专利名称：一种牛奶成分快速检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的关键是同时测量前向和侧斜向散射光对牛乳成分进行检测，根据 Mie散射理论，应用线列CXD技术。
背景技术：
牛奶是人们生活息息相关的重要食品。作为一种营养丰富而全面的理想食品，牛奶中含有蛋白质、脂肪、乳糖、各种维生素及矿物质等一百多种人体需要的营养元素。无论从生物学价值看，还是从消化利用率，牛奶最接近人奶，牛奶被西方医学之父希波克拉底称为“最接近完善的食品”。因此，从婴幼儿时期开始直至中老年，牛奶是人们生活中最常消费的食品之一。全世界所有国家都非常重视乳品工业的发展，在日本就有一杯牛奶改善一个民族之说。所有发达国家无一例外的大量消费乳制品，无一例外的在从发展中国家向发达国家过渡时期，乳制品工业会得到大力发展。我国自90年代以来，居民对乳品的消费出现高速增长，除鲜牛奶外，市场上出现了形形色色乳制品，如“酸牛乳” “乳饮料”等等。不同类型的鲜牛奶及乳制品，在主要营养物质含量方面差别很大，如乳脂率的一般范围是3. 70% 4. 80%,乳蛋白是3. 10% 3. 80%,乳糖是4. 60% 4. 80%。国家有关标准对牛奶的成分含量作了相关规定，如国家标准GB6914-86生鲜牛乳收购标准中规定，收购的生鲜牛乳的理化指标中蛋白质的含量不得低于2. 95%，脂肪含量不得低于3. 10%,国家标准GB2746-1999酸牛乳中规定，纯酸牛乳、调味酸牛乳的蛋白质含量分别不得低于2. 90%、 2. 30%，全脂纯酸牛乳、全脂调味酸牛乳的脂肪含量分别不得低于3. 10%,2. 50%等等。牛奶成分含量的快速检测是我国乳品工业最薄弱的环节，没有适合我国国情和价位的可以广泛使用的检测仪器已成为制约我国乳品行业的发展、提高乳品质量的瓶颈。而作为牛奶饲养场的重要评价指标，牛奶中脂肪、蛋白质及乳糖等主要成分含量成为奶场管理决策的重要信息，如根据牛奶中脂肪含量能够科学地调控粗饲料和精饲料配比，蛋白质含量能够反映食物中提供的能量是否充分，根据牛奶中乳糖含量能够确定乳牛是否有乳腺炎等。因此，乳品中脂肪、蛋白质、乳糖等主要成分含量的测定倍受关注。

发明内容
本发明的目的是根据Mie散射，应用线列CCD技术、ARM平台实现了牛奶成分快速检测。解决上述问题所采取的技术方案是
根据牛奶成分快速测量原理，我们设计了测量装置如图1所示。装置由光源1、温度控制模块2、蠕动泵3、进样口 4、出样口 5、ARM 6、A/D转换放大电路7、前向光电检测模块8、 斜侧向光电传感器9、比色皿10组成。温度控制模块是将测量的样品控制在一定温度下进行测量。光源采用的是波长为635nm的He-Ne激光器，激光照射到盛有牛奶样品的比色皿上，在前向和侧斜向上放置光电检测模块。这些光电探测模块把前向和侧斜向的散射光转换成电信号并放大，放大后的数据利用ARM自带的A/D转换器进行转换，经过数据处理后由LCD显示；牛乳的进出样是通过蠕动泵实现的，蠕动泵的电机正转时进样，反转时出样。本设计中牛奶成分检测系统的光强检测电路分为前向小角度光散射测量和侧斜向大角度光散射测量两部分，其中前向采用线列CCD(TCD132D)对散射光进行测量，而侧斜向大角度散射光用8个硅光电池测量。TCD132D的输出信号采用电压跟随器方式，电压跟随器采用的是2SC945。TCD132D输出的信号经过电压跟随器的电流放大后，再经过由ICL7650 组成的放大电路将电流信号转变为电压信号。通过调节滑动变阻器的阻值改变放大倍数， 使其输出的电压在0 3.3V范围内，接入S3C2440自带的A/D进行模数转换。