CN107997032B - 磁-电-热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置 - Google Patents

磁-电-热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁‑电‑热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置，属于机电领域。电磁辅助腌制模块和动态自适应发酵模块集成在底座上；自动化控制与传输模块固定在保护罩的顶端，由机械手和移动平台组成，实现食物腌制及发酵过程的全自动化，确保生产安全卫生，保证接种菌类质量。优点在于：装置新颖，结构简单，将腌制、发酵设备结合在一个封闭无菌室内，并运用远程系统进行自动化控制与检测，使用电磁辅助腌制装置提高食物腌制效率，利用机械手自动运送食物，采用喷头均匀接种、洒水，利用风扇和加热装置动态自适应通气和调温，既实现物料灭菌、调温、原地接种，又可在线检测并控制物料温度、湿度、氧气，提高食品的发酵质量。

Description

磁-电-热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置
技术领域
本发明涉及机电领域，特别涉及一种基于磁-电-热多物理场耦合辅助的腌制发酵自动化综合装置，尤指一种磁-电-热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置。
背景技术
固态发酵食品一直以来深受人民喜爱。典型的传统固态发酵食品如发酵肉制品属于大块固态发酵食品，包括发酵香肠和火腿两大类，腊肉、咸肉、板鸭等传统腌腊风干肉食品也可以归属于发酵肉制品。这些发酵食品的制作方法主要包括腌渍，风干，发酵，烟熏等方法。腌制处理的目的是让腌制液体中的溶质离子和分子如氢、钠、钾、氯离子等能够渗透到腌制食材组织内和细胞中，同时可以借由渗透压降低食材的含水量，从而生产出具有良好风味的产品。但传统固体腌制食品多采用自然发酵，产品生产周期长，需要几天甚至几个月，长时间的腌制容易造成可溶性蛋白、维生素、矿物质的大量缺失造成部分营养缺失，同时工业化和标准化程度较低，安全性和稳定性差，存在一定的风味缺陷。
传统的风鸡、腊肉等固态发酵制品一般只能在秋冬季节，受气温环境影响较大，产品质量不能保证，制作周期较长。而市场上已有的动态发酵设备大多是针对碎料固态发酵固体，不能适应大块固态发酵食品如发酵肉制品的生产。同时这些设备通常比较粗犷，发酵菌类生存环境差甚至制造过程中菌类死亡，而且温度、湿度、氧气、菌类分布很不均匀，设备散热困难，致使生产周期并没有明显缩短，产品质量也不高。腌制发酵食品长久以来深受广大群众的喜爱。随着科学技术的进步，传统的腌制发酵技术渐渐不能满足人们食用的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁-电-热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置，解决了现有技术存在的上述问题，填补了国内相关领域的空白。本发明基于电磁辅助腌制模块、动态自适应发酵模块并利用自动化机械手实现固态食物腌制与发酵。是能够提高固体腌制发酵效率并保证食品质量安全的自动化设备。利用机械手实现腌制发酵过程中对食材加料、转移的远程精准自动化控制。区别于传统的腌制发酵工艺，本发明集成了电磁辅助腌制箱、动态自适应发酵箱，便于实现腌制发酵过程的一体化，极大的提高了生产效率。此外本发明还集成了自动化控制与传输平台，实现对生产腌制发酵过程的自动化控制与检测，利用机械手移动食材，保证安全卫生。自动化控制与传输模块可以实现腌制、发酵过程中加料喷洒的程序化控制。整个装置安装在一个密闭的无菌室内，保证了腌制发酵过程中的安全卫生。本发明结构简单，操作方便，安全高效，在工业生产，农业生产方面都有良好的发展前景。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
