CN110449078A - 一种食品添加物搅拌混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种食品添加物搅拌混合装置，包括具搅拌罐，搅拌罐的顶部贯通内外壁开设通料口、电控盒和水箱，搅拌罐内壁容腔设置一个搅拌筒，搅拌筒的两端的内轴穿过套环穿设在轴座内，搅拌筒上设置若干搅拌棒，搅拌罐底部环周固定若干磁场盒，搅拌筒的两侧且位于搅拌罐的内壁上设置一对磁场板，磁场板内设置用于产生交变磁场的线圈，搅拌筒为永磁材质且搅拌筒为中空结构。本发明能够增加搅拌的均匀度度，还可以精准控制搅拌的温度湿度进而提高食品添加物搅拌混合效果。

Description

一种食品添加物搅拌混合装置

技术领域

本发明涉及食品加工领域，尤其涉及一种食品添加物搅拌混合装置。

背景技术

食品添加物，即为达到某种使用的效果，在物品中额外添加的物质，一般常用于食品工程。我们常说的食品添加物是一种为改善食品品质或色、香、味、形、营养价值以及为保存和加工工艺的需要而加入食品中的物质，优秀的食品添加物对于食品的调配是非常重要的，它往往会影响到整个食品的质量等级。比如常见的民间食品秘方，往往是由独特的工艺制成，因为对温度、湿度混合搅拌方法等要求极高，一般都是由专业人员手工完成。当然，食品本身也可以作为一种食品添加物。比如，中国专利CN2016106927763公开了一种神秘果薯片制备方法，方法包括步骤(1)将神秘果清洁除杂，加3～5倍水打制成浆，得到神秘果浆汁；步骤(2)将铁皮石斛、玫瑰花、回春草、紫苏叶、千日红清洗后混合，加4～7倍水常温浸泡6～10小时，然后保持温度60～70℃加热煎煮1～2小时，过滤，得营养液；步骤(3)将步骤(1)得到的神秘果浆汁和步骤(2)得到的营养液混合，加入食盐、果葡糖浆搅拌均匀，不断加热浓缩得营养调味酱。其中步骤2-3中足见该工艺对水分（湿度）、温度以及时间控制、搅拌均匀度的需求很高，这种工艺在工业化中对混合装置的性能要求也很高。传统的食品添加物搅拌混合装置搅拌效果差，很难控制食品添加物的搅拌质量，不能实现精细化或精准化的反馈性调控。另外，现有技术中混合搅拌装置的转轴多是由传统的电力拖动系统提供动力，即通过电机和丝杆等传动来驱动，传动需要多级完成并且转轴启动存在很大的机械传动时间间隙，难以满足精细化控制的需要。除此之外，现有技术中对搅拌混合装置腔内加热多数是通过外部加热方式，搅拌混合物内外受热不均匀也极大影响了搅拌混合的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种食品添加物搅拌混合装置，能够增加搅拌的均匀度度，还可以精准控制搅拌的温度湿度进而提高食品添加物搅拌混合效果。

本发明采用下述技术方案：

一种食品添加物搅拌混合装置，包括具有长方体封闭结构的搅拌罐，搅拌罐的顶部贯通内外壁开设通料口，搅拌罐的外壁固定电控盒,电控盒的一侧且位于搅拌罐外壁设置水箱,水箱通过电磁阀 贯通搅拌罐的内壁且电磁阀 设置在搅拌罐的内壁上，搅拌罐的两个相对侧面分别通过密封套固定设置一个套环,搅拌罐内壁容腔设置一个搅拌筒，搅拌筒的两端中部分别向外延伸设置一个内轴，相应地搅拌罐外壁两侧分别设置一组轴座和支撑台，上述的每个内轴穿过一个套环固定在轴座内且轴座固定在支撑台上，所述的搅拌筒上设置若干搅拌棒 ，所述的搅拌罐底部环周固定若干磁场盒，搅拌筒的两侧且位于搅拌罐的内壁上设置一对磁场板，磁场板内设置用于产生交变磁场的线圈，上述的搅拌筒为永磁材质且搅拌筒为中空结构。

