EP4305401A1 - Analysis of milk - Google Patents

Analysis of milk

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Publication number
EP4305401A1
EP4305401A1 EP22710045.0A EP22710045A EP4305401A1 EP 4305401 A1 EP4305401 A1 EP 4305401A1 EP 22710045 A EP22710045 A EP 22710045A EP 4305401 A1 EP4305401 A1 EP 4305401A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
milk
line section
light
detection unit
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22710045.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Peters
Christoph ZENZ
Martin Wortmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Farm Technologies GmbH
Original Assignee
GEA Farm Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GEA Farm Technologies GmbH filed Critical GEA Farm Technologies GmbH
Publication of EP4305401A1 publication Critical patent/EP4305401A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/129—Using chemometrical methods

Definitions

  • the invention relates to the analysis of milk, in particular to an apparatus, an arrangement and a method therefor.
  • Raw milk is an important foodstuff and an important raw material for the food industry.
  • Raw milk must meet certain national and international quality requirements to protect the consumer, to be technically processable and to control the market.
  • a device for analyzing milk includes:
  • ⁇ a detection unit for the spectrally resolved detection of light which exits from the line section, and in particular
  • ⁇ an evaluation unit which is set up to analyze the milk for ingredients using signals from the detection unit.
  • the device described is used for the analysis of milked milk, in particular cow's milk, which is analyzed directly or indirectly after a milking process.
  • Milk is not only to be understood as meaning pure milk, but also contaminated milk.
  • a mixture of pure milk and blood or chemicals such as cleaning agents or dips constitutes contaminated milk and is also referred to herein as "milk".
  • An analysis means that the milk is examined for its composition Ingredients such as fat, protein and lactose or for contaminants such as antibiotics, dipping agents, detergents or water.Also it can be determined whether solid particles, flakes, foam and bubbles are present in the milk.
  • the analysis can consist of between the presence and the absence of certain substances, without quantifying these substances. In this way, it can be determined whether the milk is contaminated.
  • the milk can be examined to determine whether the milk contains blood and/or urea. The milk contaminated with blood and/or urea can then be discarded, preferably before it is mixed with other milk.
  • blood in milk can indicate an injury to the animal from which the milk came. If blood is detected, the relevant animal can be subjected to an examination to verify the animal's health status.
  • the analysis can consist of quantifying ingredients. For example, the proportion of protein, fat and/or lactose can be determined.
  • the device can contribute to process monitoring.
  • the device can be used to detect changes in the composition of the milk over time. This is particularly relevant for the concentration of cleaning agents in the milk.
  • the device can detect the lactation cycle or pregnancy of an animal.
  • the device can be used for flow detection. A distinction can thus be made between a milking process and a cleaning process, for example.
  • the device is preferably set up to output an instruction for action in response to the determined results, for example in the form of an alarm or a warning.
  • the device comprises a line section for the milk.
  • a section of line is a part of a line through which the milk can flow.
  • the line section can be part of a pipe or hose, for example.
  • the line section has at least one inlet through which the milk can be introduced into the line section and at least one outlet through which the milk can exit the line section.
  • the at least one inlet and the at least one outlet are different from each other.
  • the line section does not have to be separated from the rest of the line. In particular, it is not necessary for the line section to extend over exactly one pipe component.
  • the at least one inlet and the at least one outlet only define the start or end of the line section and do not have to for example, with a joint between pipe components placed together.
  • the line section is physically defined only insofar as the device is arranged to analyze the milk within the line section. This means that the line section extends at least over the measuring range within which the milk can be analysed. However, the measuring range does not have to cover the entire line section. In particular, it is possible that the measuring range does not extend over the entire cable cross section.
  • the device also has a light source unit and a detection unit.
  • Light can be introduced into the line section via the light source unit, for example via a window in a boundary of the line section.
  • Light exiting the measurement chamber can be detected via the detection unit, for example via a further window or the window described above in the boundary of the line section.
  • the detection unit is preferably matched to the light source unit.
  • the detection unit particularly preferably covers the entire spectral range emitted by the light source unit.
