DK154363B - Apparat til bestemmelse af koedkvalitet og sonde til brug i dette apparat - Google Patents

Description

DK 154363 B

Apparat til bestemmelse af kødkvalitet og sonde til brug i dette apparat

Den foreliggende opfindelse angår et apparat til bestemmelse af kødkvalitet omfattende en sonde til indstikning i et kødemne, der skal un-5 dersøges, og et i denne sonde anordnet refleksionsmåleorgan, bestående af en lyssender og en lysmodtager samt sonden til brug i apparatet.

For at opfylde forbrugerønsker om kød af ensartet og høj kvalitet foretager danske slagterier en objektiv kvalitetsbestemmelse af slagtede svin. Et måleapparat med en indstikningssonde og en tilhørende 10 indstikningsdybdemåler anvendes til bestemmelse af de enkelte slagtekroppes kød- og spæktykkelser. Sonden indstikkes et antal steder på hver slagtekrop, og de målte tykkelser anvendes sammen med kroppens vægt til bestemmelse af kroppens afsætningsklasse.

I dansk patentans. nr. 5546/78 og 4487/80 er beskrevet måleapparater 15 til bestemmelse af slagtekroppes kød- og spæktykkelse. Disse apparater har en sonde med et refleksionsmåleorgan, der registrerer refleksionsevnen af materialet, der befinder sig uden for et vindue i siden af sonden. Disse apparater udnytter således det forhold, at kød og spæk har forskellig refleksionsevne.

20 Det er kendt, at der findes en vis sammenhæng mellem kødets farve og dets kvalitet. Meget lyst svinekød kan i visse tilfælde fx udvise ringe vandbindingsevne, således at det forekommer tørt. Der er også en tendens til, at forbrugere opfatter lyst kød som mindre værdifuldt end kraftigt pigmenteret kød.

25 Ved forskellige foranstaltninger forsøger svineproducenter og slagterier derfor at reducere forekomsten af lyst kød, men hidtil har bestræbelserne været vanskeliggjort af manglende objektiv fastlæggelse af en relation mellem kvalitet og målt kødfarve.

-2-

DK 1S4363B

Der kendes måleapparater, som kan give en måleværdi for kødets farve eller refleksionsevne, men de opnåede resultater er ikke tilstrækkeligt pålidelige til, at der kan fastlægges noget generel anvendeligt objektivt kvalitetskriterium for kød baseret på sådan farvemåling.

5 I US patent nr. 3.493.774 er beskrevet et måleapparat til bestemmelse af kødkvalitet baseret på farvemåling. Apparatet er forsynet med en indstikningssonde med et vindue. Umiddelbart foran dette vindue findes en glødelampe, der belyser kødet. Det fra kødet reflekterede lys sendes gennem vinduet via et i sonden anbragt spejl til en fotocelle i selve 10 apparatet. Fotocellen er forbundet med et viserinstrument, hvis udslag er et udtryk for kødets lysrefleksionsevne eller farvestyrke.

I 21st European Meeting of Meat Research Workers, 31. august til 5. september-1975, p. 114-115, er beskrevet et andet apparat til bestemmelse af kødfarve. Apparatet har en fiberoptisk sonde beregnet til indstik-15 ning i kødet. Et fiberbundt fører fra en glødelampe til sondens spids.

Et parallelt liggende andet fiberbundt fører det reflekterede lys fra sondens spids til en fototransistor. Denne er forbundet med et viserinstrument, der viser farvestyrken.

Ingen af disse apparater og heller ikke apparaterne, der kendes fra fx 20 dansk patentans. nr. 5546/78 og 4487/80, er i stand til at give tilstrækkeligt pålidelige resultater med hensyn til den målte kødfarve.

De kan ikke anvendes som grundlag for et målesystem, der på generel basis og på objektiv måde skal kunne adskille kød med forskellige farveegenskaber .