所述的电控盒内部设置单片机和电源端口，所述的单片机电性连接电源端口，单片机还电性连接温度传感器和湿度传感器用于获取传感信号，单片机电性连接电磁阀以控制出水量，单片机分别电性连接磁场盒和磁场板用于控制产生的磁场，单片机电性连接线圈用于控制每个单匝线圈的闭合匝数。

所述的磁场盒共四条，磁场盒环绕固定在搅拌罐底部的四周并环绕成长宽尺寸大于搅拌罐底部长宽尺寸的矩形结构，搅拌罐底部的四周外壁上设置有永磁层。

所述的搅拌罐底部面及搅拌罐底部支撑面均为光滑面。

所述的搅拌罐内壁不同位置设置若干温度传感器并且搅拌罐内壁不同位置设置若干湿度传感器。

所述的磁场盒包括两个连续的线圈以及设置在每个线圈中部的铁芯，线圈卷绕设置在铁芯的外周。

所述的搅拌棒外周卷绕若干匝单匝线圈，若干匝单匝线圈均电性连接控制总线，控制总线与单片机连接。

所述的每匝单匝线圈通过一个控制分线电性连接一个单片机接口。

所述的密封套的材质为弹性橡胶。

单片机首先获取湿度传感器采集的信号，获得当前湿度然后与预设参数比对，得出差值后，基于差值对搅拌进行反馈性控制，即计算需要补偿的水分量以及补偿速率，然后向电磁阀发送带有时间参数的控制信号；单片机首先获取温度传感器采集的信号，获得当前温度然后与预设参数比对，得出差值后，基于差值对搅拌进行反馈性控制，即计算需要补偿的热量以及补偿速率，然后从单片机接口发送带有时间参数的控制信号，通过控制在一个时间参数中闭合一定数量的单匝线圈进而控制热量

本发明可以采集搅拌罐内环境因素的并且与预设参数比对，得出差值后，基于差值，对搅拌进行反馈性控制以综合调控环境因素，通过这种方式可以实现特定目的的搅拌效果，可以增加搅拌的均匀度或控制搅拌的均匀度，还可以控制搅拌的温度湿度进而控制或影响食品添加物结构，进而对食品口味有控制或影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的侧视图；

图4为对应实施例中磁场盒的结构示意图；

图5为对应实施例中磁场盒的结构示意图；

图6为搅拌棒的结构示意图；

图7为搅拌棒的细节结构示意图；

图8为单片机的电路原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：

如图1-图8所示，本发明中的装置包括具有长方体封闭结构的搅拌罐1，搅拌罐1的顶部贯通内外壁开设通料口2，搅拌罐1的外壁固定电控盒3,电控盒3的一侧且位于搅拌罐1外壁设置水箱5,水箱5通过电磁阀7 贯通搅拌罐1的内壁且电磁阀7 设置在搅拌罐1的内壁上，搅拌罐1的两个相对侧面分别通过密封套11固定设置一个套环10,搅拌罐1内壁容腔设置一个搅拌筒8，搅拌筒8的两端中部分别向外延伸设置一个内轴12，相应地搅拌罐1外壁两侧分别设置一组轴座13和支撑台14，上述的每个内轴12穿过一个套环10穿设在轴座13内且轴座13固定在支撑台14上，所述的搅拌筒8上设置若干搅拌棒9 ，所述的搅拌罐1底部环周固定若干磁场盒15，搅拌筒8的两侧且位于搅拌罐1的内壁上设置一对磁场板16，磁场板16内设置用于产生交变磁场的线圈，上述的搅拌筒8为永磁材质且搅拌筒8为中空结构。

