牛肉新鮮度檢測系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種牛肉新鮮度檢測系統及方法。解決現有技術中對牛肉新鮮度檢測存在主觀不準確，以及存在檢測設備檢測過程復雜的問題。系統包括座體，在座體上設置有托架，在托架上方設置有照射光源，照射光源轉動連接在調整照射光源位置的調整機構上，調整機構安裝在座體上，在托架下方設置有接收機構，在座體內設置控制單元，控制單元與照射光源、調整支架、接收機構相連。通過對樣品反射或透射光譜數據進行分析，判斷牛肉新鮮度。本發明的優點是采用光譜檢測方式，能對樣品進行無損檢測；裝置結構簡單、操作快速簡便、檢測數據準確。
【專利說明】牛肉新鮮度檢測系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種食品檢測領域，尤其是涉及一種結構簡單、操作快速簡便、檢測準 確的牛肉新鮮度檢測系統，以及該系統的檢測方法。
【背景技術】
[0002] 肉類消費一直是食品消費的一個重要組成部分，而牛肉是廣大消費者比較喜愛的 食品。近年來，人們生活觀念的轉變，健康意識不斷增強，對肉類食品的質量和衛生條件要 求越來越嚴格，肉類食品的安全，關乎老百姓的生命安全和社會穩定，控制肉類食品質量在 日常生活中就變得越來越重要。目前對牛肉新鮮度的檢測技術有感官檢測、理化檢測等。 感官檢測往往受審評專家的經驗、心理與生理等因素的影響，不同的審評師由于其嗜好、情 緒、性別以及感官靈敏度等影響，可能難以獲得一致的評定結果，因此評定結果的準確性往 往難以保證。理化檢測需要一系列設備和裝置來完成，過程復雜，檢測時間長，設備也復雜。 另外近年來還有一些學者開發出氣相色譜檢測方法，雖然檢測靈敏度也很好，但這檢測方 法是有損的。因此希望有一種能夠快速、簡便、準確無損檢測冷鮮牛肉新鮮度的設備及方 法，以便及時有序地對存儲的牛肉進行檢測，以確保牛肉食品的安全。
【發明內容】
[0003] 本發明主要是解決現有技術中對牛肉新鮮度檢測存在主觀不準確，以及存在檢測 設備檢測過程復雜的問題，提供了一種結構簡單、操作快速簡便、檢測準確的牛肉新鮮度檢 測系統。
[0004] 本發明還提供了一種操作快速簡便、檢測準確的牛肉新鮮度檢測方法。
[0005] 本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種牛肉新鮮度檢 測系統，包括座體，在座體上設置有用于放置樣本的托架，在托架上方設置有照射光源，所 述照射光源轉動連接在調整照射光源位置的調整機構上，調整機構安裝在座體上，在托架 下方設置有接收機構，在座體內設置控制單元，控制單元與照射光源、調整支架、接收機構 相連；
[0006] 照射光源：對樣品發射檢測光束，并能接收樣品上的反射光信息，反饋給控制單 元；
[0007] 接收機構：始終保持與照射光源對齊，接收照射光源的透射光，并反饋給控制單 元；
[0008] 控制單元：控制照射光源、調整機構、接收機構工作，根據照射光源或接收機構反 饋的光譜信息，通過隨機共振分析計算出樣品信噪比，并同數據表比較后得出樣品新鮮度 信息。
[0009] 本發明系統通過光譜分析檢測牛肉新鮮度，能夠更快速、簡便、準確的檢測出牛肉 新鮮度。照射光源用于發射檢測用光束，同時也能接收樣品上漫反射的光。該照射光源轉動 連接在調整機構上，照射光源能繞軸進行旋轉，同時調整機構能夠進行旋轉和高度調節，這 樣使得照射光源照射位置能夠全部覆蓋樣品。接收機構用于接收光束在樣品上的透射光， 在照射光源照射位置變化時，接收機構也要調整位置始終保持與照射光源對齊。照射光源、 調整機構、接收機構都將信息反饋給控制單元，控制單元根據它們的信息控制它們工作?？?制單元同時還要對檢測到的光譜信息進行分析計算，得出信噪比值，在控制單元內還存儲 有預先設定好的牛肉各新鮮度標準值數據表，通過與計算得出的信噪比值比較后得出樣品 新鮮度。照射光源采用鹵素燈或激光發射器。本裝置能夠無損對牛肉進行檢測，適用于現 場大批量對牛肉進行檢測。