  • the detection unit and the light source unit are preferably arranged in such a way that the light emerging from the line section and originating from the light source unit can be detected with the detection unit.
  • the detection unit has one or more detectors.
  • the light source unit and the detection unit serve to analyze the milk spectroscopically.
  • the detection unit is designed for spectrally resolved detection of the light.
  • the light intensity can be recorded as a function of the wavelength with the detection unit.
  • a large number of individual spectral values can therefore be recorded with the detection unit, in particular from the entire wavelength spectrum of the light emerging from the line section and originating from the light source unit.
  • the detection unit preferably comprises a means for the spectral decomposition of the light, for example an interferometer or a dispersive element such as a grating or a prism. In the case of the dispersive element, this is preferably rotatably mounted.
  • a spatially resolving detector can be used with which the spectrally broken down light can be measured at a measurement time, for example a CCD chip. In this case, the measurement accuracy results in particular from the resolution of the CCD chip.
  • the detection unit preferably has a detector and an interferometer.
  • An interferometer is a device that generates interference by splitting a light beam into two sub-beams and combining the two sub-beams with Gangun difference.
  • the interferometer and the detector are designed and arranged in such a way that light emerging from the line section can be spectrally broken down with the interferometer and then detected by the detector. Due to the spectral decomposition of the light with the interferometer, the detection unit can detect the light in a spectrally resolved manner.
  • the interferometer thus makes it possible to determine a large number of individual spectral values within the preferably continuous wavelength spectrum of the light source unit for the light emerging from the line section.
  • the interferometer can be, for example, a Michelson interferometer or a Fabry-Perot interferometer. These two interferometers have a movable mirror.
  • the interferometer preferably has a flexible element, in particular exactly one, which generates different partial spectra of the overall spectrum of the light source unit.
  • the detection unit can be automatically adjusted and/or calibrated by feedback of reference values.
  • the detection unit can be customized and/or herd-specifically. In addition, changes over time in the light source unit can be compensated for.
  • the device is set up to analyze the milk within the line section in that the light source unit and the detection unit are aligned with the line section.
  • the measurement area formed with the light source unit and the detection unit for the analysis of the milk thus falls within the line section.
  • the line section is distinguished from other line parts.
  • the device preferably comprises a micro-electro-mechanical system, MEMS for short.
  • MEMS is a device with a moving micro- scopic structure. This can be actuated by mechanical stress or by applying an electrical voltage.
  • the detection unit can be realized by realizing an interferometer with a movable mirror as such a microscopic structure.
  • the light source unit can be arranged in a fixed direction relative to the MEMS, for example in the form of a common component or in a common housing.
  • the light source unit and the detection unit are preferably arranged in a fixed position and orientation relative to one another.
  • Such a device is particularly small, robust, easy to integrate and enables comparatively simple analyzes outside of a laboratory. In addition, such a device can be produced comparatively easily and inexpensively in large numbers.
  • the fact that the device has a light source unit means that one or more light source units are provided.
  • the light source unit preferably comprises one or more light sources. If a light source unit has a plurality of light sources, these are preferably designed to be identical to one another. Alternatively, a continuous spectrum that covers a desired spectral range can be obtained by using LEDs that are matched to one another as light sources. Several light sources can be arranged in such a way that the entire measurement area is evenly illuminated. The light sources can be of the same type or different. A particularly broad spectrum of wavelengths can be obtained by combining different light sources. It is also conceivable that the light source unit has a plurality of discontinuous light sources such as, for example, vapor lamps, in particular sodium vapor lamps or mercury vapor lamps. It is also possible for the light source unit to be formed in that an external radiation source is coupled in, for example via an optical waveguide. In this case, the light source unit is formed only by the optical waveguide.
  • the milk can be analyzed in the line section.
  • the milk can thus be analyzed while the milk is flowing through the line section.
  • taking random samples would be more complex than analyzing a section of pipe through which flow was taking place.
  • the results lie a sample analysis typically only with a delay. If the milk had already been mixed with other milk after the sample was taken, all of the milk might have to be discarded.
