术问题是提供一种便携式肉类水分检测装置，该装置能够有效解决因酸碱度不同带来的系统检测误差。

为了解决上述技术问题，本发明的便携式肉类水分检测装置包括：采样系统和检测仪；所述的采样系统包括采样盘和固定在采样盘上相互垂直的十字探针电极和酸碱传感器；十字探针电极中由a电极与b电极构成一对采样电极，c电极与d电极构成一对采样电极；酸碱传感器位于c电极与d电极之间；恒流源的一端连接a电极和c电极，另一端连接b电极与d电极；恒流源输出大小不变，方向周期性变化的电流；检测仪包括电压放大电路，ad转换器和微控制器；十字探针电极的输出连接到电压放大电路，电压放大电路的输出通过ad转换器连接到微控制器的数据输入端；酸碱传感器的输出直接连接到微控制器的数据输入端；采样系统1采集的电压信号经电压放大电路放大，再经ad转换器模数转换后传输给微控制器；微控制器根据电压信号、酸碱传感器采集的ph值查找对照表得到生鲜肉品的含水率。

进一步，本发明还包括多路复用电路；十字探针电极的输出通过多路复用电路分别连接到电压放大电路中的高水分放大电路、中间水分放大电路和低水分放大电路；高水分放大电路、中间水分放大电路和低水分放大电路的输出连接到ad转换器。

进一步，本发明还包括温度传感器；温度传感器固定在采样盘上a电极与b电极之间，且温度传感器的输出连接到微控制器的数据输入端；微控制器根据电压信号、酸碱传感器采集的ph值及温度传感器采集的温度值输出对应的生鲜肉品的含水率。

本发明要解决的另一个技术问题是利用上述便携式肉类水分检测装置对肉类进行水分检测的方法，该方法如下：

1)、将采样系统与被测样品接触，将十字探针电极、温度传感器以及酸碱传感器插入被测样品内；

2)、利用酸碱传感器测量被测样品的ph值，同时利用温度传感器测量被测样品的温度值；然后首先闭合第一开关向a电极、b电极通入大小不变，方向周期性变化的电流，得到一系列电压值；然后关断第一开关，闭合第二开关向c电极和d电极通入大小不变，方向周期性变化的电流，得到一系列电压值；

3)、微控制器对经过电压放大电路放大后的电压信号求平均值；根据电压信号平均值、温度值和ph值，查找对照表得到对应的含水率。

所述对照表中电压值、酸碱度与含水率的函数关系的标定方法如下：

一、标定电压-含水率函数关系：

(1)、准备好已知的不同含水率的多块生鲜肉品作为被测样品；

(2)、将采样系统与第一块被测样品接触，将十字探针电极、温度传感器以及酸碱传感器插入第一块被测样品内，记录第一块被测样品的电压信号采样值；同理将采样系统与其他被测样品接触，采集相应的电压信号采样值；得到一系列含水率及对应的电压信号采样值；

(3)微控制器拟合得出电压信号采样值v与含水率m之间对应关系式(1)；

v＝f(m)(1)

(4)微控制器利用origin软件拟合得出电压信号采样值v与含水率m之间的函数关系式(2)；

m＝a0+a1v(2)

其中a0、a1为拟合得到的系数；

二、标定ph值-电压对应关系：

(1)、准备好已知含水率的多块生鲜肉品作为被测样品，依次在各块被测样品中注入不等量的酸溶液或碱溶液，使得各被测样品的ph值呈梯度变化的，ph值梯度≤1；将被测样品在密闭的空间放置一段时间，使得每块被测样品中各处的ph值相同；之后用肉类ph检测仪对每块被测样品的酸碱度进行测量、标记；

(2)、将采样系统与第一块被测样品接触，将十字探针电极、温度传感器以及酸碱传感器插入第一块被测样品内，记录第一块被测样品的电压信号采样值；同理将采样系统与其他被测样品接触，采集相应的电压信号采样值；最后得到一系列ph值及对应的电压信号采样值；

(3)、利用微控制器拟合得出电压信号采样值v与ph值之间的对应关系式(3)；

v＝f(ph)(3)

三、利用的对应关系式(3)对公式(1)进行修正得到包含了ph补偿项的对应关系式(4)；

v＝f(m)+f(ph)；(4)

