专利名称：生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及食品无损检测技术领域，特别涉及一种生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置及方法。
背景技术：
随着畜禽肉食用量的增长和人民生活水平的日益提高，消费者对肉类品质的要求也越来越高。生鲜肉品质中一个重要的衡量指标就是水分含量，水分含量过高，使得细菌、 霉菌繁殖加剧，容易引起肉的腐败变质，水分含量过低，使得肉品失重，造成经济损失，直接影响肉的食用品质和营养品质，影响肉类的加工、运输和储藏。特别是近年来注水肉的出现，使得水分含量的检测显得尤为重要。传统的肉品水分含量检测是采用人工感官评价法和化学分析方法。人工感官评价需要对评价员进行专业训练，其评价结果主观性强，测量分级结果容易受检验员自身的技术水平、经验等主观因素的影响，检测精度和效率低，对样品有污染，且对分级员而言容易疲劳；化学分析方法主要是采用直接干燥法和蒸馏法等，这些方法需要对样品进行破坏，检测方法较繁琐，属于有损检测，且检测周期长，不能满足生产过程中的快速、无损、在线检测的要求。

发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提高生鲜肉深层水分检测的精度和效率、并实现无损伤在线检测。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置， 所述装置包括至少一条光纤探针、近红外光谱仪、照明模块、以及处理器，所述至少一条光纤探针分别与所述近红外光谱仪和照明模块连接，所述近红外光谱仪与所述处理器连接。优选地，所述照明模块为卤钨灯。优选地，所述装置还包括与所述光纤探针数量相同个数的导向套、光纤固定板、 导向板、以及弹簧，所述光纤探针固定于所述光纤固定板上、且分别置于所述导向套中，所述导向套均穿过所述导向板，所述弹簧设于所述导向套外壁。优选地，所述导向套、光纤固定板、导向板、弹簧、以及光纤探针均设于外壳内，所述外壳上设有手柄。优选地，所述外壳上设有触发开关，用于控制所述近红外光谱仪的开启和关闭。优选地，所述光纤探针为一条。优选地，所述光纤探针为至少两条，所述照明模块与所述光纤探针之间通过光纤轮换器连接，所述光纤探针与所述近红外光谱仪之间通过所述光纤轮换器连接。优选地，所述装置还包括样品传送模块，所述样品传送模块进一步包括驱动电机、同步带、同步齿轮、传送带、以及传送带支架，所述光纤探针的针头与所述同步带相对。本发明还公开了一种采用所述的生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置的检测方法，所述方法包括以下步骤SI :使光纤探针的针头对准生鲜肉样品；S2 :照明模块为所述光纤探针提供光照；S3 :将所述光纤探针插入所述生鲜肉样品的预设深度处；S4:近红外光谱仪根据光纤轮换器预先设置的顺序和时间间隔，通过光纤探针依次对所述生鲜肉样品进行数据的采集；S5 :所述近红外光谱仪将产生的光谱数据发送至处理器，所述处理器对光谱数据进行处理，并将处理结果与预设的参考值进行比较，获得品质等级。(三)有益效果本发明利用光纤探针对生鲜肉深层的水分含量进行快速无损在线检测，提高了水分检测的精度和效率。


图I是按照本发明一种实施方式的生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置的结构示意图；图2是采用图I所示的生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置的检测方法的流程图。其中，I :处理器；2 :USB数据线；3 :近红外光谱仪；4 :光纤；5 :光纤轮换器；6 :卤鹤灯；7 :光纤；8 :分叉光纤；9 RS232数据线；10 :外壳；11 :触发开关；12 :光纤固定板； 13 :导向板；14 :手柄；15 :柱状光纤探针固定组件；16 :光纤探针；17 :导向套；18 :弹黃； 19 :同步带；20 :同步齿轮；21 :驱动电机；22 :传送带支架；23 :传送带；24 :光纤夹具。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。