CN2837841Y - 奶样快速检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种奶样快速检测仪，主要由设有进样管(1)和吸样管(11)的样品池(4)、与吸样管(11)相通的吸样泵(12)、与吸样泵(12)相通的出样管(13)、超声检测电路板(10)、与该超声检测电路板(10)电源输入端(22)连接的多路稳压器(9)所构成。所述的超声检测电路板(10)的控制输入端(25)由电缆线连接有一按键开关组(16)；所述的样品池(4)的进样口(3)和吸样口(8)分别设置有超声换能器(2a)和(2b)；样品池(4)外绕制有加热电阻丝(5)，并设置有一温度传感器(6)。本实用新型具有检测精度高、测定速度快、体积小、操作简便等优点，可作为奶样特别是牛奶质量的便携式检测仪。

Description

奶样快速检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种智能检测装置，特别涉及到一种用于液态奶样(如牛奶)主要营养成分测定的快速检测仪。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高和健康的需求，我国的牛奶养殖业和乳制品的的加工与生产得到了迅猛的发展，为了充分保证鲜奶卫生及乳制品的的质量，使广大消费者能喝到安全、放心的鲜奶及奶制品，除了要严格生产工艺外，对奶源质量进行快速、准确的分析检测也是一个非常重要的环节，奶源质量不稳定会影响到奶产品的加工质量，由此，奶制品生产企业通常必须配备专用于奶样质量检测的仪器或设备。现有的奶样成分检测大多采用化学分析的方法，其检测过程不但繁琐，而且速度很慢；因此，国内外现已采用先进的电子检测仪器来取代传统的化学检测。如兰州光达仪器有限责任公司研制的牛奶掺假仪、瑞典Foss仪器公司研制的多功能乳品分析仪、美国Idexx公司研制的SnapTM和ParalluxTM系列乳成份分析仪等，这些仪器均采用红外检测原理，可精确、快速测量乳制品的质量指标，但仪器价格却非常昂贵(数十万元至上百万元)，我国除了少量引进或用于研究和实验外，大多数奶制品企业一般难以接受，并不适于国内奶业生产的实际需求。因此，我国“十五”科技专项课题“奶业重大关键技术研究与产业化技术集成示范”和“食品安全”攻关项目提出了要尽快开展适于国内奶业现状的低成本、高性能的奶样分析检测仪器的研制，以满足奶业生产及消费的需要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种价格低，又能快速、准确测定奶样质量指标，使用便捷的分析检测仪器。

为达到上述目的，本实用新型是采取如下技术方案予以实现的：

一种奶样快速检测仪，包括设有进样管和吸样管的样品池、与吸样管相通的吸样泵、与吸样泵相通的出样管；其特有技术方案是，该检测仪还包括有超声检测电路板，与该超声检测电路板显示与打印输出接口由扁平电缆线连接的液晶(LCD)显示器和微型打印机、以及向超声检测电路板电源输入端提供直流电源的多路稳压器；所述的超声检测电路板的控制输入端由电缆线连接有一按键开关组；所述的样品池的进样口和吸样口设置有两个超声换能器；样品池外绕制有加热电阻丝，并设置有一温度传感器；所述样品池两端的超声换能器由信号线分别与超声检测电路板的超声信号输出端和超声信号反馈端相连；所述的温度传感器由信号线与超声检测电路板的温控输入端相连；所述的加热电阻丝和吸样泵分别与超声检测电路板的控制输出端实现电气连接。

在上述技术方案中，所述的超声检测电路板包括微处理器MCU、超声波激发与检测电路、计时电路；所述的微处理器MCU由两片MCS-51单片机和两片存储器、一个通讯模块和一个时钟模块组成；所述的超声波激发与检测电路包括有脉冲振荡、接收、放大、整形滤波与比较电路；所述的计时电路为一块Altera FLEX10K10型集成电路。

所述的按键开关组由吸样开关、打印开关、检测开关、冲洗开关和复位开关组成；所述的微型打印机为TPμP-A系列打印机；所述的LCD显示器为MGLS24064型显示器；所述的样品池外层包裹有保温层。

本实用新型是将低能量超声探测技术应用于液态奶成分含量的分析与检测，主要项目是脂肪、蛋白质、非脂固形物(SNF)含量的检测等。通过大量的试验建立了乳液成分与超声特性之问的经验关系式。实验表明，超声波在水中的传播速度随温度升高而加快，但在脂肪中的传播速度则随温度升高而减慢。当温度在13～14℃左右时，脂肪中的声速与水的声速基本相同，此时的温度被称为临界温度。在临界温度以下，乳中声速的变化只受非脂固形物(SNF)含量的影响，而与脂肪含量无关，从而能够准确测得非脂乳固体的含量；当温度远离临界温度，脂肪中声速与水中声速差异极其明显，乳中声速的变化主要由脂肪含量变化而产生，由此即可实现对乳脂含量的检测。本实用新型的样品池设计有加热电阻丝和温度传感器即是对奶样的临界温度予以控制(15～35℃)，从而可精确测得奶样的主要成分；将超声波进行频谱解析及各种成份的测定数据与化学检测结果实验对比，本实用新型选取1.5MHz的超声波频率为最佳检测频率。

