CN114585900A

CN114585900A - 用于食品的测量系统

Info

Publication number: CN114585900A
Application number: CN202080068296.4A
Authority: CN
Inventors: F·E·D·万海塞玛
Original assignee: Langwei Patent Co ltd
Current assignee: Langwei Patent Co ltd
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-06-03
Also published as: EP4038382A1; WO2021066644A1; NL2023921B1; US20220357259A1

Abstract

一种用于自动确定和/或监测液体或粘性食品的质量的测量系统，包括产品容器(4)、外壳(2)、加热和冷却设备(6)和控制单元(35)，其中控制单元可操作地连接到温度计(22)、加热和冷却设备、光源、光学传感器(25)和第一测量设备，并且被配置用于加热和冷却设备设置在某个时间段内内部空间中的预定时间‑温度程序，并且控制第一测量设备、光源和光学传感器中的至少一个，以在所述时间段内自动重复地对产品容器中的所述食品进行相关联的测量，由此确定与所述食品相关的测量值，以及存储和/或导出和/或处理测量值。

Description

用于食品的测量系统

本发明涉及一种用于自动确定和/或监测液体或粘性食品的质量的测量系统，并且包括用于在其中容纳此类食品的至少一个产品容器、具有用于容纳产品容器的内部空间的外壳、用于加热和冷却内部空间的加热和冷却设备、以及用于控制测量系统的控制单元。

这种测量系统本身是已知的，特别是在食品工业中，其中重要的是很好地了解产品的特性，使得可以在食品安全方面以及其它产品特性方面提供必要的保证。因此，在开发此类产品时，必须进行许多测试。此外，目前尤其是在动物蛋白方面消费者偏好发生了重大转变。许多消费者想要其中这些动物蛋白已被植物蛋白替代的产品。但是，由于不同的特性，这导致了新的制备方法。部分由于这个原因，需要进行非常大量的附加测试及相关联的测量。

现有系统的缺点在于这些系统在很大程度上依赖于人类进行的测量的事实。部分地由于要进行大量测量以及可靠测量的重要性，这种情况并不总是令人满意。

因此，本发明的目的是提供一种在介绍中提到的类型的测量系统，其至少部分地克服了上述缺点。特别地，目的是提供一种自动测量系统，该系统能够在受控情况下常规地测量许多重要特性。

本发明至少部分地通过根据权利要求1的测量系统，特别是以下测量系统来实现该目的，该测量系统用于自动确定和/或监测液体或粘性食品的质量，并且包括用于在其中容纳这样的食品的至少一个产品容器、具有用于容纳产品容器的内部空间的外壳、用于加热和冷却内部空间的加热和冷却设备、以及用于控制测量系统的控制单元，其中产品容器设有：带有的盖子，该探针伸入到产品容器中并设有温度计；以及壁，至少壁的一部分是光学透明的，其中外壳还包括用于将光通过壁的所述一部分发射到产品容器中的光源，以及用于记录从产品容器发出的光的光学传感器，还包括针对所述食品的流变特性的第一测量设备，特别是粘度计，其中控制单元可操作地连接到温度计、加热和冷却设备、光源、光学传感器和第一测量设备，并且被配置用于加热和冷却设备设置在某个时间段内内部空间中的预定时间-温度程序，以及控制第一测量设备、光源和光学传感器中的至少一个，以在所述时间段期间自动重复地对产品容器中的所述食品进行相关联的测量，由此确定与所述食品相关的测量值，以及存储和/或导出和/或处理测量值。

在本文中，本发明提供了一种测量系统，该测量系统可以自动测试重要特性，至少能够确定相关联的测量值(诸如流变特性，例如粘度值)和/或光学特性(诸如浊度或颜色变化)。重要的是该测量系统自主且自动地控制时间-温度程序，使得测量系统中容纳的产品经历相同的时间-温度程序。这是重要的，因为产品在被(尤其是消费者)使用时也经历各种各样的温度。例如，生产后必须冷藏的乳制品被运输、分发(在此期间它们也可能在处于阳光下的装载平台上花费一些时间)、由消费者在热的车中运输、放入冰箱、放在桌子上(可能处于阳光下)、放回冰箱等。为了找出产品在这些剧烈波动温度的特性，特别是稳定性(保质期)，并且是以可靠的、可重复的方式，需要大量的测量。研究和分类所需的测量值在变化最大的(温度)环境下自动收集。如果期望，这些测量值可以自动导出，例如导出到外部计算机或数据中心，或者它们由控制单元就地处理。因此，提供了非常高效且可靠的测量系统，其促进新产品的开发。