近红外光谱分析技术作为一种快速无损检测技术，以其分析速度快、无需样品前处理、非破坏性等特点被广泛应用于农产品品质的快速无损检测，特别是光纤技术的发展， 使近红外光谱技术在农产品的在线生产过程分析、品质质量检测与监控中都发挥着越来越重要的作用。目前，国内外对肉品品质的检测取得了较好的研究成果，但对于肉品品质的在线检测大多是针对肉糜这种均质样品，采集的是样品表面某一位置的光谱信息，或通过移动样品对不同位置进行多点信息的采集。这些实验研究方法只能采集样品表面的光谱信息，因样品表面的品质易受到外界环境因素的影响，不能完全客观地反映该样品的品质特性。因而开发研究生鲜肉深层水分的快速无损在线检测方法，对生鲜肉的水分含量进行在线检测与等级评定显得尤为重要。下面以四条光纤探针为例来说明本发明，但不限定本发明的保护范围，图I是按照本发明一种实施方式的生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置的结构示意图；参照图1， 本实施方式的装置包括四条光纤探针16、光纤固定板12、导向板13、照明模块、近红外光谱仪3 (本实施方式中，近红外光谱仪3的波长覆盖范围为1000 2500nm)、以及处理器1， 所述四条光纤探针16通过配合安装固定在柱状光纤探针固定组件15的内孔中，柱状光纤探针固定组件15通过配合安装固定在固定板12的4个小孔中，为保证光纤探针16能垂直插入样品预设深度，在固定板12下方还设计有光纤探针导向组件，由导向板13、四个导向套17和四根弹簧18组成，导向套17安装在固定板12的下方，弹簧18套装在导向套17上， 所述照明模块与所述光纤探针16连接，所述光纤探针16、近红外光谱仪3、以及处理器I依次连接。为便于通过处理器I分别对所述近红外光谱仪和光纤轮换器进行参数设置，优选地，所述近红外光谱仪3与处理器I之间通过USB数据线2进行连接，所述处理器I与所述光纤轮转器5之间通过RS232数据线9连接。所述照明模块与所述光纤探针16之间通过光纤轮换器5连接，所述光纤探针16 与所述近红外光谱仪之间通过所述光纤轮换器5连接。为了对光谱信息的采集提供足够的光照，优选地，所述照明模块为卤钨灯6，通过光纤7与所述光纤轮换器5连接，本实施方式中采用20W的高功率卤钨灯。为便于对所述装置进行操作，优选地，所述四条光纤探针16、光纤固定板12、以及导向板13均设于外壳10内，所述外壳10上设有手柄14,所述手柄14用于握持所述外壳 10。优选地，所述外壳10上设有触发开关11，用于控制所述近红外光谱仪3的开启和关闭，以实现对近红外光谱仪3的硬件外触发。为防止光纤探针光路部分折弯受损，在光纤轮换器5出口处的分叉光纤8处设有光纤夹具24，对光纤探针16的软管部分进行支撑。为便于运送样品，优选地，所述装置还包括样品传送模块，所述样品传送模块进一步包括驱动电机21、同步带19、同步齿轮20、传送带23、以及传送带支架22，所述光纤探针16的针头与所述同步带19相对，驱动电机21通过同步齿轮20和同步带19驱动传送带23在传送带支架22上运行，传送带23的运行速度可通过调节驱动电机21的频率进行调节，从而调节样品的运行速度。本实施方式中，处理器I采用PC机实现，所述处理器I包括以下模块文件管理模块，用于对光谱数据、硬件参数和评价结果的存储；参数设置模块，用于对近红外光谱仪3、 光纤轮换器5的相关参数进行设置；信号检测与控制模块，用于检测外触发信号，将信号传入PC机，触发控制光谱仪；数据采集模块，用于控制近红外光谱仪3实时进行光谱数据的采集，当光谱仪接收到信息检测单元的信号时，光纤轮换器5按照预先设定的次序对样品进行光谱信息的采集；光谱数据处理模块，用于对采集的光谱信息进行平滑、多元散射校正、 微分等预处理，对未知样品通过所选模型对品质参数进行预测；实时显示模块，用于对光谱数据、光谱曲线、在线检测参数和检测结果的实时显示；评价模块，可实时对所预测的品质参数值与各个等级进行比较，输出评定等级。本发明还公开了一种采用所述的生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置的检测方法，所述方法包括以下步骤SI :使光纤探针的针头对准生鲜肉样品；S2 :照明模块为所述光纤探针提供光照；