25 I overensstemmelse hermed er det formålet med foreliggende opfindelse at tilvejebringe et måleapparat af den indledningsvis angivne art, ved hjælp af hvilket det er muligt at opnå måleresultater for køds refleksionsevne, som er mere stabile end de hidtil opnåede resultater. Især er det formålet at tilvejebringe et apparat, hvis måleresultater er min-30 dre følsomme over for skiftende brugstemperaturer, mere ensartede fra apparat til apparat og mindre påvirket af de i lyssender og lysmodtager forekommende ældningsfænomener.

-3-

DK 154363B

Dette opnås med apparatet og sonden ifølge opfindelsen, der er ejendommeligt ved, at der i sonden i nærheden af lyssenderen er .anbragt en refer encelysmodt ager.

Ved at anvende en referencelysmodtager bliver det muligt at kompensere 5 for den svingende virkningsgrad af lyssenderen og/eller lysmodtageren.

Det kan fx dreje sig om variationer, der kan føres tilbage til svingende fabrikationsbetingelser for sonden eller dens komponenter, forskelle mellem slagtekropstemperatur og slagteriets rumtemperatur eller ændringer af komponentegenskaberne som følge af almindelig ældning.

10 Referencelysmodtageren kan fx være således anbragt, at den modtager lys fra lyssenderen, enten direkte eller via et spejl. På denne måde er det muligt at styre lyssenderen ved hjælp af dens egen lysudsendelse.

Der kan i apparatet ifølge opfindelsen således findes en til referencelysmodtageren forbundet regulator, der styrer forsyning til lyssenderen.

15 Forsyningen kan fx være en strømkilde, der reguleres af et fra referencelysmodtageren modtaget signal.

Regulatoren kan ifølge opfindelsen være således indrettet, at reference-lysmodt.agerens signal holdes i det væsentlige konstant. Derved vil lys-senderens lysstyrke også i det væsentlige kunne holdes konstant.

20 Regulatoren sørger for opregulering af lyssenderen, hvis dens lysstyrke ligger under det normerede niveau, fx hvis den tilfældigvis tilhører en af de ved en fabrikation opnåede komponenter, som afviger fra ideal-værdien, men alligevel opfylder tolerancerne.

Tilsvarende vil regulatoren nedregulere lyssenderen, hvis dens lysstyrke 25 ligger over det normerede niveau, fx hvis driftstemperaturen er lavere end normeret.

Regulatoren kan omfatte en indstillelig forstærker, der er forbundet med forsyningens styringsindgang. Herved er det muligt at indstille lyssenderens lysstyrke til et ønsket arbejdsniveau.

-4-

DK 154363 B

Apparatet ifølge opfindelsen viser stor stabilitet i måleresultater over længere perioder uden behov for kalibreringer, idet apparatets refleksionsmåleorgan automatisk indstiller sig efter de ændrede forhold.

5 Ved en udførelsesform af apparatet ifølge opfindelsen er lyssenderens forsyning moduleret, fortrinsvis med en firkantsignal. Det bliver herved muligt at skelne mellem lyssenderens lys og lyssignaler, som hidrører fra andre kilder. Det kan fx dreje sig om falsk lys eller uønsket tomgangsstrøm.

10 Ved nævnte udførelsesform kan regulatoren omfatte en synkrondetektor, der fortrinsvis arbejder med den dobbelte frekvens af forsyningens modulationsfrekvens. Herved detekteres kun signalet, der har relation til lyssenderens lysstyrke. Den nævnte dobbelte frekvens muliggør eliminering af den første kvarte periode af referencelysmodtagerens 15 signal, som ofte indeholder uønskede spændingsspidser på grund af signal overkobling mellem komponenterne.

For at øge udstyringsreserven i systemet findes der fortrinsvis mindst en ac-kobling i regulatorens signalvej.