在本发明中，盖子可以是可释放的盖子，但也可以是用于诸如一旦卡扣连接就紧固的盖子。

在从属权利要求和说明书介绍的以下部分中描述了具体实施例。

特别地，产品容器具有带有透明部分的尺度稳定的壁或透明塑料的柔性壁。在前一种情况下，在容器中设有透明窗口，顺便提及，该窗口可以是不透明的。因此，在每种情况下都可以例如分别在强度、或透射值或透射波长范围方面对容器的基材和用于透明窗的材料做出最佳选择。这里可以使用诸如玻璃、石英、聚碳酸酯等材料作为透光材料，而金属、塑料等(但玻璃、石英等也可以)可以用作(一个或多个)容器的材料。在后一种情况下，这具体而言可以是一种由透明塑料制成的袋子。这在与外壳的壁接触方面提供了优势，并且使得壁可以更薄(薄得多)，从而提供改进的热传导。

光学传感器本身没有特别限制并且可以包括例如测量由容器中的食品反射、漫射甚至发射的光的光电检测器等。以这种方式，可以获得关于食品光谱的信息，诸如颜色或荧光含量等，或者颜色、该含量等随时间的变化。在实施例中，光学传感器包括相机。借助于这种光学传感器，可以获得多得多的光学信息。特别地，相机能够检测沉积物或其它不均匀性，它们通常指示质量下降或至少发生变化。更有利的是，相机因此布置在容器下方，在这种情况下，至少容器的下侧由透明材料制成。但是，也可以将相机布置在容器上方或旁边，诸如在容器下方和旁边。

特别地，光源包括一个或多个LED。这些不仅具有产生热量非常低使得容器中食品的温度仅受到最小程度的影响的优点，而且还具有它们也可用于许多不同的设计中，在各种波段具有非常稳定且易于控制的发射的优点。以这种方式，可以通过选择一个或多个合适的LED以最佳方式收集关于食品的光学信息。

在实施例中，光源布置在光学传感器周围。这导致对称布置，这在许多情况下是优选的。此外，这意味着很少或没有直接的光照射在光学传感器上，这抑制了眩光。此外，如果相机、光源和透明窗口之间的空间的壁也是透明的，那么因此可以在(一个或多个)容器下方或者甚至在用于容器的空间外部既布置光学传感器又布置光源。优点是，例如，光学传感器的热量也至少大部分保留在容器外部。

替代地或附加地，光源被布置在探针上方的容器上，并且光源包括靠近或穿过探针的至少一个光导体，诸如光纤。用这种光源生成的光，一般顺便提及：光辐射，其也包括(近)红外光和紫外光，被注入光导体，诸如光纤。光导体的重要优点是，以这种方式，由光源(或其控制单元)和/或传感器(或其控制单元)生成的热量将非常有效地保持远离食品，由此测量不会受影响。光纤例如是探针的一部分并且也伸入到容器中，当使用时有利地伸入到食品中。优选地，在这种情况下，光导体延伸到容器底部的正上方，也就是说，在容器高度的至多20％内。这确保了当容器以标准方式使用时延伸到食品中，使得由光导体发射的光可以被高效地注入到食品中。

