CN111175191A - 一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其可以更真实的模拟固体食物被咀嚼的状态，得到能够更真实表征固体食物的流变特性数据，且结构简单，易于推广。其包括：扭矩传感器、搅拌头、交流变频电机、仿生口腔，扭矩传感器固定在装置支架上，交流变频电机通过安装架连接扭矩传感器，搅拌头通过第一联轴器与交流变频电机输出端相连；仿生口腔包括互相咬合的上牙齿、下牙齿、导液管；上牙齿固定连接在装置支架上；下牙齿固定设置于下颚盘之上，二者形成凵字形空腔，搅拌头自上而下伸入凵字形空腔中；下颚盘通过安装于其下部的咀嚼动力装置上，实现上下方向、左右方向的运动；导液管的一个开口端伸入仿生口腔。
Description
技术领域
本发明涉及仿生机械技术领域，具体为一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置。
背景技术
食品的流变特性主要包括黏性和弹性，不仅反映了食品物质的特性，也直接影响到了食品的质量、产品加工、贮藏、同时与食品加工、储藏的装置设计有密切联系；因此，研究食品的流变特性对食品生产、加工、贮藏等诸多环节具有重要意义。
现有的用于食品流变性检测的装置主要是扭矩流变仪，由挤出机、混炼器、测量转子和扭矩传感器组成，使用时食物物料由挤出机加到混炼室中被搅拌，在搅拌过程中食物对转子的反作用力由传感器测量得到。虽然现有的扭矩传流变仪能够测量到食物的流变特性，但是由于其对食物的粉碎是通过挤出机实现的，与食物在口腔中真正粉碎的过程并不相同，扭矩流变仪实际测量的是流体或者半流体状态下的食物的流变特性，而非固体食物处于各种粉粹程度下的半流体状态混合物的流变特性；当需要测量诸如食物在口腔中的真实口感这一类情况的时候，现有的扭矩流变仪测量出的数据并不能真实的表征食物的口感，在对食物口感评价的场合并不适用。
发明内容
为了解决现有食品流变性测量装置测出的数据无法真实的不能充分表征固体食物粉碎后的口感的问题，本发明提供一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其可以更真实的模拟固体食物被咀嚼的状态，得到能够更真实表征固体食物在咀嚼过程中的口感的流变特性数据，更适用于对食物口感的评价，且结构简单，易于推广。
本发明的技术方案是这样的：一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其包括：扭矩传感器、搅拌头、交流变频电机，所述扭矩传感器固定在装置支架上，所述交流变频电机通过安装架连接所述扭矩传感器，所述搅拌头通过第一联轴器与所述交流变频电机输出端相连，其特征在于：
其还包括仿生口腔，所述仿生口腔包括互相咬合的上牙齿、下牙齿、导液管；所述上牙齿固定连接在所述装置支架上；所述下牙齿固定设置于下颚盘之上，二者形成凵字形空腔，所述搅拌头自上而下伸入所述凵字形空腔中；
所述下颚盘通过安装于其下部的咀嚼动力装置上，实现上下方向、左右方向的运动；
所述导液管的一个开口端伸入所述仿生口腔，所述导液管的另一端连接外部的液压泵。
其进一步特征在于：
所述仿生口腔还包括上颚盘，所述上牙齿固定连接所述上颚盘，二者形成冖字形空腔；所述上颚盘固定在所述装置支架上，所述上颚盘与所述下颚盘的两个相对的侧边分别通过弹簧连接；
其还包括仿生舌头，所述仿生舌头设置在所述下牙齿和所述下颚盘形成的空腔内；所述仿生舌头为周围高中间低的盆地型，中间设置圆柱形的搅拌槽；所述搅拌头自上而下伸入所述搅拌槽的空腔中；
所述仿生舌头上平面高于所述下牙齿的上平面；
所述咀嚼动力装置包括液压缸，所述液压缸的活塞杆通过第二联轴器和球铰与所述下颚盘相连；
所述球铰的运动范围为前后15°；
其还包括两颊，所述两颊为弹性软质材料制得，可拆卸的安装于所述上颚盘、所述下颚盘之间；
其还包括牙龈，所述牙龈为弹性软质材料制得，所述牙龈可拆卸的安装于所述仿生口腔内部的所述上牙齿与所述上颚盘连接处、所述下牙齿与所述下颚盘连接处；
所述上颚盘、所述下颚盘形状相同，都包括扇形部和矩形部，其中所述扇形部的角度与所述上牙齿、所述下牙齿的弧度匹配，所述上牙齿、所述下牙齿安装于所述扇形部；所述上颚盘的所述矩形部固定连接所述安装架；所述扇形部的直径与厚度分别为70mm和10mm；所述牙龈壁厚为5mm，直径为80mm，高为28mm；
设置了所述搅拌槽的所述仿生舌头由硅胶浇铸成型制作；所述仿生舌头直径为52mm，壁厚为26mm；所述搅拌槽直径为20mm。