电控盒3内部设置单片机和电源端口，如图8所示，所述的单片机电性连接电源端口，单片机还电性连接温度传感器4和湿度传感器6 用于获取传感信号，单片机电性连接电磁阀7 以控制出水量，单片机分别电性连接磁场盒15和磁场板16用于控制产生的磁场，单片机电性连接线圈15b用于控制每个单匝线圈9b的闭合匝数。

再如图2-3所示，所述的磁场盒15共四条，磁场盒15环绕固定在搅拌罐1底部的四周并环绕成长宽尺寸大于搅拌罐1底部长宽尺寸的矩形结构，相应地在搅拌罐1底部的四周外壁上设置永磁层，永磁层可以与磁场盒15之间产生相排斥或相吸引的磁力作用。在实施中，为了避免搅拌罐1底部与磁场盒15之间碰撞破坏相应的结构，可选地在搅拌罐1底部永磁层外侧设置橡胶层或在磁场盒15内侧设置橡胶层。所述的搅拌罐1底部面及搅拌罐1底部支撑面均为光滑面。为了减少搅拌罐1底部面及搅拌罐1底部支撑面之间的摩擦系数，在搅拌罐1底部面及搅拌罐1底部支撑面浇灌润滑油并定期进行维护。所述的密封套11的材质为弹性橡胶，相应的套环10为非弹性材质。所述的搅拌罐1内壁不同位置设置若干温度传感器4并且搅拌罐1内壁不同位置设置若干湿度传感器6。在不同的位置设置若干温度传感器4或湿度传感器6 便于采集不同位置的温湿度环境。

如图4，一种实施例，所述的磁场盒15包括一个连续的线圈15b以及设置在线圈15b中部的铁芯15a，线圈15b卷绕设置在铁芯15a的外周。

如图5，一种实施例，所述的磁场盒15包括两个连续的线圈15b以及设置在每个线圈15b中部的铁芯15a，线圈15b卷绕设置在铁芯15a的外周，线圈15b和铁芯15a也可以相应地设置若干组。

在具体实施中，通入磁场盒15的线圈15b内的电流大小和方向由单片机控制，单片机控制电路可采用现有双H桥的高电压大电流双全桥式电路控制电流大小和方向，在线圈15b通入特定的电流后线圈15b产生的磁场大小和方向确定从而可以对搅拌罐1底部永磁层产生一定的作用力，改变线圈15b通入的电流就可以改变其对搅拌罐1底部永磁层产生的作用力，搅拌罐1底部永磁层在外作用力下可以在磁场盒15所形成的矩形区域横向移动或纵向移动，同时搅拌筒8及其轴是固定的，搅拌罐1则相对搅拌筒8运动，反之，在搅拌罐1静止的情况下搅拌筒8及其轴做相反的横向移动或纵向移动，如此可以实现在单片机控制下搅拌筒8在搅拌罐1的内腔进行横纵向移动，理论上可均匀搅拌混合腔内所有位置的物料。

如图6-7，所述的搅拌棒9 外周卷绕若干匝单匝线圈9b，若干匝单匝线圈9b均电性连接控制总线9a，所述的每匝单匝线圈9b通过一个控制分线9a1电性连接一个单片机接口9a2另外，为了避免在搅拌棒9 与搅拌物料相对运动过程中对单匝线圈9b产生破坏，可选地，单匝线圈9b固定焊接或粘贴在搅拌棒9 的外周。

如图6-7，并且更加具体地，一种实施例，所述的每个单位的单匝线圈9b通过一个控制分线9a1电性连接一个单片机接口9a2。单片机接口9a2对控制分线9a1连接的每个单位的单匝线圈9b进行闭合控制。

在具体实施中，待搅拌混合的物料通过通料口2添加到搅拌罐1的容腔内，磁场板16在通电后产生交变磁场，搅拌筒8在磁场板16的交变磁场作用下转动并且由搅拌棒9 绕搅拌筒8中轴的旋转实现物料的搅拌，物料搅拌过程中通过温度传感器4或湿度传感器6 可以实时地测量搅拌罐1容腔内的环境，并且由单片机计算是否需要补偿热量或补偿水分。

