CN203745367U - 猪肉新鲜度智能检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种猪肉新鲜度智能检测仪，包括由取样室和设置在取样室内的光源、取样台和数码相机构成的图像采集装置，由气室和设置在气室内的气体传感器阵列、半导体制冷片、温湿度传感器以及连通气室与取样室的气体管道构成的气体采集装置，以及微控制器、显示器、键盘和电源模块；图像采集装置中的数码相机输出端通过图像采集卡与微控制器电连接，气体采集装置中的气体传感器阵列输出端通过信号处理模块、气体采集卡与微控制器电连接。由于采用数字图像、电子鼻、多传感器和人工神经网络融合以及微处理器等技术，实现了对猪肉新鲜度快速、准确、高效、无损的测定，适用于国家检验检疫机构，市场监管和销售部门对猪肉新鲜度进行分级管理。

Description

猪肉新鲜度智能检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种猪肉新鲜度智能检测仪，属肉类检测技术领域。

背景技术

众所周知，我国是猪肉生产和消费的大国。随着人们生活水平的不断提高，猪肉的消费量逐年增加。同时，消费者对于猪肉的关注也已不再停留在数量上，而更关注其质量。由于猪肉的新鲜与否直接决定了猪肉的食用安全，因此，辨别猪肉新鲜度是衡量和评价猪肉质量的重要指标之一。目前，猪肉新鲜度检测方法主要有感官检测、理化检测和微生物检测等。人工感官检测方法主观性比较大,劳动强度比较大,检测精度较低；理化检测和微生物检测方法对样品具有破坏性，耗时长，不能适应实时、大规模的检测。随着计算机技术的发展，信息处理技术的广泛应用，特别是数字图像处理、人工神经网络、电子鼻、电子舌以及多数据融合等技术的应用，为猪肉快速、准确、无损检测和智能化检测指明了发展方向，奠定了技术基础。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种猪肉新鲜度智能检测仪，它能够快速、准确、高效的对猪肉的新鲜度进行测定。

其技术方案是：一种猪肉新鲜度智能检测仪，其特征在于：包括由取样室和设置在取样室内的光源、取样台和数码相机构成的图像采集装置，由气室和设置在气室内的气体传感器阵列、半导体制冷片、温湿度传感器以及连通气室与取样室的气体管道构成的气体采集装置，以及微控制器、显示器、键盘和电源模块；图像采集装置中的数码相机输出端通过图像采集卡与微控制器电连接，气体采集装置中的气体传感器阵列输出端通过信号处理模块、气体采集卡与微控制器电连接。

上述连通气室与取样室的气体管道为仿生嗅觉鼻道结构，气体管道内设吸气泵、活性碳和和活性氧化铝。活性碳作为待测气体的无极性气体吸附剂，活性氧化铝作为有极性气体吸附剂，以便净化待测气体。

上述气室内在气体管道与气体阵列传感器之间设有滤网，以便对进入气室内的气体进一步净化。

上述气室设有出气口，出气口内置单向阀，防止外界气体进入，保证待测气体不受污染，提高准确度。

其有益效果是：本实用新型采用数字图像、电子鼻、多传感器和人工神经网络融合等技术，利用微处理器对被测样品的颜色和气味进行分析，提取被测样品中的颜色H、S、I和NH₃、H₂S两种传感器检测到的气体浓度特征数据输入到构建的模型中进行计算，并通过SOM网络对该计算值进行聚类分析，确定样品猪肉新鲜度级别，实现了对猪肉新鲜度快速、准确、高效、无损的测定,且其操作方便灵活，适用于国家检验检疫机构,市场监管和销售部门对猪肉新鲜度进行分级管理。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是猪肉新鲜度分级算法神经网络模型。

图中：X₁-X₆分别代表猪肉新鲜度特征量的猪肉颜色值H、S、I和NH₃、H₂S两种传感器检测到的气体浓度值；为输入层到隐含层的连接权值,为隐含层到输出层的连接权值。

具体实施方式

如图1所示，一种猪肉新鲜度智能检测仪，其图像采集装置由取样室和设置在取样室内的光源、载物台和数码相机构成。取样室为一封闭的空间，其内壁贴有黑色哑光墙纸，顶部开圆形孔用于放置数码相机。数码相机选用Canon EOS550 D型,配有IEEE1394接口和CMOS芯片；载物台置于取样室底面正中心处，颜色设置黑色。光源为四只冷阴极管对称固定在取样室四周的支架上,色温为6500K,显色指数大于90；光源在此光照环境下漫反射增强，发射出的光线可均匀入射到待测猪肉的表面,从而避免了猪肉表面的水分造成的镜面反射,进而获得高清晰图像。