利用微控制器的origin软件拟合出含水率m与的电压信号采样值v、ph值之间的函数关系式(5)；

m＝b0+b1v+b2ph(5)

四、标定温度-电压信号的对应关系：

(1)、将已知含水率和ph值的被测样品预先加热至设定温度，将采样系统与被测样品接触，将十字探针电极、温度传感器以及酸碱传感器插入被测样品内，记录被测样品的电压信号采样值；温度传感器输出的温度值每下降△t，△t≤3°；记录温度值及对应的电压信号采样值；直至温度下降到室温；得到一系列温度值及对应的电压信号采样值；

(2)、利用微控制器拟合出温度t与电压信号的对应关系式(6)；

v＝f(t)(6)

五、利用公式(6)对公式(4)进行修正得到包含了温度补偿项和ph补偿项的对应关系式(7)；

v＝f(m)+f(ph)+f(t)(7)

(4)、根据函数关系式(7)，利用微控制器的origin软件拟合出包含温度补偿项和ph补偿项的含水率m与的电压信号采样值函数关系式(8)；

m＝c0+c1v+c2ph+c3t(8)

本发明的有益效果：

本发明利用肉类中所含的水分与其电阻之间呈现函数关系的原理而通过测定两采样电极之间的电压以间接地测定肉品的含水量,从而测定肉品的含水率；根据酸碱传感器、温度传感器采集的肉类ph值、温度值对采样电压进行补偿、修正，提高了生鲜肉品含水率的检测精度；采集盘上的两对电极的位置设计可以有效地克服生鲜肉品的电压测量的各向异性，能够准确、可靠、快速和便捷地检测生鲜肉类水分。

附图说明

图1是本发明的便携式肉类水分检测装置的结构框图。

图2是采样系统主视图。

图3是采样系统立体图。

图4是通过电极的电流时序图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明的便携式肉类水分检测装置包括：采样系统1和检测仪2。

如图2、3所示，所述的采样系统1包括采样盘11和固定在采样盘11上的十字探针电极、温度传感器16以及酸碱传感器17；采样盘11采用圆形盘；十字探针电极由a电极12、b电极13、c电极14、d电极15组成，四个电极分别布置在两条相互垂直的圆盘的直径两端，其中a电极12与b电极13构成一对采样电极，c电极14与d电极15构成一对采样电极；温度传感器16采用k型热电偶，该k型热电偶位于a电极12和b电极13所在圆弧的中心处，用于检测样品温度；酸碱传感器17位于c电极14和d电极15所在圆弧的中心处；用于检测样品的ph值。恒流源i的一端连接a电极12和c电极14，另一端连接b电极13和d电极15；恒流源i输出大小不变，方向周期性变化的电流。

检测仪2包括多路复用电路、电压放大电路，ad转换器、微控制器、显示器、操作按键、打印装置。其中，电压放大电路包括三个放大支路，分别为高水分放大电路、中间水分放大电路和低水分放大电路；多路复用电路采用多路选择器，a电极12、b电极13、c电极14和d电极15通过多路复用电路分别与高水分放大电路、中间水分放大电路和低水分放大电路连接；多路复用电路用于根据水分高低选择相应的放大支路对电压信号进行放大，使电压信号始终处于采集精度较高的电压范围内，可以手动选择，也可以通过微控制器自动选择；高水分放大电路、中间水分放大电路和低水分放大电路通过ad转换器与微控制器连接；ad转换器用于将电压模拟信号转换为数字信号；温度传感器16和酸碱传感器17直接与微控制器连接；微控制器采用单片机，可以根据每对采样电极两端的电压大致判断电压范围并选择相应的放大支路对采集的电压进行放大，以提高采集精度；根据计算得到的电压信号平均值、温度值和ph值，通过查找对照表的方式得到对应的含水率；显示器，用于显示生鲜肉品的含水率、编号和采集时间；操作按键，用于向微控制器发送操作指令；打印装置，用于打印实时、存储的生鲜肉品的含水率。