  • the analysis in the line section makes it possible, for example, to separate out contaminated milk particularly quickly and easily, in particular before this milk is mixed with other milk.
  • the device described enables a complete analysis of the milk, not just a random sample.
  • the device can be used to analyze the milk immediately after milking, before the milk is mixed with other milk in a milk tank.
  • the light source unit preferably emits light with a continuous wavelength spectrum into the line section.
  • a continuous wavelength spectrum means that there is a range of wavelengths, each wavelength of which is contained in the light emitted from the light source unit. In any case, the wavelength spectrum therefore has a section without a gap. This does not rule out that the wavelength spectrum has several continuous sections, between which there is a respective gap. However, it is preferred that the wavelength spectrum as a whole is gap-free.
  • the wavelength spectrum is preferably a broadband continuous wavelength spectrum. The term "broadband" is to be understood relative to the detection range of the detection unit.
  • the wavelength spectrum preferably has wavelengths that are at least 200 nm, in particular at least 500 nm apart.
  • the wavelength spectrum covers at least one 200 nm or one 500 nm broad wavelength range from which each wavelength is contained in the light.Particularly preferably, the wavelength spectrum covers at least the wavelengths in the range from 1350 to 2500 nm.
  • the wavelength spectrum is preferably in the near infrared range and/or in the mid infrared range.
  • the analysis of the milk involves infrared spectroscopy.
  • the wavelength spectrum of the visible light range covers all or all of it and/or the UV range completely or all of it wavelength range with which chemical B cations in the milk to be analyzed can be stimulated be able. In this way, the so-called spectral fingerprint of the milk can be determined.
  • the wavelength spectrum of the light emitted by the light source unit is preferably continuous in at least one section.
  • the wavelength spectrum can be a Planck spectrum, as is the case with blackbody radiation.
  • the light source unit with a continuous spectrum allows the milk to be analyzed for various components. This can be done in particular in the manner of dispersive spectroscopy.
  • the device is therefore not limited to the analysis of a single ingredient. When designing the device, it is therefore not necessary to specify a specific ingredient. In that regard, the device described be particularly flexible.
  • the device also preferably has an evaluation unit.
  • the evaluation unit is set up to analyze the milk for ingredients using signals from the detection unit.
  • the evaluation unit can be arranged in a housing together with the light source unit and the detection unit.
  • the milk can also be analyzed outside of the device, for example by a central server and/or by a cloud application.
  • the device preferably has an interface via which the signals from the detection unit can be output, in particular to an evaluation unit which is set up to identify components of the milk using signals from the detection unit.
  • the device and the evaluation unit can be connected to one another via a cable, via a wireless connection and/or via an Internet connection.
  • the signals emitted by the detection unit can be evaluated in the manner of dispersive spectroscopy.
  • a complex evaluation algorithm is preferably used for this purpose, with which the presence and optionally also the concentration of ingredients in the milk can be calculated.
  • the evaluation algorithm uses the measured spectral information as an input parameter and uses this to calculate the desired parameters or values to be determined.
  • the evaluation algorithm can be obtained from a separate system using reference data and/or using a machine learning program.
  • the signals emitted by the detection unit contain information about the light detected by the detection unit. Particularly in the case of a light source unit with a continuous spectrum, the device can be switched over particularly easily in order to analyze other ingredients. In particular, no change to the hardware is required for this. Instead, it is sufficient to change the evaluation algorithm. It is also possible to adjust the measurement accuracy by adapting the software of the evaluation unit, for example in interaction with a measurement duration.
  • the analysis can therefore be changed by changing the software, for example by a software update.
  • a software update can be used to expand the functionality of the evaluation, for example by enabling a previously disabled function or functional expansion (actual addition of the function).
  • the functionality of the evaluation can therefore be changed without any design changes.
  • the evaluation is preferably carried out in the manner of Fourier transformation spectroscopy, in particular in the manner of infrared Fourier transformation spectroscopy (FTIR for short).