[0010] 作為一種優選方案，所述照射光源與控制單元之間連接有光源控制電路，光源控 制電路包括波形產生單元、NI數據采集卡和功放單元，控制單元與波形產生單元輸入端連 接，波形產生單元輸出端與NI數據采集卡輸入端連接，NI數據采集卡輸出端連接功放單 元輸入端，功放單元輸出端連接照射光源。功放單元包括有單片機AT89C2051，三端穩壓管 LM7805,繼電器JRC4100、11. 0592MHz無源晶振、LED燈管?？刂茊卧刂撇ㄐ萎a生單元產 生控制光源強度的波形，有NI數據采集卡對波形進行采集，然后發送給功放單元，由功放 單元控制照射光源強度按照波形進行工作。
[0011] 作為一種優選方案，所述接收機構包括有接收器、滑座和旋轉桿，所述滑座為以照 射光源轉軸為圓心的弧形結構，滑座上開設有滑槽，所述接收器設置在滑槽內，在滑槽兩側 壁上設置有導向槽，在接收器兩側上對應設置有導向輪，在接收器底部上設置有滾輪，滾輪 上設有輪齒，在滑槽底部上設置有齒條，滾輪與齒條相嚙合，滑座固定在旋轉桿上端，旋轉 桿轉動設置在座體上。接收器用于接收透射光線，該接收器要保持與照射光源對齊，在照射 光源移動時，通過控制導向輪轉動從而使得接收器移動，由于該滑座為以照射光源轉軸為 圓心的弧形結構，因此移動接收器可以使得接收器保持與照射光源對齊。該旋轉桿能夠帶 動滑座進行旋轉，當照射光源進行旋轉時，通過控制旋轉桿同步旋轉，使得接收器保持與照 射光源保持對齊。
[0012] 作為一種優選方案，所述接收器內設置有雙向輸出軸的驅動電機，驅動電機的兩 個輸出軸分別與滾輪連接，在所述旋轉桿下端連接驅動旋轉桿轉動的第一電機，驅動電機 和第一電機分別連接在控制單元上，在接收器底部上設置有滾輪。驅動電機驅動導向輪轉 動，使得接收器移動。第一電機驅動旋轉桿轉動。驅動電機和第一電機都受控制單元控制， 控制單元根據照射光源轉動信息，對應控制滑座轉動和接收器移動，保持接收器與照射光 源相對齊。
[0013] 作為一種優選方案，所述調整機構包括第一桿體、第二桿體、旋轉絲桿和導向桿， 第一桿體堅直設置，所述照射光源通過轉軸連接在第一桿體的下端上，轉軸與驅動器轉動 的第二電機相連接，第一桿體上端穿在第一軸承上，在軸承上部設置有第三電機，第三電機 輸出軸與第一桿體上端連接，所述第二桿體與第一桿體相垂直設置，第二桿體前端固定在 第一軸承上，在第二桿體后端依次設置有螺紋套和導向套，所述旋轉絲桿和導向桿并排設 置在座體上，螺紋套和導向套分別套置在旋轉絲桿和導向桿上，在旋轉絲桿下端連接有第 四電機，旋轉絲桿上端連接第二軸承，導向桿上端與第二軸承相固定，第二電機、第三電機 和第四電機分別連接在控制單元上。該調整機構可以對第一桿體進行旋轉，同時能調整第 二桿體的高度，從而調節照射光源的照射位置。轉軸垂直插入設置在第一桿體前端上，轉軸 前端固定在照射光源中間位置，第二電機輸出軸與轉軸相平行，第二電機輸出軸對準轉軸 后端并與之固定連接，第二電機控制照射光源轉動角度。第三電機輸出軸與第二桿體平行， 第三電機輸出軸連接在第二桿體上端，使得第二桿體沿其軸線旋轉。第四電機帶動絲桿旋 轉，絲桿旋轉會帶動套在其上的螺紋套上下移動，從而使得第二桿體上下升降，導向套套在 導向桿上，使得第二桿體始終保持不晃動且保持在同一垂直平面內升降。
[0014] 一種牛肉新鮮度檢測方法，包括以下步驟：
[0015] 步驟一：預先檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發性基氮值，得到與若干組與照射 光源所在位置對應的牛肉新鮮度閾值；