本实用新型的有益效果是，在奶样，特别是牛奶成分测定时，所需样品量少且无需酸碱试剂、检测精度高(蛋白质浓度范围及误差：2.0％～5.3％±0.2％；非脂固形物浓度范围及误差：6.0％～12.0％±0.2％；密度范围及误差1.0260～1.0330±0.0005g/ml；加水率及误差：0～60.0％±5％；)、测定速度快(≤3分钟/次)、体积小、重量轻(可携带至现场)；与昂贵的红外乳成分分析仪相比，本实用新型还具有操作简便、仪器成本低(每台成本仅1.2万元)的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构及连接示意图。

图2是本实用新型超声检测电路板的结构及连接框图。

图3是图2中微处理器结构框图

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

如图1所示，一种奶样快速检测仪，包括设有进样管1和吸样管11的样品池4、与吸样管11相通的吸样泵12、与吸样泵12相通的出样管13；该检测仪还包括有超声检测电路板10，与该超声检测电路板10显示与打印输出接口23、24由扁平电缆线连接的LCD显示器15和微型打印机14、与该超声检测电路板10电源输入端22连接的多路稳压器9；本实施例的LCD显示器15可采用MGLS16064型显示器，微型打印机14可采用TPμP-A系列打印机；所述的超声检测电路板10的控制输入端25由电缆线连接有一按键开关组16，该按键开关组16由吸样开关k₁、打印开关k₂、检测开关k₃、冲洗开关k₄和复位开关k₅组成；所述的样品池4的进样口3和吸样口8分别设置有超声换能器2a和2b，样品池4外绕制有加热电阻丝5，并设置有一温度传感器6，样品池4外层用保温材料将加热电阻丝5和温度传感器6包裹在保温层7中；所述的超声换能器2a与2b由信号线分别与超声检测电路板10的超声信号输出端19和超声信号反馈端18相连，所述的温度传感器6由信号线与超声检测电路板10的温控输入端17相连，所述的加热电阻丝5和吸样泵12分别与超声检测电路板10的控制输出端20、21实现电气连接；本实施例的外设：按键开关组16、LCD显示器15和微型打印机14均安装在仪器的面板上。

如图2所示，本实施例的超声检测电路板10主要由微处理器MCU、指令接收端28与微处理器MCU的指令输出端27信号连接的超声波激发与检测电路30、数据输出端33与微处理器MCU的数据输入端26信号连接的计时电路31构成；所述的超声波激发与检测电路30的检测输出端29与计时电路31的计数输入端32实现信号连接。所述的微处理器MCU的电源输入端22与多路稳压器9的直流输出端相连，其控制输入端25由电缆线与按键开关组16相连，其显示与打印输出接口23、24由扁平电缆线与LCD显示器15和微型打印机14相连，其控制输出端20、21与加热电阻丝(5和吸样泵12电气连接，其温控输入端17与温度传感器6信号连接；所述的超声波激发与检测电路30包括有振荡、接收、放大、整形滤波与比较电路，其超声信号输出端19和超声信号反馈端18分别与超声换能器2a与2b由信号线相连；

图2中的计时电路31为一块Altera FLEX10K10型高性能数字集成电路，它采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)作为时间差检测芯片，每隔一定周期，微处理器MCU输出一个触发信号，经功率放大后以开关方式驱动超声波激发与检测电路30发射出超声脉冲，同时启动计时电路31的FPGA高速计数器；超声回波脉冲到达后，经预处理送入超声波激发与检测电路30的电压比较器，比较结果信号送入FPGA，由FPGA准确地捕捉到回波脉冲到达时刻，并立即停止计数器，将计数终值通过数据输入端26输入微处理器MCU的内存中，然后，向MCU发出中断请求，MCU响应中断，从中读取计数值并计算，将计算结果输出。本实施例采用FPGA作为时间差检测芯片的计时电路31，其计时精度误差不超过0.1微秒，比传统高速单片机的计时精度(0.5微秒的误差)提高了4倍。将FPGA应用于超声波液态乳成分检测系统，不仅可以提高系统对所耗时间的测量精度，而且能够提高系统集成度，同时，还可以利用其内部丰富的资源，实现复杂的抗干扰逻辑算法，从而提高其抗干扰能力，适合于各种现场工作环境和便携式设计。

