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牛肉新鮮度檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種牛肉新鮮度檢測系統(tǒng)及方法。解決現(xiàn)有技術(shù)中對牛肉新鮮度檢測存在主觀不準(zhǔn)確，以及存在檢測設(shè)備檢測過程復(fù)雜的問題。系統(tǒng)包括座體，在座體上設(shè)置有托架，在托架上方設(shè)置有照射光源，照射光源轉(zhuǎn)動連接在調(diào)整照射光源位置的調(diào)整機構(gòu)上，調(diào)整機構(gòu)安裝在座體上，在托架下方設(shè)置有接收機構(gòu)，在座體內(nèi)設(shè)置控制單元，控制單元與照射光源、調(diào)整支架、接收機構(gòu)相連。通過對樣品反射或透射光譜數(shù)據(jù)進行分析，判斷牛肉新鮮度。本發(fā)明的優(yōu)點是采用光譜檢測方式，能對樣品進行無損檢測；裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作快速簡便、檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
【專利說明】牛肉新鮮度檢測系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種食品檢測領(lǐng)域，尤其是涉及一種結(jié)構(gòu)簡單、操作快速簡便、檢測準(zhǔn) 確的牛肉新鮮度檢測系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)的檢測方法。

【背景技術(shù)】
[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(zhuǎn)變，健康意識不斷增強，對肉類食品的質(zhì)量和衛(wèi)生條件要 求越來越嚴格，肉類食品的安全，關(guān)乎老百姓的生命安全和社會穩(wěn)定，控制肉類食品質(zhì)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(shù)有感官檢測、理化檢測等。 感官檢測往往受審評專家的經(jīng)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(jié)果，因此評定結(jié)果的準(zhǔn)確性往 往難以保證。理化檢測需要一系列設(shè)備和裝置來完成，過程復(fù)雜，檢測時間長，設(shè)備也復(fù)雜。 另外近年來還有一些學(xué)者開發(fā)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(zhǔn)確無損檢測冷鮮牛肉新鮮度的設(shè)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(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中對牛肉新鮮度檢測存在主觀不準(zhǔn)確，以及存在檢測 設(shè)備檢測過程復(fù)雜的問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作快速簡便、檢測準(zhǔn)確的牛肉新鮮度檢 測系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明還提供了一種操作快速簡便、檢測準(zhǔn)確的牛肉新鮮度檢測方法。
[0005] 本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種牛肉新鮮度檢 測系統(tǒng)，包括座體，在座體上設(shè)置有用于放置樣本的托架，在托架上方設(shè)置有照射光源，所 述照射光源轉(zhuǎn)動連接在調(diào)整照射光源位置的調(diào)整機構(gòu)上，調(diào)整機構(gòu)安裝在座體上，在托架 下方設(shè)置有接收機構(gòu)，在座體內(nèi)設(shè)置控制單元，控制單元與照射光源、調(diào)整支架、接收機構(gòu) 相連；
[0006] 照射光源：對樣品發(fā)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(gòu)：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(diào)整機構(gòu)、接收機構(gòu)工作，根據(jù)照射光源或接收機構(gòu)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(shù)據(jù)表比較后得出樣品新鮮度 信息。
[0009] 本發(fā)明系統(tǒng)通過光譜分析檢測牛肉新鮮度，能夠更快速、簡便、準(zhǔn)確的檢測出牛肉 新鮮度。照射光源用于發(fā)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(zhuǎn)動 連接在調(diào)整機構(gòu)上，照射光源能繞軸進行旋轉(zhuǎn)，同時調(diào)整機構(gòu)能夠進行旋轉(zhuǎn)和高度調(diào)節(jié)，這 樣使得照射光源照射位置能夠全部覆蓋樣品。接收機構(gòu)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(gòu)也要調(diào)整位置始終保持與照射光源對齊。照射光源、 調(diào)整機構(gòu)、接收機構(gòu)都將信息反饋給控制單元，控制單元根據(jù)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(nèi)還存儲 有預(yù)先設(shè)定好的牛肉各新鮮度標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)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?zé)艋蚣す獍l(fā)射器。本裝置能夠無損對牛肉進行檢測，適用于現(xiàn) 場大批量對牛肉進行檢測。
[0010] 作為一種優(yōu)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(chǎn)生單元、NI數(shù)據(jù)采集卡和功放單元，控制單元與波形產(chǎn)生單元輸入端連 接，波形產(chǎn)生單元輸出端與NI數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接，NI數(shù)據(jù)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(wěn)壓管 LM7805,繼電器JRC4100、11. 0592MHz無源晶振、LED燈管?？刂茊卧刂撇ㄐ萎a(chǎn)生單元產(chǎn) 生控制光源強度的波形，有NI數(shù)據(jù)采集卡對波形進行采集，然后發(fā)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(yōu)選方案，所述接收機構(gòu)包括有接收器、滑座和旋轉(zhuǎn)桿，所述滑座為以照 射光源轉(zhuǎn)軸為圓心的弧形結(jié)構(gòu)，滑座上開設(shè)有滑槽，所述接收器設(shè)置在滑槽內(nèi)，在滑槽兩側(cè) 壁上設(shè)置有導(dǎo)向槽，在接收器兩側(cè)上對應(yīng)設(shè)置有導(dǎo)向輪，在接收器底部上設(shè)置有滾輪，滾輪 上設(shè)有輪齒，在滑槽底部上設(shè)置有齒條，滾輪與齒條相嚙合，滑座固定在旋轉(zhuǎn)桿上端，旋轉(zhuǎn) 桿轉(zhuǎn)動設(shè)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(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動從而使得接收器移動，由于該滑座為以照射光源轉(zhuǎn)軸為 圓心的弧形結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)桿能夠帶 動滑座進行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)照射光源進行旋轉(zhuǎn)時，通過控制旋轉(zhuǎn)桿同步旋轉(zhuǎn)，使得接收器保持與照 射光源保持對齊。