[0016] 步驟二：制備牛肉樣品，將樣品放置在托架上，照射光源采用與步驟一相同的所在 位置照射在樣品上，照射光源強度在過程中按照正弦曲線增加然后按照正弦曲線下降，控 制單元采集反射或透射光譜數據，然后調整照射光源照射位置，如此在樣品采集若干各不 同點的反射或透射光譜數據；該步驟中對樣品檢測其照射光源的旋轉角度與步驟一中獲取 牛肉新鮮度閾值操作中照射光源的旋轉角度分別相對應。
[0017] 步驟三：將各個檢測點光譜數據代入隨機共振模型中，通過對隨機共振模型進行 一階和二階求導，并將一階隨機共振模型通過四階瓏格庫塔算法，計算出各個檢測點信噪 比輸出值；
[0018] 步驟四：將各檢測點信噪比輸出值與其對應的新鮮度閾值進行比較得出各檢測點 信噪比輸出誤差值，然后對各信噪比輸出誤差值進行分類統計，判斷樣品是否為新鮮。
[0019] 作為一種優選方案，步驟一中預先檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發性基氮 TVB-N值，得到與若干組與照射光源旋轉角度對應的牛肉新鮮度閾值SNRthMl、SNRthre2、…、 SNRthrei, i = 1, ......m, m為檢測點數量。
[0020] 作為一種優選方案，步驟三中將采集的各光譜數據分別代入隨機共振模型內，其 公式如下，
[0021]
【權利要求】
1. 一種牛肉新鮮度檢測系統，其特征在于：包括座體（1)，在座體上設置有用于放置樣 本的托架（2)，在托架上方設置有照射光源（3)，所述照射光源轉動連接在調整照射光源位 置的調整機構（4)上，調整機構安裝在座體上，在托架下方設置有接收機構（5)，在座體內 設置控制單元（12)，控制單元與照射光源、調整支架、接收機構相連； 照射光源：對樣品發射檢測光束，并能接收樣品上的反射光信息，反饋給控制單元； 接收機構：始終保持與照射光源對齊，接收照射光源的透射光，并反饋給控制單元； 控制單元：控制照射光源、調整機構、接收機構工作，根據照射光源或接收機構反饋的 光譜信息，通過隨機共振分析計算出樣品信噪比，并同數據表比較后得出樣品新鮮度信息。
2. 根據權利要求1所述的牛肉新鮮度檢測系統，其特征是所述照射光源（3)與控制單 元（12)之間連接有光源控制電路，光源控制電路包括波形產生單元（28)、NI數據采集卡 (29)和功放單元（30)，控制單元與波形產生單元輸入端連接，波形產生單元輸出端與NI數 據采集卡輸入端連接，NI數據采集卡輸出端連接功放單元輸入端，功放單元輸出端連接照 射光源。
3. 根據權利要求1所述的牛肉新鮮度檢測系統，其特征是所述接收機構（5)包括有接 收器（6)、滑座（7)和旋轉桿（8)，所述滑座為以照射光源轉軸為圓心的弧形結構，滑座上開 有設有滑槽（9)，所述接收器設置在滑槽內，在滑槽兩側壁上設置有導向槽（10)，在接收器 兩側上對應設置有導向輪（11)，在接收器底部上設置有滾輪（27)，滾輪上設有輪齒，在滑 槽底部上設置有齒條，滾輪與齒條相嚙合，滑座固定在旋轉桿上端，旋轉桿轉動設置在座體 Q)上。
4. 根據權利要求3所述的牛肉新鮮度檢測系統，其特征是所述接收器（6)內設置有雙 向輸出軸的驅動電機（13)，驅動電機的兩個輸出軸分別與滾輪（27)連接，在所述旋轉桿下 端連接驅動旋轉桿轉動的第一電機（14)，驅動電機和第一電機分別連接在控制單元（12) 上，在接收器底部上設置有滾輪（27)。
5. 根據權利要求1所述的牛肉新鮮度檢測系統，其特征是所述調整機構（4)包括第一 桿體（18)、第二桿體（19)、旋轉絲桿（20)和導向桿（21)，第一桿體堅直設置，所述照射光 源（3)通過轉軸（22)連接在第一桿體的下端上，轉軸與驅動器轉動的第二電機相連接，第 一桿體上端穿在第一軸承（23)上，在軸承上部設置有第三電機（16)，第三電機輸出軸與第 一桿體上端連接，所述第二桿體與第一桿體相垂直設置，第二桿體前端固定在第一軸承上， 在第二桿體后端依次設置有螺紋套（24)和導向套（25)，所述旋轉絲桿和導向桿并排設置 在座體上，螺紋套和導向套分別套置在旋轉絲桿和導向桿上，在旋轉絲桿下端連接有第四 電機（17)，旋轉絲桿上端連接第二軸承（26)，導向桿上端與第二軸承相固定，第二電機、第 三電機和第四電機分別連接在控制單元（12)上。