  • FTIR infrared Fourier transformation spectroscopy
  • the spectrum obtained in this way can be used to identify which ingredients are present in the milk. For example, it can be determined whether the spectrum has a peak at a characteristic wavelength of a particular ingredient.
  • the ingredients can also be quantified. For this purpose, the height of a peak can be determined.
  • the milk can be analyzed using the light reflected and/or absorbed by the milk.
  • the light source unit and at least one detector of the detection unit are arranged on the same side of the line section.
  • the light from the light source unit can thus be introduced into the line section, be reflected by the milk in the line section and reach the at least one detector of the detection unit from the line section.
  • the light source unit and the detection unit can be arranged side by side, for example within a common housing. Due to the possibility of this compact design, this design is preferred. In particular in this configuration it is preferred that the device comprises a MEMS.
  • the light source unit and at least one detector of the detection unit are arranged on opposite sides of the line section.
  • the line section is arranged between the light source unit and the at least one detector of the detection unit. The light from the light source unit can thus be introduced into the line section and, insofar as it is not absorbed by the milk in the line section, can reach the detector from the line section.
  • the detection unit has a plurality of detectors, these are preferably all arranged on the same side of the line section. So either the reflected light can be detected with all detectors or the absence of the absorbed light can be detected with all detectors. However, it is also conceivable for the detection unit to have one or more detectors both on the side of the light source unit and on the opposite side. In that case, both the reflected and the absorbed light can be taken into account.
  • the spectrum emitted by the light source unit can change over time. It is therefore preferred that the spectrum emitted by the light source unit is measured at regular intervals as a reference. A respective reference spectrum is particularly preferably recorded immediately before each measurement for analysis. If the analysis is based on the reflected light, the spectrum measured for analysis can be compared with a reference spectrum that was measured with an ideal reflector. If the analysis is based on the absorbed light, the spectrum measured for analysis can be compared with a reference spectrum that was measured with an empty line section.
  • the device also has a main line, with the line section branching off from the main line and ending in the main line.
  • the line section runs parallel to the main line.
  • main line as distinct from the term “branch” refers only to the fact that the analysis of the milk takes place in the branched line section and thus in a separate line part. It is not necessary for the main line to have a larger flow cross section than the branched line section.
  • the line section preferably has a filter screen. This can be arranged, for example, at a branch point at which the branch branches off from the main line.
  • the filter sieve can keep solid particles of a corresponding minimum size out of the line section. This can prevent the line section from becoming clogged.
  • the branch opens into the main line via a first opening and a second opening, the first opening and the second opening being spaced apart from one another in a vertical direction.
  • the height direction refers to the orientation of the device in its intended use. Due to the spacing of the openings in the height direction, the opening arranged further down can be used primarily for liquid components in the line section, while gaseous components can primarily get back into the main line through the upper one of the openings. Due to this separation, the liquid components can flow particularly undisturbed in the lower area of the line section. Therefore, the milk can be analyzed with a particularly high measurement accuracy. This is particularly the case in the preferred embodiment in which the light source unit and the detection unit are arranged at the level of the lower half of the line section. Those are particularly preferred Light source unit and the detection unit arranged below the line section. This relates to the arrangement of the light source unit and the detection unit in the height direction, respectively.
  • an inlet and/or an outlet of the line section are dimensioned in such a way that the flow of milk through the line section is delayed.
  • the flow within the line section is smaller than in front of it and/or behind it. Delaying the flow has a favorable effect on the measurement and, as a result, on the precision. Nevertheless, a constant exchange of liquid takes place.
  • the line section can be shut off, in particular by a shut-off element inside the line section.
  • the milk can be fully dammed to perform the analysis.
  • the analysis is discontinuous. As a result, a particularly high measurement accuracy can be achieved.
  • the light source unit comprises a glow emission source.
  • Incandescent emission sources emit a continuous spectrum of wavelengths. In addition, they are comparatively cheap.
  • the incandescent emission source is preferably a halogen lamp. Such has a high and directional intensity.