第一测量设备用于测量容器中食品的流变特性。这些尤其包括粘度，或有时也包括粘度，因为这可能取决于例如速度，当然也取决于温度。食品的粘度是重要的特性，并且其中的变化或不满足预定要求是例如酸奶、凝乳等的重要质量标准。这样的第一测量设备没有特别限制，但是，在实施例中，第一测量设备包括磁性主体、用于主体的可控电磁驱动装置和用于检测主体位移的检测系统，包括多个接近传感器，特别是霍尔传感器，其中，在使用中，主体位于容器中并且由于驱动装置而可在容器中移位。借助于这种布置(“落球粘度计”)，特别是对于粘性物质，可以使用磁性主体落下通过食品时的最终(下落)速度、加速度等来测量粘度。在这种情况下，磁性主体经过接近传感器并且这些接近传感器又发出信号，控制设备可以根据该信号确定磁性主体的位置。

特别地，主体位于探针周围。这里，容易使布置(旋转)对称，这在计算粘度值时具有优势。此外，主体相对于驱动装置的定位是已知的且恒定的，因此易于控制。

在实施例中，驱动装置包括缠绕在容器周围并堆叠成堆的多个可单独激励的线圈，其中控制单元被配置为单独激励线圈，以使得容器中的主体移位。特别地，根据预定模式进行激励。使用线圈来激励和移动磁性主体本身是已知的，但是所述实施例提供了对于待测试的通常粘性产品的显著优势，因为成堆的各个线圈可以承担使主体彼此移位的任务。以这种方式，即使是非常粘稠的液体，诸如凝乳、蛋黄酱或浓酸奶，仍然可以确保主体的移位。然后还可以通过增加各个线圈施加的功率来确定高粘度值。

使用的特定模式可以根据待测试食品的产品特性来确定。例如，与高粘度值相比，在低粘度值时模式更快，并且相关联(最终)速度更高。在完全不同的应用中，还可以通过交替上下移动主体来混合食品。为此，颠倒模式的顺序和/或颠倒线圈的极性就足够。

迄今为止所描述的实施例提供了根据温度和时间确定许多重要基本特性的可能性，诸如粘度、颜色和沉积物，以及其中的变化，并且从那些，例如，也间接确定保质期。但是，收集关于食品的更多信息是有利的。特别地，测量系统为此包括至少一个附加传感器，用于确定与产品容器中的所述食品相关的附加测量值。这种附加传感器的重要示例是电导率或(用于电化学阻抗谱)EIS传感器、pH传感器等。显然，该或每个附加传感器可以取决于所需的一个或多个特性从广泛的可用传感器中选择。

基于测量的一个或多个特性的值(特别是颜色)的变化，或在出现沉积物时，控制单元能够自动评估产品的一个或多个特性，诸如产品是否满足质量要求。在特定实施例中，控制单元被配置用于在每种情况下处理在时间-温度程序期间通过以下方式确定的至少一个测量值和/或可选的附加测量值：当确定的(一个或多个)测量值和/或可选地附加的(一个或多个)测量值满足预定标准特别是满足腐烂(decay)标准时生成警报信号，以及/或者记录(特别是从测量开始或开始标准的起始)直到确定的(一个或多个)测量值和/或可选地附加的(一个或多个)测量值满足预定标准特别是满足腐烂标准为止经过的时间段。这提供了完全自动地(也就是说，不受人为动作和错误的影响)并且也是连续地(因此更准确地)确定产品特性(诸如保质期)的可能性。

下面将借助于一个或多个示例性实施例以及附图更详细地解释本发明。在附图中，唯一的图示出了根据本发明的测量系统的示意性截面图。

该图示出了根据本发明的测量系统1的示意性截面图。测量系统1包括具有内部空间3的外壳2和一个产品容器4以及盖子5。

此外，冷却设备由附图标记6表示，其包括用于制冷剂8的储存容器7、泵9、管道系统10、具有相变材料12的冷缓冲器11、珀耳帖(Peltier)冷却器13、散热器15、通风空间15和风扇16。绝缘材料17和18分别设在外壳2和盖子5中。

产品容器4包括杯子19和容器盖20，容器盖20具有带有温度计22的探针21。磁性主体用附图标记23表示。此外，传感器球体24围绕光学传感器25并且设有触点26。电磁线圈27围绕具有霍尔传感器29的载体28。盖子5设有电子器件31的反触点(countercontact)30。