本申请在搅拌物料的过程中或搅拌开始前在补偿水分上，单片机首先获取湿度传感器6 采集的信号，获得当前湿度然后与预设参数比对，得出差值后，基于差值，对搅拌进行反馈性控制，即计算需要补偿的水分量以及补偿速率，然后向电磁阀7 发送带有时间参数的控制信号。本申请在搅拌物料的过程中或者在搅拌开始前，单片机首先获取温度传感器4采集的信号，获得当前温度然后与预设参数比对，得出差值后，基于差值，对搅拌进行反馈性控制，即计算需要补偿的热量以及补偿速率，然后从单片机接口9a2发送带有时间参数的控制信号，进而控制热量；另外，更加具体地，在热量的补偿中需要注意的是，单片机在获得需要补偿的热量同时或者之前便获得的了带有时间参数磁场板16磁场的变化数据，由于热量的控制基于磁场板16磁场的变化，所以单片机是基于磁场板16磁场的变化数据计算需要在一个时间参数中闭合多少单匝线圈9b，进而确定从单片机接口9a2发送带有时间参数的控制信号。

更加具体地，在搅拌罐1内腔的温度传感器4或湿度传感器6 的数量为若干个并且每个温度传感器4或湿度传感器6 的分布位置不同，这就提供了在搅拌罐1内腔采集不同位置温度或湿度的技术基础，实施中，每个温度传感器4或湿度传感器6 在和单片机通信中被标记有不同的ID,单片机由带有不同ID温度或湿度数据分类到不同位置的数据，进而可以实现更加精细化的控制。单片机首先获取湿度传感器6 采集的信号且信号标记有不同ID，获得当前每个ID湿度然后与预设每个ID参数比对，得出差值后，基于差值，对搅拌进行反馈性控制，即计算每个ID需要补偿的水分量以及补偿速率，然后向电磁阀7 发送带有时间参数以及ID参数的控制信号。本申请在搅拌物料的过程中或者在搅拌开始前，单片机首先获取温度传感器4采集的信号且信号标记有不同ID，获得当前每个ID温度然后与预设每个ID参数比对，得出差值后，基于差值，对搅拌进行反馈性控制，即计算每个ID需要补偿的热量以及补偿速率，然后从单片机接口9a2发送带有时间参数以及ID参数的控制信号，进而控制热量，如图8所示，上述的单片机接口9a2实施中可以采取单片机的p1口，示意通用单片机的多个p1口，其他一些元件与通用的单片机电路连接，尤其是分别与单片机的单路连接，显然是较为常见的技术。

在具体实施中，单片机的选型比较灵活，单片机可以选择功能全面的通用型号，也可以选择专门功能的型号，譬如可以选择PIC单片机。当然，可以理解的是，本申请中的单片机的数量不限于1个，为了功能的需要或者功能的升级本申请中所述的单片机可以是指的多个单片机，另外为了功能的需要或者功能的升级本申请中的单片机也不仅限于市面常见的单片机，尤其是本申请单片机需要运算深度学习系统，所以本申请的单片机也可以是带有网络通信接口及网络系统的综合结构,具体实施中，单片机内编程控制方法程序，或者单片机通过通信接口连接有线或无线的计算机系统实现控制。

搅拌控制方法可采用现有的磁力搅拌罐控制方法控制搅拌筒8的自转，同时。

本发明中，还可对搅拌控制方法进行了进一步优化，包括以下步骤：

S1、获取含有时间变量的磁场盒与磁场板内电磁线圈的输出数字信号以及温度传感器、湿度传感器的输出模数信号，形成搅拌搅拌速度、搅拌位置的动态高斯分布、温度、湿度作为环境数据；获取搅拌后食品添加物的质量品级作为结果数据；