  • the arrangement includes:
  • ⁇ a device for analyzing milk comprising
  • ⁇ a detection unit for the spectrally resolved detection of light which exits from the line section, and in particular ⁇ an evaluation unit which is set up to analyze the milk for ingredients using signals from the detection unit.
  • the milking device is connected to the line section of the device.
  • the described advantages and features of the device are applicable and transferrable to the arrangement, and vice versa.
  • the device contained in the arrangement is preferably designed like the device described above.
  • the arrangement is preferably used for milking cows.
  • the milking device is preferably designed as a milking cluster.
  • the arrangement preferably has a milk tank which is connected to the milking device via the line section.
  • the arrangement preferably comprises several milking devices connected to the milk tank. In any case, before the milk reaches the milk tank from one of the milking devices, part of the milk is analyzed. Optionally, the milk can be discarded before it is mixed with other milk in the milk tank.
  • the arrangement includes the device previously described.
  • the line section of the device can be arranged at any point between the animal and the milk tank.
  • the device preferably has a milk tank which is connected to the milking device via the line section.
  • a connection between the milk tank and the milking facility comprises the line section.
  • the line section does not have to extend from the milk tank to the milking facility. It is even preferred that further elements are arranged between the milking facility and the milk tank, such as a milk sluice. It is also not necessary for the milk tank and the milking device to be connected to one another exclusively via the line section. It is even preferred that a main line is connected to the milk tank and the milking facility and that the line section is arranged in a branch which branches off from the main line and which again opens into the main line.
  • the line section can be arranged in such a way that the milk of a specific teat can be analysed.
  • a device is preferably provided for each teat, so that the milk of an animal is teat-individually can be duel analyzed. This analysis can also be referred to as quarter individual in the case of cows.
  • a device with a line section can be arranged downstream of a milk collecting piece, so that the milk can be analyzed individually for each animal.
  • a device with a line section between the milking parlor and the milk tank can be arranged.
  • a device with a line section can be arranged in the area where the milk from several milking parlors is brought together.
  • a device with a line section can be arranged directly on the milk tank. It is also conceivable that a device with a line section is arranged between a cleaning machine and a milking parlour. A device with a line section can also be arranged in lines for milk that is not marketable.
  • the line section can preferably be shut off.
  • the fact that the milk tank is connected to the milking facility via the line section is to be assessed independently of the position of a corresponding shut-off valve. By closing a shut-off valve, a line section cannot lose its property that the milk tank is connected to the milking facility via it.
  • a method for analyzing milk in a line section comprises: a) introducing light into the line section, b) spectrally resolved detection of light which emerges from the line section, c) analyzing the milk for ingredients using the light detected in accordance with step b).
  • the described advantages and features of the device and the arrangement can be applied and transferred to the method, and vice versa.
  • the method is preferably carried out using the device described and in particular using the arrangement described.
  • the device and the arrangement are preferably suitable for carrying out the method described. It is sufficient to carry out steps a) to c) once in each case. This allows a snapshot to be obtained. However, it is preferable for steps a) to c) to be carried out several times in each case. A series of spectra can therefore be recorded and evaluated in each case.
  • the milk can be analyzed at constant time intervals. As a result, a development over time during a milking process can be recorded.
  • an evaluation algorithm is created by machine learning before step c), the milk being analyzed in step c) using the evaluation algorithm.
  • signals from the detection unit are fed to the machine learning program together with corresponding reference values.
  • the reference values can be obtained by additionally analyzing the milk analyzed as described, for example by means of a laboratory test. In this case, patterns between features of the signals of the detection unit and the reference values are recognized.
  • the machine learning program may be part of a separate facility.
  • the machine learning program can be installed on a computer that is not part of the device described here.
  • the machine learning program can be installed on a development tool.
  • the evaluation algorithm can be created with the separate device and then—if the device has an evaluation unit—be transmitted to the evaluation unit.
  • the evaluation algorithm created with the separate device can be transmitted from the separate device to a server used to analyze the milk. This does not require permanent contact between the separate device and the evaluation unit or the server.