Signalet, der afgives af lysmodtageren, skal fortrinsvis kunne indstil-20 les til en fastlagt værdi, der svarer til en bestemt lysrefleksion. Apparaterne vil da kunne opfylde en standard, hvilket giver sammenlignelige måleresultater.

I overensstemmelse hermed findes der fortrinsvis en indstillelig forstærker for lysmodtageren.

30 Apparaterne ifølge opfindelsen kan justeres til en fælles standard ved hjælp af et materiale med veldefineret refleksionsevne. Hvert apparat indstilles fx til et bestemt arbejdsniveau, medens sonden er anbragt i en kalibreringskugle eller lignende materiale med konstant refleksions-evne, fx en suspension, såsom mælk. Med den givne reference justeres 35 apparaterne ét efter ét, således at de opnåede måleresultater kan relateres til en fælles standard.

DK 154363 B

-5-

For at øge overstyringsreserven findes der fortrinsvis en dc-regulerende tilbagekobling i forstærkeren for lysmodtageren. Dette er især fordelagtigt, når lyssenderen er moduleret, idet falsk lys og mørkestrøm elimineres fra målesignalet. Den dc-regulerende tilbagekobling giver et 5 betydeligt mere nøjagtigt målesignal end en almindelig ac-kobling.

Lysmodtageren er så vidt muligt optisk adskilt fra lyssenderen ved en lille mellemvæg i sonden. Alligevel kan det af mekaniske grunde ikke undgås, at lyssenderen kommer til at sprede lidt lys til lysmodtageren, hvilket især er uheldigt i mørke omgivelser. Der kan kompenseres for 10 dette bidrag i lysmodtagerens målesignal ved hjælp af en summationsforstærker for lysmodtageren. Forstærkeren skal have mindst to indgange, hvoraf en indgang påføres det fra lysmodtageren hidrørende signal, medens den anden indgang påføres et konstant, men justerbart signal. Ved justeringen sørger sidstnævnte signal for udbalancering af bidraget 15 fra det spredte lys.

Når lyssenderens forsyning er moduleret, omfatter forstærkeren for lysmodtageren hensigtsmæssigt en synkrondetektor, der fortrinsvis arbejder med den dobbelte frekvens af forsyningens modulationsfrekvens. Herved kan elimineres den del af signalet, der hidrører fra falsk lys og 20 tomgangsstrøm. Når der arbejdes med den dobbelte frekvens, er der mulighed for at fjerne den første kvarte periode af målesignalets firkantspænding, som ofte indeholder uønskede spændingsspidser. Dette forbedrer målesignalets nøjagtighed.

Apparatet ifølge opfindelsen omfatter fortrinsvis indretninger, der kan 25 forstærke og bearbejde det i lysmodtageren registrerede signal. Således kan apparatet have en digital/analogkonverter til omsætning af lysmodtagerens signal til binære størrelser.

Det bliver herved muligt at foretage en række løbende målinger, der kan gemmes i en hukommelse og senere kaldes frem for bearbejdning i et data-30 behandlingsprogram.

-6-

DK 154363B

Ved en enkelt indstikningsmåling med apparatet ifølge opfindelsen kan man fx bestemme et kødemnes kød- og spæktykkelse. Ved samme måling er det muligt at afgøre, om kødet fx har afvigende kødkvalitet, hvis en eller flere af de gemte og registrerede målinger overskrider en fast-5 lagt grænseværdi. Det kan dreje sig om meget lyst kød eller kød med stærk fedtmarmorering. På grundlag af resultaterne kan sådanne kødemner frasorteres. På grundlag af de opnåede resultater er det også muligt at etablere et system, der sørger for frasortering af kødemner med særlig høj kvalitet, fx til kunder, som stiller særlige krav.

10 Såfremt et eller flere af de ved indstikningen opnåede resultater ikke er i overensstemmelse med det erfaringsmæssigt forventede, kan disse målinger udelades automatisk, eller der kan afgives et signal om, at indstikningsmålingen må gentages.