S2、对环境数据进行标记，对结果数据进行标记，上述数据存储后共同形成数据源库；

S3、构建神经网络数据库，确定神经网络数据库的参数，在神经网络数据库中输入标记的数据源库，利用深度学习方法进行特征学习，得到训练好的神经网络数据库；

S4、训练好的神经网络数据库输入实际动态的环境数据并预测结果数据，根据结果数据与预设参数的差值调整实际动态的环境数据；

S5、将调整实际动态的环境数据转换为数字信号输出到磁场盒与磁场板内电磁线圈、电磁阀以及单片机接口进行反馈性控制。

S3具体包括如下步骤：

提取同一个时间点的特征数据（i1,i2,i3,i4,n），n表示质量品级度，i1表示搅拌温度,i2表示湿度，i3表示搅拌速度，i4表示搅拌位置的动态高斯分布；

将数据（i1,i2,i3,i4,n）做矩阵形式处理；

构建一个层级神经网络数据库及设置初始参数，

构建连续堆叠并依次连接的五个复合层，并且每个复合层都包括若干卷积层和一个池化层，然后连接一个反卷积层，最后连接一个激活层和误差函数层，利用双线性插值方式进行初始化反卷积层的权重；

取标记的数据源库进行划分，一部分作为训练数据，一部分作为检测数据；

确定神经网络数据库的参数，将训练集中的数据随机输入神经网络数据库，进行神经网络数据库训练；

对于神经网络数据库训练过程中的误差值进行记录，当检测数据的误差不再下降的时候，停止训练，保存当前的权重值作为训练好的神经网络数据库。

至少一个上述的卷积层采用多个叠加的卷积运算：

其中，Y(n)表示提取特征，n表示质量品级度，i1表示搅拌温度 ,i2表示湿度，i3表示搅拌速度，i4表示搅拌位置的动态高斯分布，p1表示搅拌温度的可能影响函数，p2表示湿度的可能影响函数，p3表示搅拌速度的可能影响函数，p4表示搅拌位置的动态高斯分布的可能影响函数，p1-p4均属于基本函数，卷积运行前在基本函数中任选一组p1-p4，所有可能系数设为1，选择一组拟合度最高的p1-p4参与确定的卷积运算。

上述的激活层采用Tanh函数运算用于做非线性的输出。

需要说明的是，在搅拌过程中搅拌位置的确定很难用一个特定点在搅拌腔内确定，所以通过统计可以利用搅拌筒8及其周边部件在搅拌腔内移动的位置概率来确定搅拌位置，位置概率则是搅拌位置的动态高斯分布，搅拌位置或搅拌位置的动态高斯分布由搅拌筒8的位置直接确定，搅拌筒8的位置又由磁场盒15的磁力作用直接确定，磁场盒15的磁力对搅拌筒8的作用又是由单片机对磁场盒15的输出信号直接确定，显然搅拌位置的动态高斯分布可以通过单片机对磁场盒15的输出信号直接确定。

具体实施中示例一种数据矩阵形式处理以及上述多个叠加的卷积运算。

提取同一个时间点的特征数据：

{ t1（i11,i21,i31,i41,n1）,t2（i12,i22,i32,i42,n2）,tm（i1m,i2m,i3m,i4m,nm）}，其中tm表示不同的时间点，nm表示该时间点的质量品级度，i1m表示该时间点的搅拌温度 ,i2m表示该时间点的湿度，i3m表示该时间点的搅拌速度，i4m表示该时间点的搅拌位置的动态高斯分布，数据矩阵形式处理后则形成向量：

上述的向量去除时间参数，矩阵数据分别指向n1,n2和nm。

若利用上述的向量数据做多个叠加的卷积运算则结果为：

；

显然，上述的卷积运算并不一定用于处理上述数据矩阵形式处理后数据（在神经网络中的初始的输入数据），上述仅是对运算的一种示意。另外，具体实施中，p1-p4可以等效成卷积运算中的权重。另外，上述步骤中，任选一组p1-p4，所有可能系数还可以不是1，可能系数设置的目的是便于灵活调整不确定的p1-p4。