  • the signals from the detection unit can be transmitted to the separate device in various ways, for example via the Internet or via a cable connection. If the device has an evaluation unit, the evaluation algorithm created can be transmitted to the evaluation unit in the same way.
  • the separate facility can be spatially separated from the evaluation teech be separated or be arranged together with this in a common housing.
  • the evaluation algorithm can be created or modified by machine learning by the evaluation unit itself or by a server used to analyze the milk, for example by using artificial intelligence.
  • the evaluation algorithm is created once.
  • a learning phase a plurality of signals from the detection unit can be processed with a respective corresponding reference value.
  • the evaluation algorithm is revised, in particular at regular time intervals.
  • a new evaluation algorithm can be created in a new learning phase or the previous evaluation algorithm can be updated.
  • the arrangement described preferably includes a device for creating an evaluation algorithm from signals from the detection unit and corresponding reference values.
  • the device preferably has a machine learning program.
  • the evaluation unit is set up to analyze the milk using signals from the detection unit using the evaluation algorithm.
  • a server that is also used for the analysis of the milk can also be considered as the device.
  • the method preferably includes: d) outputting a signal if an ingredient identified in step c) exceeds a corresponding limit value.
  • Step d) can be used, for example, to give a farmer instructions on how to react to the presence of a specific ingredient.
  • the arrangement can have a display device, via which the instruction for action is displayed in response to the signal output in step d).
  • the signal output in step d) can alternatively or additionally be converted automatically. If, for example, blood is detected in the milk, the milk contaminated in this way can be automatically separated out by switching over a corresponding valve in response to the signal output in step d). Additionally instructions can be displayed to the farmer to examine the affected cow for an injury.
  • the milk is conducted from a milking device through the line section.
  • the milk can be analyzed particularly comprehensively and quickly. This is possible in particular because of the continuous wavelength spectrum of the light source unit.
  • step c) it is determined in step c) whether at least one predetermined component in the milk exceeds a respective limit value.
  • the presence or absence of one or more specific ingredients is examined. This makes sense, for example, for blood and urea as ingredients. A distinction is made between presence and non-presence on the basis of the predetermined limit value.
  • an evaluation algorithm used in step c) is changed.
  • the described analysis of the milk is carried out first with a first evaluation algorithm and then with a second evaluation algorithm.
  • the evaluation algorithm can be changed from the first evaluation algorithm to the second evaluation algorithm, for example by means of a software update.
  • the first evaluation algorithm and the second evaluation algorithm differ from one another, for example with regard to the detectable components of the milk and/or with regard to the measurement accuracy that can be achieved.
  • the following steps are carried out cyclically: A) collecting milk in the line section,
  • step C) draining the milk analyzed in step B) from the line section.
  • the milk in the line section is analyzed discontinuously.
  • the milk is fed into the line section and the line section is blocked in such a way that the milk collects in the line section (step
  • Step B) This can be done particularly reliably because the milk is at rest during the measurement.
  • Step B) is preferably only started after step A) has been completed.
  • the measuring time is preferably between 0.5 and 5 seconds, in particular between 1 and 2 seconds.
  • the line section is preferably closed off during the measurement time. Accordingly, the milk is at rest over the measuring time.
  • the milk can be routed out of the line section (step C)).
  • the barrier can be opened again.
  • Step C) is preferably not started until step B) has been completed.
  • Steps A) to C) are then repeated.
  • Step C) of a cycle can coincide with step A) of the following cycle.
  • the analyzed milk can thus be routed out of the line section by introducing the milk to be analyzed in the following cycle into the line section.
  • step c) If the evaluation algorithm used in step c) is changed, this is preferably done between two cycles in this embodiment.
  • Steps A) to C) can be carried out one after the other as described.
  • the milk can be analyzed discontinuously.
  • the milk is continuously analyzed.
  • the milk can be continuously collected and drained. As a result, this corresponds to a stagnation of the milk.
  • An inlet and/or an outlet of the line section can be dimensioned in such a way that the flow of milk through the line section is delayed. As a result, a particularly high measurement accuracy can be achieved.
  • the invention is explained in more detail below with reference to the figures.