6. -種牛肉新鮮度檢測方法，采用權利要求1-5任一項中的裝置，其特征是：包括以下 步驟： 步驟一：預先檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發性基氮值，得到若干組與照射光源所 在位置對應的牛肉新鮮度閾值； 步驟二：制備牛肉樣品，將樣品放置在托架上，照射光源采用與步驟一相同的所在位置 照射在樣品上，照射光源強度在過程中按照正弦曲線增加然后按照正弦曲線下降變化，控 制單元采集反射或透射光譜數據，然后調整照射光源照射位置，如此在樣品采集若干各不 同點的反射或透射光譜數據； 步驟三：將各個檢測點光譜數據代入隨機共振模型中，通過對隨機共振模型進行一階 和二階求導，并將一階隨機共振模型通過四階瓏格庫塔算法，計算出各個檢測點信噪比輸 出值； 步驟四：將各檢測點信噪比輸出值與其對應的新鮮度閾值進行比較得出各檢測點信噪 比輸出誤差值，然后對各信噪比輸出誤差值進行分類統計，判斷樣品是否為新鮮。
7. 根據權利要求6所述的牛肉新鮮度檢測方法，其特征是步驟一中預先檢測不同存放 時間牛肉樣品的揮發性基氮TVB-N值，得到與若干組與照射光源旋轉角度對應的牛肉新鮮 度閾值
為檢測點數量。
8. 根據權利要求6所述的牛肉新鮮度檢測方法，其特征是步驟三中將采集的各光譜數 據分別代入隨機共振模型內，其公式如下，
其中
勺輸入矩陣，包括周期性正弦信號
，光譜測量信號Spect (t)，以及內秉噪聲N (t)，A是信號幅度，f是信號頻 率，D是外噪聲強度，ξ (t)是外噪聲，x(t)為布朗運動粒子運動軌跡函數，t是運動時間； 對隨機共振模型進行一階和二階求導為V (X，t)對于X進行一階和二階求導，并使得其 等式為0,得到公式為，
設定噪聲強度
〖得周期 性信號的臨界值為
將A。代入一階求導函數中，設X。⑴=0, snQ = 0 ; 以四階瓏格庫塔算法求解一階隨機共振模型，得到：
并計算
其中Xn為X(t)的η階導數值，snn是S(t)的η階導數在t = 0處的值，η = 0,1，…， ^1，8、13為設定的常數，計算得到11(1：)，12(1：)，*"，111+1(1：)的值 ； 對^⑴…⑴，"·，Χη+1α)進行積分，得到x(t)，并得到x(t)在一階和二階求導函數 組成的雙層隨機系統產生隨機共振時刻的位置1111值、與Χπ相對應的共振時刻tl及與tl所 對應的噪聲Dl，D1為D中一個值； 然后通過公式
計算各光譜數據輸出的信噪比，得到SNRp SNR2，…，SNRp其中Λ U = a2 / 4b。
9. 根據權利要求7所述的牛肉新鮮度檢測方法，其特征是步驟四中輸出信噪 比誤差為將各檢測點輸出信噪比與對應檢測點的新鮮度閾值進行計算，其公式為
統計的過程為計算滿足gEi < 5 %的輸出信噪比誤差 的個數，記為％，計算滿足QE0%的輸出信噪比誤差的個數，記為M2，若
則做出 樣品新鮮的判斷
則做出樣品不新鮮的判斷，若都否則返回步驟二對樣品重 新檢測并進行數據處理。
10. 根據權利要求6或7所述的牛肉新鮮度檢測方法，其特征是牛肉新鮮度閾值的檢測 過程為：每天檢測一次牛肉的揮發性鹽基氮數值，直至某天樣品的揮發性鹽基氮數值第一 次超標，則將該天樣品進行步驟二至步驟三的操作，得到的信噪比輸出即為新鮮度閾值，檢 測時由第一次照射光源位置開始，之后每一次檢測，照射光源角度順時針增加10度。
【文檔編號】G01N21/25GK104089891SQ201410126440
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】惠國華, 黃潔 申請人:浙江工商大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