磁-电-热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置，包括电磁辅助腌制模块、动态自适应发酵模块、自动化控制与传输模块，所述电磁辅助腌制模块和动态自适应发酵模块集成在底座14上；所述自动化控制与传输模块固定在保护罩15的顶端，由机械手4和移动平台组成，实现食物腌制及发酵过程的全自动化，确保生产安全卫生，保证接种菌类质量。
所述的电磁辅助腌制模块是：采用铜线围绕硅钢芯13制成8个感应线圈，均匀安置于非导磁性腌制桶5的周围，其中感应线圈组合固定于电磁辅助腌制箱圆柱形箱体6内，非导磁性腌制桶5可移动和旋转，便于更换腌制食物；腌制箱箱盖19安装在电磁辅助腌制箱圆柱形箱体6上。
利用函数信号发生器22产生不同频率的正弦信号经过功率放大器23放大，按照一定的规律导入感应线圈，产生旋转磁场并作用于非导磁性腌制桶内的腌制电离子液体，致使离子产生相应的旋转电动势，非导磁性腌制桶5可以在底部电机的带动下旋转，带动腌制液体中的离子切割磁感线，受到洛仑兹力，在电场和磁场的共同作用下，加速腌制液在食物内部的渗透，进而提高食物的腌制效率。而且设计的电磁辅助腌制模块与腌制液体和食物分离，避免了电磁辅助腌制模块的腐蚀结垢问题。
所述的动态自适应发酵模块是：两个旋转盘2通过定位旋转轴7固定在发酵箱1内，挂钩3通过旋转盘2的小孔挂在旋转盘2上，旋转盘2、挂钩3随定位旋转轴7转动；风扇9固定在发酵箱1的侧壁，喷头16固定在发酵箱1的后壁。发酵初始阶段，消毒后，可以自动控制喷头对发酵箱内食材喷洒发酵菌类，保证食材的均匀接种；发酵过程中发酵箱内的传感器对箱体内的温度、湿度进行实时监测，反馈到计算机20，计算机20控制喷头喷洒无菌水，控制风扇开关，达到自动控制发酵箱内的湿度、温度目的。
所述的自动化控制与传输模块是：机械手4通过法兰底座18固定在滑块10上，滑块10滑动连接在导轨8上；丝杠11与滑块10配合，并与电机12相连，在电机12的驱动下实现精密移动，电机12通过法兰架17固定在保护罩15上。机械手4可以实现食材的加料、转移等操作，机械手的工作过程通过控制终端的计算机20进行，实现自动化操作。另外电磁辅助腌制模块和动态自适应发酵模块相应的自动化控制部分的程序也一并集成在本模块上，实现对整个装置的自动化控制。
所述的机械手4上安装有图像采集传感器，可以实时采集图像数据，反馈到计算机20进行处理，进行图像重建识别，对机械手在运送、转移、安放物料过程精准控制。例如：对发酵箱添加食材时，通过图像识别，精准找到挂钩3，勾起食材后，再自动找到旋转盘2上的定位孔，将挂钩准确勾到定位孔内。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的磁-电-热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置，结构新颖，装置新颖，首次将腌制、发酵设备结合在一个封闭无菌室内，保证生产过程的安全卫生，并运用远程系统进行自动化控制与检测，提高生产效率。
2、本发明的电磁辅助腌制模块，设计的电磁辅助腌制装置，是利用函数发生器产生不同频率的正弦波信号，借由功率放大器放大，输入到绕硅钢芯制成的线圈绕组，产生旋转磁场，非导磁性腌制桶可以在底部电机的带动下旋转，腌制液体内的离子切割磁场，受洛仑兹力按一定规律作运动，从而加速腌制过程而且腌制出的产品口感更佳。而且设计的电磁加载装置与腌制液体和食物分离，避免了电磁装置的腐蚀结垢问题。
3、本发明的动态自适应发酵模块，采用喷头均匀接种、洒水，利用风扇和加热装置动态自适应通气和调温，既实现固态食材灭菌、调温、均匀接种，又可在线检测并控制物料温度、湿度、氧气，提高固态食品的发酵质量。
4、本发明的自动控制与传输模块利用丝杠传动，在远程控制程序下，机械手自动运送食物，可以实现加料的自动化，提高了工作效率，并且可以避免手动操作对食品的污染。同时对于电磁辅助模块的正弦信号输入和动态自适应发酵模块的温度、湿度、氧气的在线检测，喷头开关，风扇开关，都是由电脑完成远程控制。
