CN103487507A - 一种超声波检测食品安全的方法及其装置 - Google Patents

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史小龙
王新安
雍珊珊
张芳妮
刘彬
郭朝阳
曹颖
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Abstract

本发明涉及一种超声波检测食品安全的方法及其装置。该检测方法利用超声波反射或透射来检测待检测食品。具体检测方法为:1.将检测装置探头浸入待测液体食品或敷于容器壁或在待测食品两侧一段距离处;2.根据测量模式,两个探头可进行接收或发送超声波一次或多次,并记录其收发时间间隔和接收波强度;3.采集不同品质的同类食品的相关数值并用数据拟合或回归分析法建立直接测得数据与该类食品品质的关系;4.建立所得关系的数据库,根据测量结果从中查取对应品质。该检测装置特征在于使用本发明所属超声波检测方法,包括:超声波探头、处理电路、存储和相应的译码电路、通信模块、显示装置和操作面板。

Description

一种超声波检测食品安全的方法及其装置
【技术领域】
本发明涉及一种检测技术,具体为一种利用超声波技术检测液体的和一些固体的食品的质量以保障食品安全。
【背景技术】
随着工业技术的不断发展进步,食品生产中也越来越变得工业化与流水化,于是在这当中为了高产、防病虫、保鲜等原因由工业化方法引入的有害化学物质越来越多。而随着近年来人们对健康安全的关注度逐渐提高,食品安全的问题越来越被重视,如上问题已经引起广泛的担忧;同时一些违规厂家生产的假、劣、毒产品更使得食品安全状况的情形雪上加霜。这种情况下,已导致人民对食品安全的普遍不信任,让广大人民及时全面地了解对食品安全进行普遍且准确有效的检测结果与已是广泛的迫切需求。而目前由于市场上上品繁多,并且缺乏有效地统一检测管理公布体制,于是开发出一种便宜且能够便携易用、快速准确的检测方法和装置,以让百姓能自己日常地对食品安全进行亲自检测,是重要而迫切需要的。
超声波技术目前已广泛应用于生产加工、探伤检测、杀菌消毒、医药卫生、健康保健和日常生活的清洗灭蚊等许多方面。考虑到超声波换能和传感装置简单便宜,超声波测量方法方便快速并可以实行非接触式测量,超声波测量结果足够精确可靠,同时简单的超声波测量系统利用微电子技术可以做的很小巧便携。
【发明内容】
针对现在食品安全中存在的诸多问题,以及目前缺乏对食品安全有效和全面检测并及时公布的机制,本发明要解决的问题是设计一种便携、日常、易用的食品安全检测方法及利用该方法的装置。该检测装置利用超声波检测的快速方便特性,使用超生波反射、透射法穿透待测物测量穿透时间来检测其质量。可供测量的待测物包括液体食品包括牛奶、食用油、酱油、醋等或一些固体食品如肉类。
本发明解决所述食品安全检测方法技术问题的技术方案是,利用超声波测量技术,设计一种超声波检测方法,该方法利用超声波反射法或超声波透射法来检测被检测食品的性质,具体检测方法为:
(1).将检测装置发射端置于待检测物一侧适当的距离或敷于表面或浸入液体,接收端置于另一侧适当距离或敷于表面;
(2).根据测量模式,两个探头可进行接收或发送超声波一次或多次,并记录其收发时间间隔和接收波强度;
(3).采集不同品质的同类食品用如上方法所测出来的各相关数值并用数据拟合或回归分析法建立直接测量所得相关数据与该类食品品质的关系;
(4).建立所的关系的数据库,根据测量结果从中查取所属品质。
具体的过程如图1所示:测量液体食品时,可以采用浸入式测量,将两端探头都浸入液体内,采用机械方法固定并测得两发射端之间的间距,然后一端发送超声波一次,另一端接收并由处理电路得到和记录透射时间和接收波强度;将所记录时间、强度和所固定的间距通过查询提前以采集数据回归分析建立的模型来得到其品质。
测量液体食品时,也可以采用紧敷式测量,将两端探头都敷于盛装液体的规整的容器壁上,并各自将一个传感器在容器壁上另一个传感器超出容器壁,然后一端发送超声波一次,另一端接收并由处理电路得到和记录通过空气的透射时间和通过液体食品的透射时间和其强度;将所记录的两个传感器得到的时间和强度通过查提前以采集数据回归分析建立的模型来得到其品质。
测量液体食品或固体食品时,可采用非接触式测量,将两端探头放在距待测无表面一段距离处,开始测量时分为三个阶段:一端发送超声波一次后自己接收第一个主反射波并由处理电路得到和记录反射时间间隔;之后另一端发送超声波一次后自己接收第一个主反射波并由处理电路得到和记录反射时间间隔;最后其中一端再发送超声波一次并由另一端接收透射波,且由处理电路得到和记录时间间隔和接收波强度;三次记录的时间和强度通过查提前以采集数据以数据建模和回归分析建立的模型来得到其品质。