本发明提供的一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其基于互相咬合的上牙齿、下牙齿，通过下牙齿的上下、左右方向的运动模拟食物在口腔中咀嚼的过程，食物磨碎后落入口腔的空腔中，通过交流变频电机启动搅拌头，搅拌头在搅拌过程中可以感知食物的反作用力，作用力作用在交流变频电机、安装架上，传递给与安装架固定连接的扭矩传感器，测得搅拌过程中食物对搅拌头的扭矩变化，获得食物的流变特性数据；通过导液管输入人工唾液，与上牙齿、下牙齿磨碎的食物混合后，获得的半流体状态混合物与人咀嚼后的形态更为相似，基于此测出的数据能够更真实表征固体食物在咀嚼过程中的口感，进而本发明的技术方案更适用于对食物口感评价的场合。
附图说明
图1为本发明仿生咀嚼装置的主视的结构示意图；
图2为本发明仿生咀嚼装置的右视的结构示意图；
图3为咀嚼装置中仿生口腔的安装双颊后的结构示意图；
图4为咀嚼装置中仿生口腔的未安装双颊的结构示意图。
具体实施方式
如图1~图4所示，本发明一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置的实施例。仿生咀嚼装置包括：扭矩传感器3、搅拌头18、交流变频电机1，扭矩传感器3通过固定板8固定在装置支架21上；搅拌头18通过第一联轴器4与交流变频电机1的输出端相连，交流变频电机1安装于安装架2，安装架2通过连接板5、夹紧板9连接扭矩传感器3；
搅拌头18在搅拌过程中可以感知食物的反作用力，并将作用力传递到安装架2上，使得交流变频电机1和安装架2的整体发生扭转，而安装架2又通过连接板5、夹紧板9与矩传感器3相连，因而矩传感器3可以测量到搅拌过程中食物对搅拌头18的扭矩变化；通过控制器（图中未标出）来实现对电机转速的控制，即，输入一个固定的转速后，可以得到食品黏度与搅拌头18转速之间的关系。
仿生口腔包括互相咬合的上牙齿22、下牙齿23；上牙齿22固定连接上颚盘11，二者形成冖字形空腔；上颚盘11、下颚盘12形状相同，都包括扇形部和矩形部，其中扇形部的角度与上牙齿22、下牙齿23的弧度匹配，上牙齿22、下牙齿23安装于扇形部；上颚盘11的矩形部通过安装架2固定位置，在粉碎食物的过程中，上颚盘11的位置不发生移动，完全依靠下颚盘12的活动完成食物粉碎；本实施例中的上颚盘11、下颚盘12都为一体成型制作；上颚盘11与下颚盘12的两个相对的侧边分别通过弹簧19连接，弹簧19实现了上颚盘11与下颚盘12之间的连接，且可以相对运动；
下牙齿23固定设置于下颚盘12之上，二者形成凵字形空腔， 仿生舌头6设置在下牙齿23和下颚盘12形成凵字形空腔；仿生舌头6为周围高中间低的盆地型，中间设置圆柱形的搅拌槽7；搅拌头18自上而下伸入搅拌槽7的空腔中；仿生舌头6上平面高于下牙齿23的上平面；设置了搅拌槽7的仿生舌头6由硅胶浇铸成型制作；
下颚盘12通过安装于其下部的安装板24设置于咀嚼动力装置上，实现上下方向、左右方向的运动；咀嚼动力装置包括固定在装置支架21的底座上的液压缸，液压缸的活塞杆14向上通过第二联轴器15连接球铰16，球铰16通过球铰座17固定连接在安装板24底部；安装板24与下颚盘12相连；本实施例中，球铰16的运动范围为前后15°，即下颚盘12以及下牙齿23在液压缸的作用下实现上下、左右15度范围内的运动；
导液管20的一个开口端伸入仿生口腔，导液管20的另一端连接外部的液压泵（图中未标出）；通过控制器（图中未标出）实现液压机启动后，活塞杆14实现沿Y轴轴向的伸缩运动，由于球铰16的运动范围为前后15°，所以液压机启动后，活塞杆14带动下牙齿23运动，与上牙齿22共同模拟压缩和小范围的剪切咀嚼运动，实现对食物的咀嚼粉碎加工；同时，人工唾液由导液管20输入，混合磨碎的食物后得到半流体状态下的混合物，与真实的人类咀嚼后的食物状态更为相近。
两颊10由弹性软质材料制得，可拆卸的安装于上颚盘11、下颚盘12之间，包裹在上牙齿22、下牙齿23、牙龈13外部，在食物研磨过程中防止食物、人工唾液泄露到仿生口腔外部；本实施例中，两颊10通过硅胶制成；食物放入口腔后，仿生舌头6上平面高于下牙齿23的上平面，食物放置在下牙齿23之上，两侧被两颊10和仿生舌头6共同定位；当下牙齿23开始运动之后，人工唾液也会注入口腔，食物被上下牙齿共同作用磨碎，由两颊10和仿生舌头6挤压则会挤向仿生舌头6的上表面，因为仿生舌头6的形状是周围高中间低的盆地型，所以磨碎后的食物会流向搅拌槽7的内部；研磨后的食物会堆积在搅拌槽7内，伸入搅拌槽7内部的搅拌头18在交流变频电机1的带动下，对搅拌槽7内的食物进行流变性检测；搅拌槽7的设置使得放入少量的食物即可实现被测食物的流变性检测，提高了检测的效率。