相机32连接到各个相机控制单元33。可选地，多个LED 34布置在相机周围并且在它们上方放置保护玻璃35。最后，附图标记36表示与外部的连接，并且附图标记37表示系统1的控制单元。

所示系统1包括例如金属或塑料的外壳2和盖子5，它们围绕用绝缘材料17和18绝缘的内部空间3。多个产品容器4可以放置在内部空间3中，在所示示例中为三个，为了清楚起见仅示出其中一个。

借助于冷却系统6，内部空间3可以通过控制单元35达到期望的温度。这里应该强调的是，冷却系统6附加地设有加热设备(这里未示出)，诸如电热丝等。这些可以以本身已知的方式使内部空间达到更高的期望温度。随后，在某个期望的时间段之后，控制单元35可以致动冷却部件(也就是说，冷却系统6)，以使内部空间3达到期望的较低温度。为此，冷却系统6包括储存容器7，该储存容器7具有用于传递热量的制冷剂8，诸如乙二醇。为此，泵9将制冷剂8泵送通过围绕内部空间3的例如螺旋形的管道系统10。在这种情况下，制冷剂8可以将其热量消散到冷缓冲器11中的相变材料(PCM)12。PCM 12可以简单地是水/冰，其中从制冷剂8吸收的热量使冰融化形成水，但是有利的是，PCM也可以是不同的材料。水的特殊缺点在于如下事实：它在固化时会膨胀，并且熔点为0℃或更低(在添加了添加剂的情况下)。但是，许多其它PCM是可用的，它们没有这些缺点并且具有例如在5和40℃之间的温度的相变。例如，可以首先将内部空间加热到巴氏杀菌温度，诸如72℃，或者也可以加热到灭菌温度(sterilisation temperature)，诸如大约130℃。重要的其它温度是食品可能暴露于的使用温度，诸如在处于阳光下的装载平台上或消费者的桌子上加热到高达30到40℃，并且然后回到4-6℃的冷却温度。还可以测量食品的特性在一个相同的温度(诸如6、8或10℃)如何随时间变化。在这种情况下，非常重要的是，当某个期望温度方案已经完成时，可以在所有情况下停止任何变化，至少尽可能地防止任何变化。为此，重要的是食品可以快速冷却到特别是期望的最终温度，诸如特别是在糖和/或细菌生长方面不发生(显著)进一步变化的温度。因此，期望一种主动冷却系统。如果出现这种情况，那么温度计22测量产品容器4中食品的温度，控制单元35利用该信号可以致动冷却系统6和/或加热系统。

对于该主动冷却系统，制冷剂因此借助于泵9在具有管道系统10的冷却回路中到处被泵送。冷缓冲器11中的PCM 12本身借助于任何已知的冷却设备(诸如，热泵或焦耳-汤姆逊冷却系统)冷却。但是，选择紧凑的冷却系统是有利的，因为空间有限或可能昂贵，特别是在实验室中。此外，移动部件并不总是期望的。由于这个原因，珀尔帖冷却系统13是有利的，因为它紧凑并且本身不包含移动部件。但是，在这种情况下，设有风扇16，其引导空气经由通风空间15通过散热器14，使得可以以高效的方式从系统1散发热量。

在内部空间3的底部，在其底部，布置有相机32，它们具有向上指向的像场并因此形成它们各自的产品容器4的底侧的图像。但是，为此，容器4必须由透明材料(诸如玻璃或聚碳酸酯)制成，或者还必须是柔性的，诸如PE膜，或者具有透明窗口。相关联的控制和/或处理电子器件可以设在绝缘体17下方，使得保护它免受变化的并且有时极端的温度的影响。使用相机，可以产生产品容器4中的食品的图像。特别地，因此可以观察颜色和/或沉积物的变化，这对于监测和测量随温度和/或时间的总体质量或特别是某些产品特性可能是重要的。