本发明提出的检测装置包括两对超声波探头、可选使用的固定并测量探头间距的机械卡尺、与超声波传感器相连的用于驱动其发出一定时长的超声波和对从回波转换来的电信号进行处理的电路、存储结构和相应的译码电路、通信模块、显示装置和操作面板。具体的结构如图2所示:
操作面板用于供用户选择待测物和测量模式,这些选择成为译码电路的一路输入;机械卡尺用于固定并测量探头间距,可根据需要选择使用;两个探头各包含两个收发一体传感器;并连接到处理电路;处理电路驱动超声波传感器发出超声波并对其从接收波转换到来的电信号处理并计时;计时结果送到译码电路的另一路输入;译码电路通过将前述两路输入译码为存储的地址信号决定读取存储结构中哪一处的数值并送至显示器或同时将其送至通信模块;显示器对查询结果进行显示;若选择同时将如前两路信号送给通信模块,则根据用户选择将这些数据发送。
本发明的食品安全检测方法及其装置的有益效果在于:
超声波检测方法检测时具有无损、在线、实时、简单易用、快速的特点,方便日常生活随时使用;
利用同时透射空气相互对比或者利用超声波回波确定距离,消除了测量距离的不便,并且快速的测量也减小了对距离稳定的要求,使得更简单、易用,而简单的面板操作和直接的结果显示也降低了使用要求,适合普通家庭日常使用。
建立的数据库以建模方法得到简单的对应关系,利用译码来将距离标准化,既节省存储,又简化了电路省去电路的数据处理,减小了电路,降低面积和成本,使得其装置更便携和便宜,更容易进入普通家庭方便日常使用。
【附图说明】
图1为本发明提出的超声波食品安全检测方法的一种实施例中使用方法示意图,a为浸入时测量,b为紧敷式测量,c为非接触式测量;
图2为超声波食品安全检测装置的一种实施例的结构示意图;
图3为用户不同选择模式下的操作和食品安全检测检测装置的工作流程的一种实施例示意图
【具体实施方式】
下面结合实施例及其附图对本发明作进一步描述,但本发明不受实施例的限制。
本发明设计的一种超声波食品安全检测方法利用了超声波反射法和/或超声波透射法来检测食品并采集数据利用数据拟合或回归分析建立关系模型然后通过查表得出食品品质,具体超声波食品安全检测方法为:
图1,超声波食品安全检测方法的一种实施例中使用方法。101为测量探头,探头上装有两个收发一体超声波传感器102,在紧敷式测量时进行对比以避免测量距离,方法是让两个探头的一个传感器贴在容器壁103上,另一个伸出容器壁外。104为待测液体食品。105为固定并测量探头间距的机械卡尺,用于在浸入法测量时确定探头间的距离并固定。106为待测固体或盛装液体的容器,在非接触测量时,利用它两边的两个表面对超声波的反射作用,先由两个探头进行反射测量,在透射测量,从而在不便于直接测量器厚度或不便于紧敷测量时可以解决其厚度未知的问题。探头101通过连线与食品安全检测装置的主体部分108相连,用户通过食品安全检测装置的主体部分108上的包含按钮与旋钮的操作面板109进行操作,并在显示器110上显示。
图2,超声波食品安全检测装置一种实施例的结构图。控制面板201提供用户界面,上面的旋钮209和按钮208使用户可以选择模式和提供输入(图中旋钮数目和按钮数目仅为示意),并将用户输入传到译码电路204和通信模块207,显示器202为另一用户界面,将查表结果显示给用户。处理电路205内部包含振荡器、定时器、放大器和滤波整流、数模转换、计数器等模块;一面与探头206相连,以驱动传感器发出超声波和处理从接收波转换来的电信号并计时,另一面与译码电路204和通信模块207相连将计时结果传给译码电路204和通信模块207。译码电路204即一个译码器,将收到的信号译码作为地址读取存储结构203中的数值,并将读出结果给显示器202显示。通信模块207可采用标准无线收发模块或其他有线数据通信口。
图3,用户不同选择模式下的操作和食品安全检测检测装置的工作流程的一种实施例。启动装置后,首先通过面板选择待测食品,并根据需求在面板上选择工作模式。然后根据工作模式,按照图1中的使用方法使用探头。
对于浸入式,将两个探头206浸入液体内,需要使用机械卡尺,固定两个探头206的间距并测量其距离,测得距离L将通过手动或自动方式输入到装置。按下测量开关后,作为发射端的一端探头将发射一段长度的超声波,另一端接收透射过液体食品介质的透射波并转换为电信号;这期间处理电路205启动计时器只到确认收到透射波,计时结果为t;同时记录接收波强度A。译码电路204通过将距离L和t、A以及用户输入(待测食品种类和测量模式)译码为地址信号去读取存储203,读出的值通过显示器202显示。若用户选择需要通信处理,则启动通信模块207并将译码电路204的输入也送到通信模块207以与指定仪器通信。
