專利名稱：一種牛奶成分快速檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的關鍵是同時測量前向和側斜向散射光對牛乳成分進行檢測，根據(jù) Mie散射理論，應用線列CXD技術。
背景技術：
牛奶是人們生活息息相關的重要食品。作為一種營養(yǎng)豐富而全面的理想食品，牛奶中含有蛋白質、脂肪、乳糖、各種維生素及礦物質等一百多種人體需要的營養(yǎng)元素。無論從生物學價值看，還是從消化利用率，牛奶最接近人奶，牛奶被西方醫(yī)學之父希波克拉底稱為“最接近完善的食品”。因此，從嬰幼兒時期開始直至中老年，牛奶是人們生活中最常消費的食品之一。全世界所有國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民族之說。所有發(fā)達國家無一例外的大量消費乳制品，無一例外的在從發(fā)展中國家向發(fā)達國家過渡時期，乳制品工業(yè)會得到大力發(fā)展。我國自90年代以來，居民對乳品的消費出現(xiàn)高速增長，除鮮牛奶外，市場上出現(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，在主要營養(yǎng)物質含量方面差別很大，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%。國家有關標準對牛奶的成分含量作了相關規(guī)定，如國家標準GB6914-86生鮮牛乳收購標準中規(guī)定，收購的生鮮牛乳的理化指標中蛋白質的含量不得低于2. 95%，脂肪含量不得低于3. 10%,國家標準GB2746-1999酸牛乳中規(guī)定，純酸牛乳、調味酸牛乳的蛋白質含量分別不得低于2. 90%、 2. 30%，全脂純酸牛乳、全脂調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是我國乳品工業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)，沒有適合我國國情和價位的可以廣泛使用的檢測儀器已成為制約我國乳品行業(yè)的發(fā)展、提高乳品質量的瓶頸。而作為牛奶飼養(yǎng)場的重要評價指標，牛奶中脂肪、蛋白質及乳糖等主要成分含量成為奶場管理決策的重要信息，如根據(jù)牛奶中脂肪含量能夠科學地調控粗飼料和精飼料配比，蛋白質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、乳糖等主要成分含量的測定倍受關注。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是根據(jù)Mie散射，應用線列CCD技術、ARM平臺實現(xiàn)了牛奶成分快速檢測。解決上述問題所采取的技術方案是
根據(jù)牛奶成分快速測量原理，我們設計了測量裝置如圖1所示。裝置由光源1、溫度控制模塊2、蠕動泵3、進樣口 4、出樣口 5、ARM 6、A/D轉換放大電路7、前向光電檢測模塊8、 斜側向光電傳感器9、比色皿10組成。溫度控制模塊是將測量的樣品控制在一定溫度下進行測量。光源采用的是波長為635nm的He-Ne激光器，激光照射到盛有牛奶樣品的比色皿上，在前向和側斜向上放置光電檢測模塊。這些光電探測模塊把前向和側斜向的散射光轉換成電信號并放大，放大后的數(shù)據(jù)利用ARM自帶的A/D轉換器進行轉換，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后由LCD顯示；牛乳的進出樣是通過蠕動泵實現(xiàn)的，蠕動泵的電機正轉時進樣，反轉時出樣。本設計中牛奶成分檢測系統(tǒng)的光強檢測電路分為前向小角度光散射測量和側斜向大角度光散射測量兩部分，其中前向采用線列CCD(TCD132D)對散射光進行測量，而側斜向大角度散射光用8個硅光電池測量。TCD132D的輸出信號采用電壓跟隨器方式，電壓跟隨器采用的是2SC945。TCD132D輸出的信號經(jīng)過電壓跟隨器的電流放大后，再經(jīng)過由ICL7650 組成的放大電路將電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘?。通過調節(jié)滑動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，接入S3C2440自帶的A/D進行模數(shù)轉換。側斜向大角度光電傳感器選用對635nm波長敏感的BPW34F光電池。運算放大器應用ICL7650集成運算放大器。光電池輸出的微弱電流經(jīng)過ICL7650放大后，通過8通道模擬開關(⑶4051)的選擇，送給S3C2440進行A/D轉換和數(shù)據(jù)處理。蠕動泵是通過控制電機的正轉和反轉控制牛乳的進樣和出樣的。選用U98N控制電機的正轉和反轉，用光耦將ARM和電機控制電路隔離。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2. 5 A。5腳和7腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉，6腳接控制使能端，控制電機的停轉。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其它電路產生干擾，我們采用光耦將兩部分電路隔離。 若GPB2為低電平時，則MMDFlN的Gl為高電，樣品加熱絲開始加熱。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對樣品和樣品所在環(huán)境的溫度進行測量。人機接口部分需要實現(xiàn)的功能有進出樣開關、顯示溫度、設定溫度、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接口。本發(fā)明的優(yōu)點
能夠直接測出牛奶中主要顆粒的濃度分布，測量精度高，誤差都小于4%，并能對測量結果進行繪圖，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)結構示意圖。
具體實施例方式蠕動泵3可以通過進樣口 4和出樣口 5，使牛奶進入過流出比色皿10。溫度控制模塊2加熱裝置在比色皿10中，從而可以進行溫度調節(jié)。光源1是由激光器發(fā)出的單色光經(jīng)濾波和擴束形成的。光源1照射在比色皿10中，比色皿測量區(qū)中牛奶顆粒對入射的光進行折色，經(jīng)過傅里葉透鏡后分別作用于前向光電探測模塊(TCD132D) 8，和折射到斜側向光電傳感器9上。前向光電檢測模塊8，斜側向光電傳感器9將電信號傳送給A/D轉換放大電路7，A/D轉換放大電路7將調制好的信號發(fā)送到ARM 6的串口中。ARM 6顯示結果。
權利要求
1. 一種牛奶成分快速檢測裝置，包括由光源(1)、溫度控制模塊(2)、蠕動泵(3)、進樣口(4)、出樣口(5)、ARM (6)、A/D轉換放大電路(7)、前向光電檢測模塊(8)、斜側向光電傳感器(9)、比色皿(10)組成，其特征在于1)溫度控制模塊(2)對比色皿(10 )進行溫度控制；2)利用同時對前向光電檢測模塊(8)和斜側向光電傳感器(9)散射產生的光電信號進行采集；3)將前向光電檢測模塊(8)和斜側向光電傳感器(9)的采集的信號傳入ARM進行運算。
全文摘要
一種牛奶成分快速檢測裝置，包括由光源、溫度控制模塊、蠕動泵、進樣口、出樣口、ARM(6)、A/D轉換放大電路、前向光電檢測模塊、斜側向光電傳感器、比色皿，其特征在于1)溫度控制模塊對比色皿進行溫度控制;2)利用同時對前向光電檢測模塊和斜側向光電傳感器散射產生的光電信號進行采集;3)將前向光電檢測模塊和斜側向光電傳感器的采集的信號傳入ARM進行運算。能夠直接測出牛奶中主要顆粒的濃度分布，測量精度高，誤差都小于4%，并能對測量結果進行繪圖，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。
文檔編號G01N15/06GK102486447SQ201010572920
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權日2010年12月6日
發(fā)明者胡嘯, 陳亮 申請人:沈陽理工大學