可选地，提供光源以支持相机32的操作，在这种情况下以多个LED 34的形式提供。LED可以发射相同或不同颜色的光，并且由于它们设在相机周围，因此它们可以使用相同的电子平台。LED 34可以经由保护玻璃35将光发射到产品容器19中的产品中，保护玻璃35例如由硼硅酸盐玻璃、熔融玻璃或其它半透明且优选地耐化学、耐温和耐刮擦的材料制成。随后被产品反射的发射光可以由相机32检测，并且然后由控制单元37分析，或者可以经由连接36向外传输以进行进一步处理。除了相机32之外，还可以提供其它传感器(这里未示出)，诸如InGaAs或Si传感器，它们在例如(N)IR范围内提供比大多数相机32更好的灵敏度。

另一种可能性是在产品容器4的盖子20中提供光源。在那里，诸如光纤之类的光导体可以在传感器球体24中提供，其中可以注入发射的光，并且可以插入探针21。然后，反射光或漫射光也可以被探针中的一个或多个光导体收集并发送到传感器球体24，其中传感器25可以测量光，以便获得关于颜色和例如透明度的附加信息。光的一部分将被反射并且一部分将被透射，使得控制单元可以据此确定食品的各个系数。

此外，还提供了粘度测量设备来测量各个产品容器4中的食品的粘度和其中的变化。粘度测量设备包括围绕产品容器4布置的一系列线圈27，以及在载体28上的一系列霍尔传感器29和围绕探针22的磁性主体23。这本身类似于已知的“落球(falling ball)”测量。控制单元35以合适的模式对各个线圈27进行激励。磁性主体23被各个线圈27的相应磁场吸引，并且甚至可能在极性反转之后被排斥，因此它移动并且例如向上移动。例如，当它到达产品容器4的上部时，所有仍然被激励的线圈都被关闭，之后主体23将开始下降。当它移动经过霍尔传感器29时，这些传感器将发射位置相关的信号，该信号可以由控制单元35处理为随时间的下降位置，并且因此作为速度的测量系统，并由此测量产品容器中的食品的粘度。如果粘度非常高，如在乳液、酸奶等的情况，那么粘度也可以由主体23由于线圈27的场而可能达到的速度来确定。所描述的磁性系统的一个重要的附加优点在于如下事实：它也可以用于混合产品容器4中的食品，特别是通过反复和/或快速地上下移动磁性主体。例如，这种混合可以尽可能地消除沉降，然后测量产品特性。消费者经常对相应的产品做类似的事情，诸如“在使用前摇匀”。

特别地，如果(一个或多个)传感器设备被构建到产品容器的相应盖子中，那么这也是有利的。因此，原则上，甚至可以通过将盖子更换为具有另一个传感器设备的盖子来对同一个产品执行不同的测量。

有利的是，(一个或多个)传感器设备可更换地可装配诸如在产品容器的盖子中。这意味着传感器设备可装配在盖子中并可从盖子中移除，或者盖子以其整体(包括传感器设备或探针)可更换。为此，它的一个重要优点是非常简单地为每个实验和系统中的每个产品装配所需的(一个或多个)传感器设备，并自动执行相关联的测量。这提供了高度的灵活性。

在至此描述的示例性实施例中，在内部空间3中提供并图示了一个产品容器4。在实践中，相关联的线圈27、带有霍尔传感器29的载体28、相机32等(为了清楚起见，这里仅示出了其中的一些)将在每种情况下为内部空间3中的产品容器的每个可用位置提供，这里示出了其中的三个。此外，可以提供不同数量的可用位置，诸如两个、四个、五个等。

在使用中，一个或多个产品容器4填充有待测量的食品，例如具有不同的或同样的配方，用于冗余测量。随后，关闭系统1的盖子5。因此，内部空间3周围的绝缘体17和18与(一个或多个)产品容器4密封。这也保护电子设备31免受温度变化的影响。此外，还可以为传感器球体24中的传感器25提供绝缘。同时，盖子中的反触点30与产品容器的盖子20上的触点26接触，使得电子器件31可以确保对可选传感器25、温度计22等的控制。此外，可以设计触点26和/或位于其后面的产品容器的电子器件，使得电子设备31或与其可操作地连接的控制单元35能够识别产品容器，并且如果期望，识别它的内容。这进一步降低了人类操作员出错的风险。

