專利名稱：一種牛奶成分快速檢測(cè)裝置的制作方法
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CXD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(kāi)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(méi)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?，其中前向采用線列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(kāi)關(guān)(⑶4051)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U98N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。U98N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。為了防止加熱部分電路對(duì)其它電路產(chǎn)生干擾，我們采用光耦將兩部分電路隔離。 若GPB2為低電平時(shí)，則MMDFlN的Gl為高電，樣品加熱絲開(kāi)始加熱。反之，樣品停止加熱。 環(huán)境加熱絲加熱原理與樣品加熱絲相同。另外我們采用兩片數(shù)字式溫度傳感器DS18B20對(duì)樣品和樣品所在環(huán)境的溫度進(jìn)行測(cè)量。人機(jī)接口部分需要實(shí)現(xiàn)的功能有進(jìn)出樣開(kāi)關(guān)、顯示溫度、設(shè)定溫度、牛奶中主要成分濃度的顯示和顯示牛奶中主要粒子濃度的分布曲線等功能。這里使用三星公司的256K 色3. 5英寸分辨率為320x240的TFT帶觸摸的真彩液晶屏作為人機(jī)接口。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
能夠直接測(cè)出牛奶中主要顆粒的濃度分布，測(cè)量精度高，誤差都小于4%，并能對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行繪圖，在液晶顯示屏中直接顯示分布狀態(tài)和濃度。速度非?？煸?0s中完成分析。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式蠕動(dòng)泵3可以通過(guò)進(jìn)樣口 4和出樣口 5，使牛奶進(jìn)入過(guò)流出比色皿10。溫度控制模塊2加熱裝置在比色皿10中，從而可以進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。光源1是由激光器發(fā)出的單色光經(jīng)濾波和擴(kuò)束形成的。光源1照射在比色皿10中，比色皿測(cè)量區(qū)中牛奶顆粒對(duì)入射的光進(jìn)行折色，經(jīng)過(guò)傅里葉透鏡后分別作用于前向光電探測(cè)模塊(TCD132D) 8，和折射到斜側(cè)向光電傳感器9上。前向光電檢測(cè)模塊8，斜側(cè)向光電傳感器9將電信號(hào)傳送給A/D轉(zhuǎn)換放大電路7，A/D轉(zhuǎn)換放大電路7將調(diào)制好的信號(hào)發(fā)送到ARM 6的串口中。ARM 6顯示結(jié)果。
權(quán)利要求
1. 一種牛奶成分快速檢測(cè)裝置，包括由光源(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，其特征在于1)溫度控制模塊(2)對(duì)比色皿(10 )進(jìn)行溫度控制；2)利用同時(shí)對(duì)前向光電檢測(cè)模塊(8)和斜側(cè)向光電傳感器(9)散射產(chǎn)生的光電信號(hào)進(jìn)行采集；3)將前向光電檢測(cè)模塊(8)和斜側(cè)向光電傳感器(9)的采集的信號(hào)傳入ARM進(jìn)行運(yùn)算。
全文摘要
一種牛奶成分快速檢測(cè)裝置，包括由光源、溫度控制模塊、蠕動(dòng)泵、進(jìn)樣口、出樣口、ARM(6)、A/D轉(zhuǎn)換放大電路、前向光電檢測(cè)模塊、斜側(cè)向光電傳感器、比色皿，其特征在于1)溫度控制模塊對(duì)比色皿進(jìn)行溫度控制;2)利用同時(shí)對(duì)前向光電檢測(cè)模塊和斜側(cè)向光電傳感器散射產(chǎn)生的光電信號(hào)進(jìn)行采集;3)將前向光電檢測(cè)模塊和斜側(cè)向光電傳感器的采集的信號(hào)傳入ARM進(jìn)行運(yùn)算。能夠直接測(cè)出牛奶中主要顆粒的濃度分布，測(cè)量精度高，誤差都小于4%，并能對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行繪圖，在液晶顯示屏中直接顯示分布狀態(tài)和濃度。速度非常快在30s中完成分析。
文檔編號(hào)G01N15/06GK102486447SQ201010572920
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者胡嘯, 陳亮 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)理工大學(xué)