5、本发明的机械手装置安装有图像采集传感器，可以实时采集图像数据，反馈到计算机20进行处理，进行图像重建识别，对机械手在运送、转移、安放物料过程精准控制。例如：对发酵箱加食材时，通过图像识别，精准找到挂钩3，再准确勾起食材后，然后自动找到旋转盘上的定位孔，最后挂钩勾到定位孔内。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的带保护罩的整体外观结构示意图；
图2为本发明的保护罩内部的结构示意图；
图3为本发明的动态自适应发酵模块结构示意图；
图4为本发明的电磁辅助腌制模块结构示意图；
图5为本发明的自动化控制与传输模块结构示意图。
图中：1、发酵箱箱体；2、旋转盘；3、挂钩；4、机械手；5、非导磁性腌制桶；6、电磁辅助腌制箱圆柱形箱体；7、定位旋转轴；8、导轨；9、风扇；10、滑块；11、丝杠；12、电机；13、硅钢芯；14、底座；15、保护罩；16、喷头；17、法兰架；18、法兰底座；19、腌制箱箱盖；20、计算机；21、GPIB-USB线；22、函数信号发生器；23、功率放大器。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图5所示，本发明的磁-电-热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置，构思新颖，结构简单，将腌制、发酵设备结合在一个封闭无菌室内，并运用远程系统进行自动化控制与检测，使用电磁辅助腌制装置提高食物腌制效率，利用机械手自动运送食物，采用喷头均匀接种、洒水，利用风扇和加热装置动态自适应通气和调温，既实现物料灭菌、调温、原地接种，又可在线检测并控制物料温度、湿度、氧气，提高食品的发酵质量。本发明集成在一个无菌封闭室内，电磁辅助腌制模块与动态自适应发酵模块集成在底部的底座上，动态自适应发酵模块可以在线检测温度、湿度等数据并反馈达到自动控制的目的；自动化控制与传输模块固定在保护罩顶端，包含机械手、移动平台、腌制模块自动开启装置和发酵模块自动开启装置，可以实现机械手传输物料，同时实现上述模块的开启关闭。机械手安装有图像采集设备，可以实时采集数据，进行图像识别，达到抓取、转移过程中的精准控制。具体结构包括电磁辅助腌制模块、动态自适应发酵模块和自动化控制与传输模块。整体结构呈上下分布，上部分即自动化控制与传输模块固定在保护罩15顶端，电磁辅助腌制模块和动态自适应发酵模块集成在下部的底座14上。
参见图4所示，本发明所述的电磁辅助腌制模块是：用铜线围绕硅钢芯13制成8个感应线圈，均匀安置于非导磁性腌制桶5的周围，其中感应线圈组合固定于电磁辅助腌制箱圆柱形箱体6内，而非导磁性腌制桶5可以由底部电机带动移动和旋转，便于更换腌制食物。功率放大器23分别与感应线圈和函数信号发生器22相连，函数信号发生器22通过GPIB-USB线21与计算机20相连。利用函数信号发生器22产生不同频率的正弦信号经过功率放大器23放大，按照一定的规律导入感应线圈，产生旋转磁场并作用于非导磁性腌制桶内的腌制电离子液体，致使离子产生相应的旋转电动势，非导磁性腌制桶5可以在底部电机的带动下旋转，带动腌制液体中的离子切割磁感线，受到洛仑兹力，在电场和磁场的共同作用下，加速腌制液在食物内部的渗透，进而提高食物的腌制效率。而且设计的电磁辅助腌制模块与腌制液体和食物分离，避免了电磁辅助腌制模块的腐蚀结垢问题。
参见图3所示，本发明所述的动态自适应发酵模块是：定位旋转轴7通过螺纹连接固定在发酵箱1的箱体上，两个旋转盘2通过螺纹固定在定位旋转轴7上，若干个挂钩7通过旋转盘的孔悬挂于旋转盘上，旋转盘及挂钩可以随定位旋转轴的转动而转动。接种管通过喷头16引入密封的发酵箱1内，在对发酵箱1内固态食材灭菌后，再通过通入发酵箱内的喷雾接种系统的喷头均匀地将雾状菌种喷洒在固态食材表面，发酵过程中还可以喷洒无菌水，维持箱内湿度，保证菌类生长环境，实现在同一发酵罐内完成物料的灭菌、接种和发酵。