对于紧敷式,将探头206相对紧敷与容器壁边缘,并使一个探头上的一个传感器贴在容器壁上而另一个传感器生出容器壁外。按下测量开关后,作为发射端的探头发射一定长度的超声波,另一端接收透过液体和透过空气的超声波并分别转换为电信号;同时处理电路205启动计时器计时,分别计时到收到透过空气的透射波和透过液体食品的透射波,记作t1、t2,同时记录透过液体食品的接收波强度A。译码电路204通过将t1、t2、A以及用户输入(待测食品种类和测量模式)译码为地址信号去读取存储203,读出的值通过显示器202显示。若用户选择需要通信处理,则启动通信模块207并将译码电路204的输入也送到通信模块207以与指定仪器通信。
对于非接触式,两个探头206相对地放于装有待测液体食品的容器或者待测固体食品两侧一段距离处即可。按下测量开关后,超声波食品安全测量装置实行三个步骤:首先一端探头发射一段长度的超声波,并接收发射回来的回波转换为电信号,同时处理电路205启动计时器计时从发送到确认接收的时间t1并寄存;然后另一端探头发射一段长度的超声波,并接收发射回来的回波转换为电信号,同时处理电路205第二次启动计时器计时从发送到确认接收的时间t2并寄存;最后,一端作为发射端发射一段长度的超声波,另一端接收透射两个探头之间空气和待测食品的透射波并转换为电信号,同时处理电路205第三次启动计时器从发射超声波计时到接收端确认接收到透射波,这段时间记作t3,同时记录接收波强度A。译码电路204通过将t1、t2、t3、A以及用户输入(待测食品种类和测量模式)译码为地址信号去读取存储203,读出的值通过显示器202显示。若用户选择需要通信处理,则启动通信模块207并将译码电路204的输入也送到通信模块207以与指定仪器通信。
以上内容是结合实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超声波检测食品安全的方法,该检测方法利用超声波反射或透射来检测食品,并通过建立数据集和模型来得到其品质,具体检测方法为:
(1)将检测装置探头浸入待测液体食品或敷于容器壁或在待测食品两侧一段距离处;
(2)根据测量模式,两个探头可进行接收或发送超声波一次或多次,并记录其收发时间间隔和接收波强度;
(3)采集不同品质的同类食品用如上方法所测出来的各相关数值并用数据拟合或回归分析法建立直接测量所得相关数据与该类食品品质的关系;
(4)建立所的关系的数据库,根据测量结果从中查取所属品质。
2.如权利要求1所述的超声波食品安全检测方法,其特征在于,测量液体食品时,可以采用浸入式测量,将两端探头相对地浸入液体内,采用机械方法固定并测量两端的间距,然后一端发送超声波一次,另一端接收并记录透射时间和接收波强度;将所记录时间、强度和所固定的间距通过查询提前以采集数据回归分析建立的模型来得到其品质。
3.如权利要求1所述所述的超声波食品安全检测方法,其特征在于,测量液体食品时,也可以采用紧敷式测量,将两端探头相对地敷于盛装液体的规整的容器壁上,并各自将一个传感器在容器壁上另一个传感器超出容器壁,然后一端发送超声波一次,另一端接收并分别记录通过空气的透射时间和通过液体食品的透射时间和其强度;将所记录的两个传感器得到的时间和强度通过查提前以采集数据回归分析建立的模型来得到其品质。
4.如权利要求1所述的超声波食品安全检测方法,其特征在于,测量液体食品或固体食品时,可采用非接触式测量,将两端探头相对地放在距待测食品表面一段距离处,开始测量时分为三个阶段:一端发送超声波一次后自己接收第一个反射波并记录反射时间间隔;之后另一端发送超声波一次后自己接收第一个反射波并记录反射时间间隔;最后其中一端再发送超声波一次并由另一端接收透射波和记录时间间隔和接收波强度;三次记录的时间和强度通过查提前采集数据以数据建模和回归分析建立的模型来得到其品质。
5.如权利要求1或2或3或4所述的超声波食品安全检测方法,其特征在于,其模型的建立,是通过对已知不同品质同类食品进行同样的测量,将测量直接得到的数据进行运算得到单位距离的数值,一次对其品 质进行数据拟合和回归分析建立模型;实际测量时,查找方法为将测得数值简单译码得到单位数值,即可查表得到其品质。
6.一种超声波检测食品安全的检测装置,其特征在于它适用权利要求1或2或3或4或5所述的超声波检测方法,包括两对超声波探头、可选使用的固定并测量探头间距的机械卡尺、与超声波传感器相连的用于驱动其发出一定时长的超声波和对从回波转换来的电信号进行处理的电路、存储结构和相应的译码电路、通信模块、显示装置和操作面板。
7.如权利要求5所述的超声波食品安全检测装置,其特征在于其探头包括硬连接的有一定距离的两个超声波传感器,用于测量中穿过不同介质进行比较。
8.如权利要求5所述的超声波食品安全检测装置,其特征在于其探头的两个超声波传感器为收发一体的传感器。 
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