牙龈13为弹性软质材料制得，牙龈13可拆卸的安装于仿生口腔内部的上牙齿22与上颚盘11连接处、下牙齿23与下颚盘12连接处；通过牙龈13的设置防止食物堆积在牙齿与上颚盘11、下颚盘12的连接处，方便装置的清理，同时牙龈13可拆卸的安装方式方便更换，使装置更具实用性。
本实施例中，上颚盘11的扇形部的直径与厚度分别为70mm和10mm；牙龈13壁厚为5mm，直径为80mm，高为28mm；仿生舌头6直径为52mm，壁厚为26mm；搅拌槽直径为20mm；装置在尺寸上完全模拟人类口腔，使食物的粉碎过程更具仿真性。
Claims (10)
1.一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其包括：扭矩传感器、搅拌头、交流变频电机，所述扭矩传感器固定在装置支架上，所述交流变频电机通过安装架连接所述扭矩传感器，所述搅拌头通过第一联轴器与所述交流变频电机输出端相连，其特征在于：
其还包括仿生口腔，所述仿生口腔包括互相咬合的上牙齿、下牙齿、导液管；所述上牙齿固定连接在所述装置支架上；所述下牙齿固定设置于下颚盘之上，二者形成凵字形空腔，所述搅拌头自上而下伸入所述凵字形空腔中；
所述下颚盘通过安装于其下部的咀嚼动力装置上，实现上下方向、左右方向的运动；
所述导液管的一个开口端伸入所述仿生口腔，所述导液管的另一端连接外部的液压泵。
2.根据权利要求1所述一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其特征在于：所述仿生口腔还包括上颚盘，所述上牙齿固定连接所述上颚盘，二者形成冖字形空腔；所述上颚盘固定在所述装置支架上，所述上颚盘与所述下颚盘的两个相对的侧边分别通过弹簧连接。
3.根据权利要求1所述一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其特征在于：其还包括仿生舌头，所述仿生舌头设置在所述下牙齿和所述下颚盘形成的空腔内；所述仿生舌头为周围高中间低的盆地型，中间设置圆柱形的搅拌槽；所述搅拌头自上而下伸入所述搅拌槽的空腔中。
4.根据权利要求3所述一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其特征在于：所述仿生舌头上平面高于所述下牙齿的上平面。
5.根据权利要求1所述一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其特征在于：所述咀嚼动力装置包括液压缸，所述液压缸的活塞杆通过第二联轴器和球铰与所述下颚盘相连。
6.根据权利要求5所述一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其特征在于：所述球铰的运动范围为前后15°。
7.根据权利要求2所述一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其特征在于：其还包括两颊，所述两颊为弹性软质材料制得，可拆卸的安装于所述上颚盘、所述下颚盘之间。
8.根据权利要求2所述一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其特征在于：其还包括牙龈，所述牙龈为弹性软质材料制得，所述牙龈可拆卸的安装于所述仿生口腔内部的所述上牙齿与所述上颚盘连接处、所述下牙齿与所述下颚盘连接处。
9.根据权利要求2所述一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其特征在于：所述上颚盘、所述下颚盘形状相同，都包括扇形部和矩形部，其中所述扇形部的角度与所述上牙齿、所述下牙齿的弧度匹配，所述上牙齿、所述下牙齿安装于所述扇形部；所述上颚盘的所述矩形部固定连接所述安装架；所述扇形部的直径与厚度分别为70mm和10mm；所述牙龈壁厚为5mm，直径为80mm，高为28mm。
10.根据权利要求3所述一种用于食品流变性检测的仿生咀嚼装置，其特征在于：设置了所述搅拌槽的所述仿生舌头由硅胶浇铸成型制作；所述仿生舌头直径为52mm，壁厚为26mm；所述搅拌槽直径为20mm。
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