如图3所示，本实施例的超声检测电路板10中微处理器MCU由两片MCS-51单片机40、41和两片存储器43、44、一个RS232通讯模块45和一个DS1302时钟模块42组成；各单元之间由印刷铜敷线路相互连接；其中单片机40为主处理单片机；单片机41为打印单片机；存储器43为外部扩展存储器(包括程序存储和数据存储)、存储器44为地址锁存器；RS232通讯模块45为MAX232型集成块。

上述实施例的奶样快速检测仪，其对奶样的检测原理如下：

先将进样管1伸入待测奶液中，开启电源开关k，预热LED屏显器15一至二分钟，压下按键开关组16的吸样开关k₁，通过超声检测电路板10微处理器MCU的控制输出端21、20输出的+12v直流电压启动吸样泵12及接通加热电阻丝5，奶样经进样管1至样品池4到吸样管11及吸样泵12，通过出样管13流出，待样品池4奶样满后吸样泵12自动停止，温度传感器6检测样品池4内奶液的温度并将信号输入超声检测电路板10的微处理器MCU，由其控制输出端20控制加热电阻丝5自动恒温；然后再按下检测开关k₂，超声检测电路板10中的微处理器MCU通过指令输出端27向超声波激发及检测电路30发出指令，超声波激发及检测电路30产生的高频电磁波通过信号线输出至样品池4进样口3的超声换能器2a，由其将电磁波转换为1.5MHz的超声波，该超声波通过奶样再由样品池4吸样口8的另一个超声换能器2b转换为回波电信号反馈至超声检测电路板10中的超声波激发及检测电路30和计时电路31进行信号放大滤波、检测比较、计数，并通过数据输入端26将数据送至微处理器MCU，经计算处理后可在LCD显示器15屏幕上显示奶样主要成分的含量；此时如需打印，可按下打印开关k₃，数据就会在微型打印机14上打出；检测完毕后，将进样管1放入清水中，水中可加少量清洗剂，按下清洗开关k₄，让吸样泵12不断抽吸，忽略检测过程，仪器就可将样品池4中的已测奶液清洗干净；最后再按下复位开关k₅，就又可进行下一奶样的检测。

Claims (6)

1.一种奶样快速检测仪，包括设有进样管(1)和吸样管(11)的样品池(4)、与吸样管(11)相通的吸样泵(12)、与吸样泵(12)相通的出样管(13)，其特征是，该检测仪还包括有超声检测电路板(10)、与该超声检测电路板(10)电源输入端(22)连接的多路稳压器(9)，所述的超声检测电路板(10)的控制输入端(25)由电缆线连接有一按键开关组(16)，所述的样品池(4)的进样口(3)和吸样口(8)分别设置有超声换能器(2a)和(2b)，样品池(4)外绕制有加热电阻丝(5)，并设置有一温度传感器(6)，所述的超声换能器(2a)与(2b)由信号线分别与超声检测线路板(10)的超声信号输出端(19)和超声信号反馈端(18)相连，所述的温度传感器(6)由信号线与超声检测电路板(10)的温控输入端(17)相连，所述的加热电阻丝(5)和吸样泵(12)分别与超声检测电路板(10)的控制输出端(20)、(21)实现电气连接。

2.根据权利要求1所述的奶样快速检测仪，其特征是，所述的超声检测电路板(10)包括微处理器(MCU)、指令接收端(28)与微处理器(MCU)的指令输出端(27)信号连接的超声波激发与检测电路(30)、数据输出端(33)与微处理器(MCU)的数据输入端(26)信号连接的计时电路(31)，所述的超声波激发与检测电路(30)的检测输出端(29)与计时电路(31)的计数输入端(32)实现信号连接。

3.根据权利要求1所述的奶样快速检测仪，其特征是，所述的按键开关组(16)由吸样开关(k₁)、打印开关(k₂)、检测开关(k₃)、冲洗开关(k₄)和复位开关(k₅)组成。

4.根据权利要求1所述的奶样快速检测仪，其特征是，所述的样品池(4)外层包裹有保温层(7)。

5.根据权利要求2所述的奶样快速检测仪，其特征是，所述的计时电路(31)为一块Altera FLEX10K10型集成电路。

6.根据权利要求2所述的奶样快速检测仪，其特征是，所述的微处理器(MCU)由两片MCS-51单片机(40)、(41)和两片存储器(43)、(44)、一个通讯模块(45)和一个时钟模块(42)组成；各单元之间由印刷铜敷线路相互连接。

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