Apparatet ifølge opfindelsen kan således omfatte en databehandlingsen-15 hed til omsætning af lysmodtagerens signaler til kødkvalitetsudtryk for det målte kødemne og et registreringsudstyr til fastholdelse af dette udtryk. Databehandlingsenhedens funktioner bestemmes af den stillede opgave.

Enheden kan være indrettet til at gemme målingerne fra et antal ind-20 stikninger på samme kødemne, og på grundlag af de bearbejdede resultater betjene et sorterings- eller stemplingssystem, der tilvejebringer anvendelse af kødemnet i overensstemmelse med den konstaterede kvalitetsklasse .

Apparatet ifølge opfindelsen kan have en indretning til løbende regi-25 strering af sondens bevægelse. I automatiske systemer kan det være en fordel at få et signal om, hvor sonden befinder sig, fx om den er i den yderste eller inderste stilling i forhold til et fikspunkt. Indretningen kan omfatte kontakter, der sluttes i disse stillinger, men den kan også omfatte en længdegiver, som løbende giver melding om sondens 30 aktuelle position i form af en positionsværdi. I dansk patentansøgning nr, 4247/86 er beskrevet en længdegiver i en sondeenhed, der er beregnet til fastspænding i et stativ eller på en slæde.

DK 154363B

-7-

Apparatet ifølge opåfimåelsen kan have en indretning t'il løbende registrering af sondens iraltetikningsdybde i et kødemne. Det ikan dreje sig om den art dybdemålere,, der kendes fra de manuelt betjjente apparater til måling af kød- og ©pæktykkelser. I disse målere ffiindes en plade 5 eller lignende, der ligger an mod slagtekroppens overflade, medens sonden føres ind i kroppen. Målerne har en udvekslingsrradkanisme mellem plade og sonde, som omsætter den aktuelle indstikningsdybde til et elektrisk signal.

10 I apparatet ifølge opfindelsen er referencelysmodtageren ffortrinsvis af samme type som lysmodtageren, idet de ofte vil have en sarbejdskarakte-ristik, som minder om hinanden. Fejl i referencelysmodtaperen og lysmodtageren vil derfor ofte uudkompensere hinanden.

Som lyssender anvendes fortrinsvis en lysemitterende diøde, medens lys-15 modtagerne fortrinsvis er fotodioder eller -transistorer.. Disse komponenter er så små, at de »kan anbringes i en tynd sonde,, og de har en passende lang levetid.

For at udkompensere fejl 'hidrørende fra temperatursvingmånger kan nævnte halvledere være monteret på samme substrat, fortrinsvis en keramisk 20 plade.

Lyssenderen, lysmodtageren og referencelysmodtageren kan alle være anbragt i sonden, men det er også muligt at anbringe dem i thuset, der normalt bærer indstikningssonden, fx ved anvendelse af optiske fibre, der fører lyset til og/eller fra målestedet i sonden.

25 Sonden er hensigtsmæssigt forsynet med et vindue i siden, hvorigennem lys kan udsendes og modtages. Det holder målestedet i sonden fri for urenheder, der løsrives under sondens indføring i kødemmdt.

Lyssenderen, lysmodtageren og referencelysmodtageren kan være indstøbt i sonden i en klar epoxyharpiks. De bibeholder herved deres indbyrdes 30 afstande i hele levetiden, og justeringen af det elektriske kredsløb efter deres karakteristika bliver lettere at foretage.

-8-

DK 154363B

Opfindelsen beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, der viser en sonde og et kredsløb i et apparat til bestemmelse af kødkvalitet.