肉类水分检测的方法具体如下：

1)、将采样系统1与被测样品接触，即将a电极12、b电极13、c电极14、d电极15、温度传感器16以及酸碱传感器17插入被测样品内，并使之与被测样品良好接触；

2)、利用酸碱传感器17测量被测样品的ph值，测量用时60s左右，同时利用温度传感器16测量被测样品的温度值；然后首先第一闭合开关k1向a电极12、b电极13通入大小不变，方向周期性变化的电流，得到一系列电压值；然后关断第第一开关k1，闭合第二开关k2向c电极14和d电极15通入大小不变，方向周期性变化的电流，得到一系列电压值，电流时序如图4所示；

3)、微控制器对经过电压放大电路放大后的电压信号求平均值；根据电压信号平均值、温度值和ph值，查找对照表得到对应的含水率。

对照表中电压、温度、酸碱度与含水率的对应关系需要预先标定。标定方法如下：

(1)、提前准备好已知的不同含水率m的多块生鲜肉品作为被测样品；

(2)、将采样系统1与第一块被测样品接触，即将a电极12、b电极13、c电极14、d电极15、温度传感器16以及酸碱传感器17插入第一块被测样品内，并使之与第一块被测样品良好接触，记录第一块被测样品的电压信号采样值；同理将采样系统1与其他被测样品接触，采集相应的电压信号采样值；最后得到一系列含水率m及对应的电压信号采样值；

(3)微控制器拟合得出电压信号采样值v与含水率m之间对应关系式(1)；

v＝f(m)(1)

(4)微控制器的利用origin软件拟合得出电压信号采样值与含水率m之间的函数关系式(2)；

m＝a0+a1v(2)

其中a0、a1为拟合得到的系数；

所述含水率m与电压信号采样值的函数关系还应包含ph值补偿项。被测生鲜肉品的含水率与生鲜肉品的ph值、电压信号采样值的函数关系式的标定方法如下：

(1)、提前准备好已知含水率m的多块生鲜肉品作为被测样品，依次在各块被测样品中注入不等量的酸溶液或碱溶液，使得各被测样品的ph值呈梯度变化的，ph值梯度≤1；将被测样品放置在密闭的空间放置一段时间，使得每块被测样品中各处的ph值相同；之后用精密的肉类ph检测仪对每块被测样品的酸碱度进行测量、标记；

(2)、将采样系统1与第一块被测样品接触，即将a电极12、b电极13、c电极14、d电极15、温度传感器16以及酸碱传感器17插入第一块被测样品内，并使之与第一块被测样品良好接触，记录第一块被测样品的电压信号采样值；同理将采样系统1与其他被测样品接触，采集相应的电压信号采样值；最后得到一系列ph值及对应的电压信号采样值；

(3)、利用微控制器拟合得出电压信号采集值v与ph值之间的对应关系式(3)；

v＝f(ph)(3)

(4)、利用的对应关系式(3)对公式(1)进行修正得到包含了ph补偿项的对应关系式(4)；

v＝f(m)+f(ph)；(4)

5、利用微控制器的origin软件拟合出含水率m与的电压信号采样值，ph值之间的函数关系式(5)；

m＝b0+b1v+b2ph(5)

所述含水率m与电压信号采集值的函数关系还应包含温度补偿项，包含温度补偿项和ph补偿项的含水率m与的电压信号采样值函数关系式获得方法如下：

(1)、将已知含水率m和ph值的被测样品预先加热至40度，将采样系统1与被测样品接触，即将a电极12、b电极13、c电极14、d电极15、温度传感器16以及酸碱传感器17插入被测样品内，记录被测样品的电压信号采样值；温度传感器16输出的温度值每下降△t，△t≤3°；记录温度值及对应的电压信号采样值；直至温度下降到室温；得到一系列温度值及对应的电压信号采样值；

(2)、利用微控制器拟合出温度t与电压信号的对应关系式(6)；

v＝f(t)(6)

(3)、利用公式(6)对公式(4)进行修正得到包含了温度补偿项和ph补偿项的对应关系式(7)；

v＝f(m)+f(ph)+f(t)(7)

(4)、根据函数关系式(7)，利用微控制器的origin软件拟合出包含温度补偿项和ph补偿项的含水率m与的电压信号采样值函数关系式；

m＝c0+c1v+c2ph+c3t(8)。