气体采集装置由气室和设置在气室内的气体传感器阵列、半导体制冷片、温湿度传感器以及连通气室与取样室的气体管道构成。气室采用无毒无味且便宜的玻璃粘结成一封闭的空间。连通气室与取样室的气体管道为仿生嗅觉鼻道结构，气体管道内设吸气泵、活性碳和和活性氧化铝。活性碳作为待测气体的无极性气体吸附剂，活性氧化铝作为有极性气体吸附剂，以便净化待测气体。室内设有滤网，对进入设置在气室内的气体传感器阵列的气体作进一步的净化。气室下部设有出气口，出气口内置单向阀。检测时关闭该单向阀，以避免和防止外界气体的进入和干扰，保证气室内待测气体不受污染，提高准确度；检测结束后打开该单向阀，释放气室内的检测气体，以保证气室内空气清洁和传感器的还原。气体传感器阵列选择对氨气，硫化氢具有敏感性的TGS传感器系列，由八个气敏传感器组成，其中H₂S硫化氢TGS825和NH₃氨气传感器TGS826各A、B、C、D四个。八个气敏传感器以气室上半部的中心为圆心等距离阵列。使被测气体在同一时间和以相等的浓度与传感器接触，每次同时采集八个反映当前整体气体的模态值，解决了多个传感器接触待测气体的时间先后问题，减少了误差，提高了检测结果的客观性。

气室温控系统采用快速制冷制热功能的半导体制冷片。由于气室内的温湿度对气敏传感器输出信号具有一定的影响，故在气体传感器阵列的外缘设有与PID控制器电连接的温湿度传感器采集气室温度，以温度设定值与检测值之差(控制量)作为PID控制器的输入，通过相关PID算法以控制制冷片电流方向和电压占空比，控制制冷制热时间长短，实现控温目的，保证稳定的气室温度，达到电子鼻测量的准确性，同时也方便了在后期数据处理时将环境的温湿度作为输入参量对识别模型进行校正。温湿度传感器采用AM2302型温湿度传感器。

图像采集装置中的数码相机输出端通过图像采集卡与微控制器电连接，气体采集装置中的气体传感器阵列输出端通过信号处理模块、气体采集卡与微控制器电连接。微控制器采用32位的Cortex-M3 RISC内核的STM32系列微处理器，其功能强大，自带12位AD转换器，完全满足气味数据采集精度的要求。图像采集卡选择上海牧坤电子科技有限公司生产的DH-CG410图像采集卡。它具有使用灵活、集成度高、功耗低等特点，采用PCI总线，所采集的图像数据传输基本不占用CPU时间，并可将图像直接传送到计算机内存或显存。该系列图像采集卡支持标准PAL/NTSC（CCIR/EIA）视频输入，每通道最大分辨率可达768×576×32bit。信号处理模块：主要是将气敏传感器电阻的变换转换成电压的变化，并设计模拟开关CD4051，在控制器控制下分时选3路传感器，依次将代表气味响应强度的电压值送入AD转换电路，这样只需要占用1个AD口，也便于数据的打包处理。另外，该模块内还设计了高通滤波电路，滤除高频干扰。

微控制器外接显示器和键盘，以便执行相应的操作，实时显示采集信息，实现人机交互。

电源模块为检测仪提供所需稳定可靠的5V和3.3V电源。

本检测仪还设有与微控制器电连接的无线通信模块及RS232串行通信接口或以太网接口，以便实现与监测中心建立无线和网络联络。无线通信模块采用2.4GHz的Zigbee无线收发模块。

一种猪肉新鲜度智能检测方法，包括以下步骤：

1）根据国家标准GB2722-81，建立感观猪肉色泽、气味等级数据库，确定猪肉新鲜度的等级检测标准，构建猪肉新鲜度分级算法神经网络模型（见图2）。猪肉新鲜度分级算法神经网络模型选用BP神经网络。

2）将被测样品置于取样台上，测定气室温度25±0.2℃，湿度66±0.2℃％，

一方面通过数码相机采集取样台上的猪肉颜色图像至图像采集卡，另一方面通过设置在气室内的气体阵列传感器采集的由气泵从取样室内抽取的气体至气体采集卡，经去噪、A/D转换处理后，送入微处理器进行分析处理；

3）微处理器根据分析结果，提取样品中的颜色H、S、I和气味NH₃、H₂S特征数据输入到构建的模型中进行计算，并通过SOM网络（人工神经网络）对该计算值进行聚类分析，确定样品猪肉新鲜度级别；

4）通过显示器显示被测样品新鲜度等级信息。

Claims (5)

1.一种猪肉新鲜度智能检测仪，其特征在于：包括由取样室和设置在取样室内的光源、取样台和数码相机构成的图像采集装置，由气室和设置在气室内的气体传感器阵列、半导体制冷片、温湿度传感器以及连通气室与取样室的气体管道构成的气体采集装置，以及微控制器、显示器、键盘和电源模块；图像采集装置中的数码相机输出端通过图像采集卡与微控制器电连接，气体采集装置中的气体传感器阵列输出端通过信号处理模块、气体采集卡与微控制器电连接。 

2.根据权利要求1所述的一种猪肉新鲜度智能检测仪，其特征在于：所述连通气室与取样室的气体管道为仿生嗅觉鼻道结构，气体管道内设吸气泵、活性碳和活性氧化铝。 

3.根据权利要求1所述的一种猪肉新鲜度智能检测仪，其特征在于：所述气室内在气体管道与气体阵列传感器之间设有滤网。 

4.根据权利要求1所述的一种猪肉新鲜度智能检测仪，其特征在于：所述气室设有出气口，出气口内置单向阀。 

5.根据权利要求1所述的一种猪肉新鲜度智能检测仪，其特征在于：所述微控制器电连接有无线通信模块及RS232串行通信接口或以太网接口。