I sonden 1 er anbragt en lysdiode 2, en fotodiode 3 og en reference-5 fotodiode 4 på en fælles keramisk plade. En del af det af lysdioden 2 udstrålede lys reflekteres i et spejl 5 og sendes ned på referencefoto-dioden 4. En anden del af det af lysdioden 2 udstrålede lys sendes gennem et vindue 6, der findes i siden på sonden. Når sonden 1 er stukket ind i et kødemne, reflekterer eller spreder køddelen uden for vinduet 10 6 en del af lyset tilbage gennem vinduet til fotodioden 3. Refleksions-graden afhænger bl.a. af nævnte køddels farvestyrke (spæk, mørkt kød og lyst kød giver forskellig refleksion).

En væg 7 hindrer, at lyset fra lysdioden 2 rammer fotodioden 3 direkte.

Væggen, spejlet og pladen med dioderne er indstøbt i sonden i et trans-13 parent formstof, såsom epoxyharpiks.

Afstandene mellem dioderne er i det væsentlige sådanne, at lyset skal tilbagelægge lige så lang vej fra lysdioden 2 til dioden 4 som fra dioden 2 via hovedrefleksionsstrålen til dioden 3. Endvidere er afstandene, spejlet og væggen således dimensioneret, at intensiteten af ly-20 set, der ved refleksion falder på dioden 3, er af samme størrelsesorden som intensiteten af lyset, der falder på dioden 4.

De tre dioder er via ledninger i sonden forbundet med et kredsløb, hvis væsentligste elementer er vist på tegningen. Det omfatter en strømforsyning for lysdioden 2, en med referencefotodioden 4 forbundet regu-25 lator for nævnte strømforsyning og en måleindretning, der omsætter fotodiodens 3 signal til en måleværdi.

Strømforsyningen omfatter en transistor 8. På transistorens basis påtrykkes en spænding, der er bestemmende for forsyningens strømstyrke. Spændingen fås fra regulatoren via en ledning 9, som beskrevet længere 30 nedenfor.

DK 154363 B

-9-

Strømmen til dioden 2 Isan shuntes ved hjælp af en switdlttransistor 10, således at diodens 2 lydudsendelse varierer, når transistoren 10 påføres et styresignal. Via en inverter 12 leverer et timinj^kr edsløb 11 en harmonisk varierende impels som styresignal. Det drejer sig om et fir-5 'kantsignal med en frekvens på 4 kHz. Komponenterne 10, iltt og 12 sørger således for modulation aff lysdioden 2.

Dioderne 13 og modstanden 14 hindrer mætning af shuntiæansistoren 10, hvorved der sikres en 50¾ duty cycle.

Dioden 15 og modstanden 16 sikrer, at der altid løber æn lille bias-10 strøm i lysdioden 2. Herved reduceres spændingssvinget rover lysdioden, hvilket giver færre problemer med spredningskapacitet a it illedningerne i sondens komponenter.

Regulatoren for lysdiodems forsyning omfatter en for-forstærker 20 for referencefotodioden 4. Bra koblingskondensator 21 fjerner dc-delen af 15 diodens signal. Ved hjælp af et potentiometer 22 kan man justere signalniveauet og dermed regulatorens tilbagekobling. Mist il lingen af potentiometeret 22 bestemmer lysstyrken af lysdioden 2.

Det niveauindstillede signal forstærkes i en forstærker 23 og føres til en buffer 24, der tillader anvendelse af relativt lange kabler til 20 en efterfølgende synkronomskifter 25. Omskifteren drives af en firkant-generator 26 med en frekvens på 8 Khz.

Ved hjælp af omskifteren 25 elimineres de første kvarite perioder af firkantsignalet, der findes på udgangen af bufferen 24. Omskifteren lader derimod de sidste kvarte perioder af signalet passere. Disse sig-25 naler integreres og lagres i modstande 27 og kondensatorer 28, der er anbragt i indgangen på em differensforstærker 29.

I en forstærker 30 sammenlignes udgangssignalet fra difflferensforstærkeren 29 med en fast referencespænding. Det opnåede signal er via ledningen 9 forbundet med reguleringsindgangen på lysdiodens strømfor-30 syning, dvs. basis på transistoren 8.