Claims (10)

1.一种食品添加物搅拌混合装置，包括具有长方体封闭结构的搅拌罐，其特征在于：搅拌罐的顶部贯通内外壁开设通料口，搅拌罐的外壁固定电控盒,电控盒的一侧且位于搅拌罐外壁设置水箱,水箱通过电磁阀贯通搅拌罐的内壁且电磁阀设置在搅拌罐的内壁上，搅拌罐的两个相对侧面分别通过密封套固定设置一个套环,搅拌罐内壁容腔设置一个搅拌筒，搅拌筒的两端中部分别向外延伸设置一个内轴，相应地搅拌罐外壁两侧分别设置一组轴座和支撑台，上述的每个内轴穿过一个套环穿设在轴座内且轴座固定在支撑台上，所述的搅拌筒上设置若干搅拌棒，所述的搅拌罐底部环周固定若干磁场盒，搅拌筒的两侧且位于搅拌罐的内壁上设置一对磁场板，磁场板内设置用于产生交变磁场的线圈，搅拌筒为永磁材质且搅拌筒为中空结构。

2.根据权利要求1所述的食品添加物搅拌混合装置，其特征在于：所述的电控盒内部设置单片机和电源端口，所述的单片机电性连接电源端口，单片机还电性连接温度传感器和湿度传感器用于获取传感信号，单片机电性连接电磁阀以控制出水量，单片机分别电性连接磁场盒和磁场板用于控制产生的磁场，单片机电性连接线圈用于控制每个单匝线圈的闭合匝数。

3.根据权利要求2所述的食品添加物搅拌混合装置，其特征在于：所述的磁场盒共四条，磁场盒环绕固定在搅拌罐底部的四周并环绕成长宽尺寸大于搅拌罐底部长宽尺寸的矩形结构，搅拌罐底部的四周外壁上设置有永磁层。

4.根据权利要求3所述的食品添加物搅拌混合装置，其特征在于：所述的搅拌罐底部面及搅拌罐底部支撑面均为光滑面。

5.根据权利要求4所述的食品添加物搅拌混合装置，其特征在于：所述的搅拌罐内壁不同位置设置若干温度传感器并且搅拌罐内壁不同位置设置若干湿度传感器。

6.根据权利要求5所述的食品添加物搅拌混合装置，其特征在于：所述的磁场盒包括两个连续的线圈以及设置在每个线圈中部的铁芯，线圈卷绕设置在铁芯的外周。

7.根据权利要求6所述的食品添加物搅拌混合装置，其特征在于：所述的搅拌棒外周卷绕若干匝单匝线圈，若干匝单匝线圈均电性连接控制总线，控制总线与单片机连接。

8.根据权利要求1所述的食品添加物搅拌混合装置，其特征在于：所述的每匝单匝线圈通过一个控制分线电性连接一个单片机接口。

9.根据权利要求1所述的食品添加物搅拌混合装置，其特征在于：所述的密封套的材质为弹性橡胶。

10.根据权利要求1所述的食品添加物搅拌混合装置，其特征在于：所述的单片机首先获取湿度传感器采集的信号，获得当前湿度然后与预设参数比对，得出差值后，基于差值对搅拌进行反馈性控制，即计算需要补偿的水分量以及补偿速率，然后向电磁阀发送带有时间参数的控制信号；单片机首先获取温度传感器采集的信号，获得当前温度然后与预设参数比对，得出差值后，基于差值对搅拌进行反馈性控制，即计算需要补偿的热量以及补偿速率，然后从单片机接口发送带有时间参数的控制信号，通过控制在一个时间参数中闭合一定数量的单匝线圈进而控制热量。