S3 :将所述光纤探针插入所述生鲜肉样品的预设深度处；S4:近红外光谱仪根据光纤轮换器预先设置的顺序和时间间隔，通过光纤探针依次对所述生鲜肉样品进行数据的采集；S5 :所述近红外光谱仪将产生的光谱数据发送至处理器，所述处理器对光谱数据进行处理，并将处理结果与预设的参考值进行比较，获得品质等级。由以上实施方式可以看出，本发明实施方式利用光纤探针可对生鲜肉深层的水分含量进行快速无损在线检测，既克服了传统检测方法中主观性强、检测精度和效率低、对样品有污染、检测周期长等缺点，又克服了光谱技术检测中样品表面的信息不能准确地反映该样品的品质特性的缺点，该检测方法提高了检测的精度和建模的稳定性。利用波长范围为1000 2500nm的近红外光谱仪、带有4路输入和4路输出的光纤轮换器以及4条光纤探针对每个样品内部深层的4个位置依次采集其光谱信息，以其光谱的均值作为该样品的原始光谱值，建立生鲜肉水分含量的在线检测预测模型。从而客观、准确、快速地对生鲜肉水分含量进行在线检测。该技术的推广应用为生鲜肉生产、加工和检验部门提供了一种快速检测装置及方法，为生鲜肉销售部门提供了一种快速分级手段，为肉品按质论价提供了可靠依据。利用本发明可规范猪肉市场，使肉品真正实现按质论价，优质优价。满足不同层次消费者的需求，有着广阔的市场应用前景。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置，其特征在于，所述装置包括至少一条光纤探针、近红外光谱仪、照明模块、以及处理器，所述至少一条光纤探针分别与所述近红外光谱仪和照明模块连接，所述近红外光谱仪与所述处理器连接。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述照明模块为卤钨灯。
3.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述光纤探针数量相同个数的导向套、光纤固定板、导向板、以及弹簧，所述光纤探针固定于所述光纤固定板上、且分别置于所述导向套中，所述导向套均穿过所述导向板，所述弹簧设于所述导向套外壁。
4.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述导向套、光纤固定板、导向板、弹簧、以及光纤探针均设于外壳内，所述外壳上设有手柄。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述外壳上设有触发开关，用于控制所述近红外光谱仪的开启和关闭。
6.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述光纤探针为一条。
7.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述光纤探针为至少两条，所述照明模块与所述光纤探针之间通过光纤轮换器连接，所述光纤探针与所述近红外光谱仪之间通过所述光纤轮换器连接。
8.如权利要求I 7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括样品传送模块，所述样品传送模块进一步包括驱动电机、同步带、同步齿轮、传送带、以及传送带支架， 所述光纤探针的针头与所述同步带相对。
9.一种采用权利要求I 7中任一项所述的生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤Si:使光纤探针的针头对准生鲜肉样品；52:照明模块为所述光纤探针提供光照；53:将所述光纤探针插入所述生鲜肉样品的预设深度处；S4:近红外光谱仪根据光纤轮换器预先设置的顺序和时间间隔，通过光纤探针依次对所述生鲜肉样品进行数据的采集；S5:所述近红外光谱仪将产生的光谱数据发送至处理器，所述处理器对光谱数据进行处理，并将处理结果与预设的参考值进行比较，获得品质等级。
全文摘要
本发明公开了一种生鲜肉深层水分无损伤在线检测装置及方法，涉及食品无损检测技术领域，所述装置包括至少一条光纤探针、近红外光谱仪、照明模块、以及处理器，所述至少一条光纤探针分别与所述近红外光谱仪和照明模块连接，所述近红外光谱仪与所述处理器连接。本发明利用光纤探针对生鲜肉深层的水分含量进行快速无损在线检测，提高了水分检测的精度和效率。
文档编号G01N21/35GK102590131SQ201210017010
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者刘巧巧, 张海云, 彭彦昆, 王伟, 王铭武, 赵松伟 申请人:中国农业大学