-10-

DK 154363B

Det i den beskrevne regulator detekterede og behandlede referencesignal styrer lysdiodens 2 strømforsyning i afhængighed af lysmængden, der falder på fotodioden 4. Den tilvejebragte servosløjfe vil søge at holde diodens 4 strøm konstant.

5 Måleindretningen, der omsætter fotodiodens 3 signal til en måleværdi, har flere lighedspunkter med den ovenfor beskrevne regulator. I en forstærker 40 omsættes diodens strøm til en spænding, der forstærkes i forstærkeren 41. dc-delen af signalet fjernes ved hjælp af en tilbagekobling 42, der danner en lokal dc-servosløjfe sammen med forstærkerne 10 40 og 41. Herved opnås, at forstærkerne ikke overstyres, hvis dioden 3 belyses med kraftig ekstern belysning, såsom sollys eller elektrisk lys.

Ved hjælp af et potentiometer 43 kan diodesignalets niveau indstilles således, at flere apparater kan justeres til at give samme måleværdi 15 ved en given farvestyrke.

Via en forstærker 44 føres signalet ind på indgangen af en summationsforstærker 45 med to indgange. Den anden indgang er forbundet med et potentiometer 46, der kan indstilles, så uønsket overkobling af lys til fotodioden 3 og elektrisk overkobling udkompenseres. Forstærkeren 45 20 fungerer samtidig som udgangsbuffer.

Signalet føres til en synkronomskifter 47, der styres af ovennævnte firkantgenerator 26. Lysdiodens 2 choppingfrekvens og timingen af synkronomskifterens styresignal er valgt således, at der opnås immunitet over for netbrum og ikke frafiltreret eksternt lys. Det bliver her-25 ved muligt at udføre kødkvalitetsmåling i slagteriers arbejdslokaler.

En differensforstærker 48 med to rc-kredsløb 49,50 i indgangen detek-terer signalerne på omskifterens 47 udgange på tilsvarende måde som ved omskifteren 25. Det således forstærkede og synkrondetekterede signal filtreres i et aktivt lavpasfilter 51. Det udglattede signal digitali-30 seres i en A/D-konverter 52.

-11-

DK 154363B

Det digitaliserede signal, der giver et udtryk for kødefcs farvestyrke, kan vises direkte på ©t display eller underkastes (databehandling.

Da den omhandlede servøsløjfe holder lysdiodens 2 lysudsendelse konstant, og de to fotodiodter 3 og 4 er ens og holdes på sarane temperatur, 5 kan apparatet benyttes til måling af lysrefleksion, uafffhængig af temperatur, ældning af komponenterne og eksternt lys. Dette cer væsentligt, når der skal måles kødkvalitet on-line på slagterier.

Claims (7)

1. Apparat til bestemmelse af kødkvalitet omfattende en sonde til indstikning i et kødemne, der skal undersøges, og et i denne sonde anord-net refleksionsmåleorgan, bestående af en lyssender og en lysmodtager, . ' 5 k e n d e t e g n e t ved, at der i sonden i nærheden af lyssenderen er anbragt en referéncelysmodtager.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der findes en til referencelysmodtageren forbundet regulator, der styrer forsyningen til lyssenderen.

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at regulatoren er således indrettet, at referencelysmodtagerens signal holdes i det væsentlige konstant.

4. Apparat ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at lyssenderens forsyning er moduleret, fortrinsvis med et firkantsignal.

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at regulatoren omfatter en synkrondetektor, der fortrinsvis arbejder med den dobbelte frekvens af forsyningens modulationsfrekvens.

6. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at forstærkeren for lysmodtageren omfatter en synkrondetektor, der fortrinsvis arbejder 20 med den dobbelte frekvens af forsyningens modulationsfrekevens.

7. Sonde til anvendelse i apparatet ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i sonden i nærheden af lyssenderen er anbragt en referencelysmodtager .