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，所述接收器內(nèi)設(shè)置有雙向輸出軸的驅(qū)動電機，驅(qū)動電機的兩 個輸出軸分別與滾輪連接，在所述旋轉(zhuǎn)桿下端連接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動的第一電機，驅(qū)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(shè)置有滾輪。驅(qū)動電機驅(qū)動導(dǎo)向輪轉(zhuǎn) 動，使得接收器移動。第一電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動。驅(qū)動電機和第一電機都受控制單元控制， 控制單元根據(jù)照射光源轉(zhuǎn)動信息，對應(yīng)控制滑座轉(zhuǎn)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(yōu)選方案，所述調(diào)整機構(gòu)包括第一桿體、第二桿體、旋轉(zhuǎn)絲桿和導(dǎo)向桿， 第一桿體堅直設(shè)置，所述照射光源通過轉(zhuǎn)軸連接在第一桿體的下端上，轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動器轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(shè)置有螺紋套和導(dǎo)向套，所述旋轉(zhuǎn)絲桿和導(dǎo)向桿并排設(shè) 置在座體上，螺紋套和導(dǎo)向套分別套置在旋轉(zhuǎn)絲桿和導(dǎo)向桿上，在旋轉(zhuǎn)絲桿下端連接有第 四電機，旋轉(zhuǎn)絲桿上端連接第二軸承，導(dǎo)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(diào)整機構(gòu)可以對第一桿體進行旋轉(zhuǎn)，同時能調(diào)整第 二桿體的高度，從而調(diào)節(jié)照射光源的照射位置。轉(zhuǎn)軸垂直插入設(shè)置在第一桿體前端上，轉(zhuǎn)軸 前端固定在照射光源中間位置，第二電機輸出軸與轉(zhuǎn)軸相平行，第二電機輸出軸對準(zhǔn)轉(zhuǎn)軸 后端并與之固定連接，第二電機控制照射光源轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。第四電機帶動絲桿旋 轉(zhuǎn)，絲桿旋轉(zhuǎn)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(dǎo)向套套在 導(dǎo)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(nèi)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(yù)先檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發(fā)性基氮值，得到與若干組與照射 光源所在位置對應(yīng)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(shù)據(jù)，然后調(diào)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(shù)據(jù)；該步驟中對樣品檢測其照射光源的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度分別相對應(yīng)。
[0017] 步驟三：將各個檢測點光譜數(shù)據(jù)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(dǎo)，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(yīng)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(tǒng)計，判斷樣品是否為新鮮。
[0019] 作為一種優(yōu)選方案，步驟一中預(yù)先檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發(fā)性基氮 TVB-N值，得到與若干組與照射光源旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的牛肉新鮮度閾值SNRthMl、SNRthre2、…、 SNRthrei, i = 1, ......m, m為檢測點數(shù)量。
[0020] 作為一種優(yōu)選方案，步驟三中將采集的各光譜數(shù)據(jù)分別代入隨機共振模型內(nèi)，其 公式如下，
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 一種牛肉新鮮度檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括座體（1)，在座體上設(shè)置有用于放置樣 本的托架（2)，在托架上方設(shè)置有照射光源（3)，所述照射光源轉(zhuǎn)動連接在調(diào)整照射光源位 置的調(diào)整機構(gòu)（4)上，調(diào)整機構(gòu)安裝在座體上，在托架下方設(shè)置有接收機構(gòu)（5)，在座體內(nèi) 設(shè)置控制單元（12)，控制單元與照射光源、調(diào)整支架、接收機構(gòu)相連； 照射光源：對樣品發(fā)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(gòu)：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(diào)整機構(gòu)、接收機構(gòu)工作，根據(jù)照射光源或接收機構(gòu)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(shù)據(jù)表比較后得出樣品新鮮度信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牛肉新鮮度檢測系統(tǒng)，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(chǎn)生單元（28)、NI數(shù)據(jù)采集卡 (29)和功放單元（30)，控制單元與波形產(chǎn)生單元輸入端連接，波形產(chǎn)生單元輸出端與NI數(shù) 據(jù)采集卡輸入端連接，NI數(shù)據(jù)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(jù)權(quán)利要求1所述的牛肉新鮮度檢測系統(tǒng)，其特征是所述接收機構(gòu)（5)包括有接 收器（6)、滑座（7)和旋轉(zhuǎn)桿（8)，所述滑座為以照射光源轉(zhuǎn)軸為圓心的弧形結(jié)構(gòu)，滑座上開 有設(shè)有滑槽（9)，所述接收器設(shè)置在滑槽內(nèi)，在滑槽兩側(cè)壁上設(shè)置有導(dǎo)向槽（10)，在接收器 兩側(cè)上對應(yīng)設(shè)置有導(dǎo)向輪（11)，在接收器底部上設(shè)置有滾輪（27)，滾輪上設(shè)有輪齒，在滑 槽底部上設(shè)置有齒條，滾輪與齒條相嚙合，滑座固定在旋轉(zhuǎn)桿上端，旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動設(shè)置在座體 Q)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的牛肉新鮮度檢測系統(tǒng)，其特征是所述接收器（6)內(nèi)設(shè)置有雙 向輸出軸的驅(qū)動電機（13)，驅(qū)動電機的兩個輸出軸分別與滾輪（27)連接，在所述旋轉(zhuǎn)桿下 端連接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動的第一電機（14)，驅(qū)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(shè)置有滾輪（27)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牛肉新鮮度檢測系統(tǒng)，其特征是所述調(diào)整機構(gòu)（4)包括第一 桿體（18)、第二桿體（19)、旋轉(zhuǎn)絲桿（20)和導(dǎo)向桿（21)，第一桿體堅直設(shè)置，所述照射光 源（3)通過轉(zhuǎn)軸（22)連接在第一桿體的下端上，轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動器轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(shè)置有螺紋套（24)和導(dǎo)向套（25)，所述旋轉(zhuǎn)絲桿和導(dǎo)向桿并排設(shè)置 在座體上，螺紋套和導(dǎo)向套分別套置在旋轉(zhuǎn)絲桿和導(dǎo)向桿上，在旋轉(zhuǎn)絲桿下端連接有第四 電機（17)，旋轉(zhuǎn)絲桿上端連接第二軸承（26)，導(dǎo)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(quán)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(yù)先檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發(fā)性基氮值，得到若干組與照射光源所 在位置對應(yīng)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(shù)據(jù)，然后調(diào)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(shù)據(jù)； 步驟三：將各個檢測點光譜數(shù)據(jù)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(dǎo)，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(yīng)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(tǒng)計，判斷樣品是否為新鮮。
7. 根據(jù)權(quán)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(yù)先檢測不同存放 時間牛肉樣品的揮發(fā)性基氮TVB-N值，得到與若干組與照射光源旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的牛肉新鮮 度閾值
為檢測點數(shù)量。
8. 根據(jù)權(quán)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(shù) 據(jù)分別代入隨機共振模型內(nèi)，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(nèi)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(shù)，t是運動時間； 對隨機共振模型進行一階和二階求導(dǎo)為V (X，t)對于X進行一階和二階求導(dǎo)，并使得其 等式為0,得到公式為，
設(shè)定噪聲強度
〖得周期 性信號的臨界值為
將A。代入一階求導(dǎo)函數(shù)中，設(shè)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(dǎo)數(shù)值，snn是S(t)的η階導(dǎo)數(shù)在t = 0處的值，η = 0,1，…， ^1，8、13為設(shè)定的常數(shù)，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(dǎo)函數(shù) 組成的雙層隨機系統(tǒng)產(chǎn)生隨機共振時刻的位置1111值、與Χπ相對應(yīng)的共振時刻tl及與tl所 對應(yīng)的噪聲Dl，D1為D中一個值； 然后通過公式
計算各光譜數(shù)據(jù)輸出的信噪比，得到SNRp SNR2，…，SNRp其中Λ U = a2 / 4b。
9. 根據(jù)權(quán)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(yīng)檢測點的新鮮度閾值進行計算，其公式為
統(tǒng)計的過程為計算滿足gEi < 5 %的輸出信噪比誤差 的個數(shù)，記為％，計算滿足QE0%的輸出信噪比誤差的個數(shù)，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(shù)據(jù)處理。
10. 根據(jù)權(quán)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(fā)性鹽基氮數(shù)值，直至某天樣品的揮發(fā)性鹽基氮數(shù)值第一 次超標(biāo)，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(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】惠國華, 黃潔 申請人:浙江工商大學(xué)