四个风扇9分别安装在发酵箱两侧的壁上，用于散热；这样既可以保证发酵的均匀接种，又能保证热量的及时散发。喷头16安装在发酵箱箱体后壁，采用喷头均匀接种、洒水，利用风扇和加热装置动态自适应通气和调温，既实现物料灭菌、调温、原地接种，又可在线检测并控制物料温度、湿度、氧气，提高固态食品的发酵质量。喷头的喷水开关，风扇的开关分别由湿度传感器、温度传感器在线检测箱内湿度、温度并反馈，控制程序自动控制。
参见图5所示，本发明所述的自动化控制与传输模块是：机械手4通过法兰底座18固定在导轨滑块10上，电机12通过法兰架17固定在保护罩15顶部，导轨滑块10与丝杠17配合，在电机的带动下，带动机械手沿着导轨8移动，实现加料转移的自动化。所述的电磁辅助腌制模块的自动开启、动态自适应发酵模块的自动开启均由计算机20远程控制。工作时，计算机20控制电机12带动机械手4沿着导轨运动，而机械手4可以实现抓料、转移、添料等一系列工作。所述的腌制模块自动开启装置和发酵模块自动开启装置及其他所有的控制装置均集成在自动化控制与传输模块内。
所述的机械手4上安装有图像采集传感器，可以实时采集图像数据，反馈到计算机20进行处理，进行图像重建识别，对机械手在运送、转移、安放物料过程精准控制。例如：对发酵箱加食材时，通过图像识别，精准找到挂钩3，勾起食材后，再自动找到旋转盘2上的定位孔，将挂钩准确勾到定位孔内。
所述的机械手4上安装有图像采集传感器，可以实时采集图像数据，反馈到计算机20进行处理，进行图像重建识别，对机械手在运送、转移、安放物料过程精准控制。例如：对发酵箱加食材时，通过图像识别，精准找到挂钩3，勾起食材后，再自动找到旋转盘2上的定位孔，将挂钩勾到定位孔内。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种磁-电-热多物理场耦合辅助腌制发酵自动化装置，其特征在于：包括电磁辅助腌制模块、动态自适应发酵模块、自动化控制与传输模块，所述电磁辅助腌制模块和动态自适应发酵模块集成在底座（14）上；所述自动化控制与传输模块固定在保护罩（15）的顶端，由机械手（4）和移动平台组成；
所述的电磁辅助腌制模块是：采用铜线围绕硅钢芯（13）制成8个感应线圈，均匀安置于非导磁性腌制桶（5）的周围，其中感应线圈组合固定于电磁辅助腌制箱圆柱形箱体（6）内，非导磁性腌制桶（5）可移动和旋转，便于更换腌制食物；腌制箱箱盖（19）安装在电磁辅助腌制箱圆柱形箱体（6）上；
所述的动态自适应发酵模块是：两个旋转盘（2）通过定位旋转轴（7）固定在发酵箱（1）内，挂钩（3）通过旋转盘（2）的小孔挂在旋转盘（2）上，旋转盘（2）、挂钩（3）随定位旋转轴（7）转动；风扇（9）固定在发酵箱（1）的侧壁，喷头（16）固定在发酵箱（1）的后壁；所述的自动化控制与传输模块是：机械手（4）通过法兰底座（18）固定在滑块（10）上，滑块（10）滑动连接在导轨（8）上；丝杠（11）与滑块（10）配合，并与电机（12）相连，在电机（12）的驱动下实现精密移动，电机（12）通过法兰架（17）固定在保护罩（15）上；
所述的机械手（4）上安装有图像采集传感器，实时采集图像数据，反馈到计算机（20）进行处理，进行图像重建识别，对机械手在运送、转移、安放物料过程精准控制；
功率放大器（23）分别与感应线圈和函数信号发生器（22）相连，函数信号发生器（22）通过GPIB-USB线（21）与计算机（20）相连；利用函数信号发生器（22）产生不同频率的正弦信号经过功率放大器（23）放大，按照规律导入感应线圈，产生旋转磁场并作用于非导磁性腌制桶内的腌制电离子液体，致使离子产生相应的旋转电动势，非导磁性腌制桶（5）在底部电机的带动下旋转，带动腌制液体中的离子切割磁感线，受到洛仑兹力，在电场和磁场的共同作用下，加速腌制液在食物内部的渗透。
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