侧斜向大角度光电传感器选用对635nm波长敏感的BPW34F光电池。运算放大器应用ICL7650集成运算放大器。光电池输出的微弱电流经过ICL7650放大后，通过8通道模拟开关(⑶4051)的选择，送给S3C2440进行A/D转换和数据处理。蠕动泵是通过控制电机的正转和反转控制牛乳的进样和出样的。选用U98N控制电机的正转和反转，用光耦将ARM和电机控制电路隔离。U98N的4脚VS接电源电压，VS 电压范围为+2. 5 46 V，输出电流可达2. 5 A。5脚和7脚接输入控制电平，控制电机的正反转，6脚接控制使能端，控制电机的停转。加热分为样品加热和样品所在环境加热两部分。为了防止加热部分电路对其它电路产生干扰，我们采用光耦将两部分电路隔离。 若GPB2为低电平时，则MMDFlN的Gl为高电，样品加热丝开始加热。反之，样品停止加热。 环境加热丝加热原理与样品加热丝相同。另外我们采用两片数字式温度传感器DS18B20对样品和样品所在环境的温度进行测量。人机接口部分需要实现的功能有进出样开关、显示温度、设定温度、牛奶中主要成分浓度的显示和显示牛奶中主要粒子浓度的分布曲线等功能。这里使用三星公司的256K 色3. 5英寸分辨率为320x240的TFT带触摸的真彩液晶屏作为人机接口。本发明的优点
能够直接测出牛奶中主要颗粒的浓度分布，测量精度高，误差都小于4%，并能对测量结果进行绘图，在液晶显示屏中直接显示分布状态和浓度。速度非常快在30s中完成分析。


图1为本发明系统结构示意图。
具体实施例方式蠕动泵3可以通过进样口 4和出样口 5，使牛奶进入过流出比色皿10。温度控制模块2加热装置在比色皿10中，从而可以进行温度调节。光源1是由激光器发出的单色光经滤波和扩束形成的。光源1照射在比色皿10中，比色皿测量区中牛奶颗粒对入射的光进行折色，经过傅里叶透镜后分别作用于前向光电探测模块(TCD132D) 8，和折射到斜侧向光电传感器9上。前向光电检测模块8，斜侧向光电传感器9将电信号传送给A/D转换放大电路7，A/D转换放大电路7将调制好的信号发送到ARM 6的串口中。ARM 6显示结果。
权利要求
1. 一种牛奶成分快速检测装置，包括由光源(1)、温度控制模块(2)、蠕动泵(3)、进样口(4)、出样口(5)、ARM (6)、A/D转换放大电路(7)、前向光电检测模块(8)、斜侧向光电传感器(9)、比色皿(10)组成，其特征在于1)温度控制模块(2)对比色皿(10 )进行温度控制；2)利用同时对前向光电检测模块(8)和斜侧向光电传感器(9)散射产生的光电信号进行采集；3)将前向光电检测模块(8)和斜侧向光电传感器(9)的采集的信号传入ARM进行运算。
全文摘要
一种牛奶成分快速检测装置，包括由光源、温度控制模块、蠕动泵、进样口、出样口、ARM(6)、A/D转换放大电路、前向光电检测模块、斜侧向光电传感器、比色皿，其特征在于1)温度控制模块对比色皿进行温度控制;2)利用同时对前向光电检测模块和斜侧向光电传感器散射产生的光电信号进行采集;3)将前向光电检测模块和斜侧向光电传感器的采集的信号传入ARM进行运算。能够直接测出牛奶中主要颗粒的浓度分布，测量精度高，误差都小于4%，并能对测量结果进行绘图，在液晶显示屏中直接显示分布状态和浓度。速度非常快在30s中完成分析。
文档编号G01N15/06GK102486447SQ201010572920
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者胡啸, 陈亮 申请人:沈阳理工大学