[發(fā)明專利]一種牛奶成分快速檢測(cè)裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010572920.2
• 申請(qǐng)日: 2010-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN102486447A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳亮;胡嘯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06
• 代理公司: 沈陽(yáng)利泰專利商標(biāo)代理有限公司 21209
• 代理人: 李樞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的關(guān)鍵是同時(shí)測(cè)量前向和側(cè)斜向散射光對(duì)牛乳成分進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)Mie散射理論，應(yīng)用線列CCD技術(shù)。

背景技術(shù)

牛奶是人們生活息息相關(guān)的重要食品。作為一種營(yíng)養(yǎng)豐富而全面的理想食品，牛奶中含有蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖、各種維生素及礦物質(zhì)等一百多種人體需要的營(yíng)養(yǎng)元素。無(wú)論從生物學(xué)價(jià)值看，還是從消化利用率，牛奶最接近人奶，牛奶被西方醫(yī)學(xué)之父希波克拉底稱為“最接近完善的食品”。因此，從嬰幼兒時(shí)期開始直至中老年，牛奶是人們生活中最常消費(fèi)的食品之一。全世界所有國(guó)家都非常重視乳品工業(yè)的發(fā)展，在日本就有一杯牛奶改善一個(gè)民族之說(shuō)。所有發(fā)達(dá)國(guó)家無(wú)一例外的大量消費(fèi)乳制品，無(wú)一例外的在從發(fā)展中國(guó)家向發(fā)達(dá)國(guó)家過(guò)渡時(shí)期，乳制品工業(yè)會(huì)得到大力發(fā)展。我國(guó)自90年代以來(lái)，居民對(duì)乳品的消費(fèi)出現(xiàn)高速增長(zhǎng)，除鮮牛奶外，市場(chǎng)上出現(xiàn)了形形色色乳制品，如“酸牛乳”“乳飲料”等等。不同類型的鮮牛奶及乳制品，在主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量方面差別很大，如乳脂率的一般范圍是3.70%～4.80%，乳蛋白是3.10%～3.80%，乳糖是4.60%～4.80%。國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)牛奶的成分含量作了相關(guān)規(guī)定，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6914-86生鮮牛乳收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，收購(gòu)的生鮮牛乳的理化指標(biāo)中蛋白質(zhì)的含量不得低于2.95%，脂肪含量不得低于3.10%，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2746-1999酸牛乳中規(guī)定，純酸牛乳、調(diào)味酸牛乳的蛋白質(zhì)含量分別不得低于2.90%、2.30%，全脂純酸牛乳、全脂調(diào)味酸牛乳的脂肪含量分別不得低于3.10%、2.50%等等。

牛奶成分含量的快速檢測(cè)是我國(guó)乳品工業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)，沒有適合我國(guó)國(guó)情和價(jià)位的可以廣泛使用的檢測(cè)儀器已成為制約我國(guó)乳品行業(yè)的發(fā)展、提高乳品質(zhì)量的瓶頸。而作為牛奶飼養(yǎng)場(chǎng)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，牛奶中脂肪、蛋白質(zhì)及乳糖等主要成分含量成為奶場(chǎng)管理決策的重要信息，如根據(jù)牛奶中脂肪含量能夠科學(xué)地調(diào)控粗飼料和精飼料配比，蛋白質(zhì)含量能夠反映食物中提供的能量是否充分，根據(jù)牛奶中乳糖含量能夠確定乳牛是否有乳腺炎等。因此，乳品中脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖等主要成分含量的測(cè)定倍受關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是根據(jù)Mie散射，應(yīng)用線列CCD技術(shù)、ARM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了牛奶成分快速檢測(cè)。

解決上述問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：

根據(jù)牛奶成分快速測(cè)量原理，我們?cè)O(shè)計(jì)了測(cè)量裝置如圖1所示。裝置由光源1、溫度控制模塊2、蠕動(dòng)泵3、進(jìn)樣口4、出樣口5、ARM?6、A/D轉(zhuǎn)換放大電路7、前向光電檢測(cè)模塊8、斜側(cè)向光電傳感器9、比色皿10組成。溫度控制模塊是將測(cè)量的樣品控制在一定溫度下進(jìn)行測(cè)量。光源采用的是波長(zhǎng)為635nm的He-Ne激光器，激光照射到盛有牛奶樣品的比色皿上，在前向和側(cè)斜向上放置光電檢測(cè)模塊。這些光電探測(cè)模塊把前向和側(cè)斜向的散射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并放大，放大后的數(shù)據(jù)利用ARM自帶的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后由LCD顯示；牛乳的進(jìn)出樣是通過(guò)蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)的，蠕動(dòng)泵的電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)樣，反轉(zhuǎn)時(shí)出樣。

本設(shè)計(jì)中牛奶成分檢測(cè)系統(tǒng)的光強(qiáng)檢測(cè)電路分為前向小角度光散射測(cè)量和側(cè)斜向大角度光散射測(cè)量?jī)刹糠郑渲星跋虿捎镁€列CCD(TCD132D)?對(duì)散射光進(jìn)行測(cè)量，而側(cè)斜向大角度散射光用8個(gè)硅光電池測(cè)量。TCD132D的輸出信號(hào)采用電壓跟隨器方式，電壓跟隨器采用的是2SC945。TCD132D輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓跟隨器的電流放大后，再經(jīng)過(guò)由ICL7650組成的放大電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值改變放大倍數(shù)，使其輸出的電壓在0～3.3V范圍內(nèi)，接入S3C2440自帶的A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。側(cè)斜向大角度光電傳感器選用對(duì)635nm波長(zhǎng)敏感的BPW34F光電池。運(yùn)算放大器應(yīng)用ICL7650集成運(yùn)算放大器。光電池輸出的微弱電流經(jīng)過(guò)ICL7650放大后，通過(guò)8通道模擬開關(guān)(CD4051)的選擇,送給S3C2440進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理。

蠕動(dòng)泵是通過(guò)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制牛乳的進(jìn)樣和出樣的。選用L298N控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),用光耦將ARM和電機(jī)控制電路隔離。L298N的4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍為＋2.5～46?V，輸出電流可達(dá)2.5?A。5腳和7腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，6腳接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。加熱分為樣品加熱和樣品所在環(huán)境加熱兩部分。