此外，用户将期望的时间-温度曲线输入到控制单元35中，诸如经由连接34，其显然也可以被设计为无线连接(

等)或USB连接、SD卡或甚至经由设在产品容器4上的盖子5等。控制单元35随后将在由温度计22测量的温度的控制下致动加热和/或冷却系统6，以便设置期望的曲线。在某些时间，随机地或有规律地，控制单元35将使一个或多个传感器22、25、29、32执行一个或多个测量。如此收集的测量数据可以由控制单元存储以供将来使用。它们也可以经由连接34发送到外部数据存储或数据处理设施。它们也可以由控制单元35处理，例如以便监测一个或多个产品参数是否落在期望范围之外。在这种情况下，其示例可以是借助于相机32检查产品的颜色或透明度/沉积物或粘度。如果该值超出期望范围，那么控制单元可以例如再次经由连接34发射警报信号。如果期望，可以取消时间-温度曲线的剩余部分。替代地，可以确定在相应产品容器4中的食品的值超出期望范围之前花费了多长时间。例如，这使得可以确定保质期。

所示实施例决不旨在限制本发明，而仅用于解释本发明。本发明的保护范围由所附权利要求确定。

Claims

1.一种用于自动确定和/或监测液体或粘性食品的质量的测量系统，包括

-至少一个产品容器，用于在所述至少一个产品容器中容纳此类食品，

-具有用于容纳产品容器的内部空间的外壳，

-用于加热和冷却内部空间的加热和冷却设备，以及

-用于控制测量系统的控制单元，

其中，产品容器设有

-带有探针的盖子，所述探针伸入到产品容器中并且设有温度计，以及

-壁，所述壁的至少一部分是光学透明的，

其中，外壳还包括：

-用于通过壁的所述一部分将光发射到产品容器中的光源，以及

-用于记录从产品容器发出的光的光学传感器，还包括针对所述食品的流变特性的第一测量设备，特别是粘度计，

其中，控制单元可操作地连接到温度计、加热和冷却设备、光源、光学传感器和第一测量设备，并且被配置用于：

-加热和冷却设备针对某个时间段内在内部空间中设置预定时间

-温度程序，以及

-控制第一测量设备、光源和光学传感器中的至少一个，以在所述时间段期间自动重复地对产品容器中的所述食品进行相关联的测量，由此确定与所述食品相关的测量值，以及存储和/或导出和/或处理测量值。

2.如权利要求1所述的测量系统，其中，产品容器具有带有透明部分的尺寸稳定的壁或透明塑料的柔性壁。

3.如前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其中，光学传感器包括相机。

4.如前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其中，光源包括一个或多个LED。

5.如权利要求4所述的测量系统，其中，光源布置在光学传感器周围。

6.如权利要求4所述的测量系统，其中，光源布置在容器上在探针上方，并且包括靠近或穿过探针的至少一个光导体，诸如光纤。

7.如前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其中，第一测量设备包括：

-磁性主体，

-针对主体的可控电磁驱动装置，以及

-用于检测主体的移位的检测系统，包括多个接近传感器，特别是霍尔传感器，

其中，在使用中，主体位于容器中并且由于驱动装置而可在容器中移位。

8.如权利要求7所述的测量系统，其中，主体位于探针周围。

9.如权利要求7或8所述的测量系统，其中，驱动装置包括缠绕在容器周围并堆叠成堆的多个可单独激励的线圈，

其中，控制单元被配置用于以使得容器中的主体被移位特别是以预定模式移位的方式单独激励线圈。

10.如前述权利要求中的任一项所述的测量系统，包括至少一个附加传感器，用于确定与产品容器中的所述食品相关的附加测量值。

11.如前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其中，控制单元被配置用于在每种情况下通过以下方式处理在时间-温度程序期间确定的至少一个测量值和/或可选的附加测量值：

-当确定的测量值和/或可选地附加测量值满足预定标准特别是腐烂标准时，生成警报信号，和/或

-记录直到确定的测量值和/或可选地附加测量值满足预定标准特别是腐烂标准为止经过的时间段。