  • the figures show particularly preferred exemplary embodiments to which the invention is not limited.
  • the figures and the proportions shown therein are only schematic. They show: Fig. 1: a first embodiment of an arrangement according to the invention,
  • Fig. 3 a first embodiment of a device according to the invention for
  • 4a, 4b a second embodiment of a device according to the invention for analyzing milk
  • Fig. 6 a first flow chart of a method according to the invention for
  • FIG. 7 a second flowchart of a method according to the invention for analyzing milk
  • FIG. 1 shows an arrangement 10 with a milking device 11 and a milk tank 12.
  • the milking device 11 is connected to the milk tank 12 by a main line 7.
  • the milk can be analyzed.
  • the milking device 11 is connected to the milk tank 12 via the branch 3 and to this extent via the line section 2 .
  • the arrangement 10 has a halogen lamp as the light source unit 4 which emits light with a continuous wavelength spectrum into the line section 2 .
  • the arrangement 10 has a detection unit 5 for spectrally resolved detection of light, which the line section 2 exits.
  • the detection unit 5 is connected to an evaluation unit 6 which is set up to analyze the milk using signals from the detection unit 5 for ingredients.
  • the milk can be analyzed when it is conducted from the milking facility 11 through the line section 2 . During the analysis it can be determined whether at least one predetermined component in the milk exceeds a respective limit value.
  • the line section 2, the light source unit 4, the detection unit 5 and the evaluation unit 6 form a device 1 for analyzing milk.
  • FIG. 2 shows an arrangement 10 which is similar to that of FIG. Only here the light source unit 4 and the detection unit 5 are arranged on opposite sides of the line section 2 . According to FIG. 2, the absorption of light can thus be measured, while according to FIG. 1, the reflection can be measured.
  • FIG. 3 shows part of a first embodiment of an arrangement 10 according to FIG. 1 or 2. Due to the only schematic representation in FIGS. 1 and 2, different embodiments of milking parlors 10 according to FIGS. 1 and 2 can be formed.
  • the main line 7 with a branch 3 is shown.
  • the light source unit 4 and the detection unit 5 are arranged in such a way that the milk in a part of the branch 3 can be analyzed.
  • the branch 3 represents a line section 2.
  • the branch 3 opens into the main line 7 via a first opening 8 and a second opening 9.
  • the first opening 8 is arranged higher in a vertical direction z than the second opening 9.
  • a gaseous component can the first opening 8 can get from the branch 3 into the main line 7, while a liquid component can get from the branch 3 into the main line 7 via the second opening 9.
  • FIG. 4a and 4b show part of a second embodiment of an arrangement 10 according to FIG. 1 or 2.
  • the main line 7 is shown, through which the flow occurs from left to right in this illustration.
  • the line section 2 in the branch 3 can be shut off in this embodiment.
  • a shut-off element 13 is provided for this purpose. In Fig. 4a this is closed.
  • milk can be collected in the line section 2 and analyzed therein.
  • the shut-off relement 13 can be opened and the analyzed milk can be guided out of the line section 2 in this way.
  • new milk can flow into line section 2 .
  • By closing the shut-off element 13 again, this new milk can be collected in the line section 2 .
  • FIG. 5 shows part of a third embodiment of an arrangement 10 according to FIG. 1 or 2.
  • the main line 7 is shown, which here has a cyclone geometry 15 and which is connected to a valve 14 for a teat rubber liner.
  • the valve 14 is part of the milking device 11.
  • the cyclone geometry 15 is used for phase separation, for example of air, foam and milk, and to delay the flow.
  • the cyclone geometry 15 has at least one inlet and at least one outlet.
  • Un below the main line 7 is a measuring range 3 in a line section 2 is arranged.
  • the measurement area 3 is optically accessible from the outside via a transparent window 16 .
  • FIG. 6 illustrates a method for analyzing milk in a line section 2, which can be carried out with the devices 1 and arrangements 10 shown above. The method comprises: a) introducing light into the line section 2, b) spectrally resolved detection of light which emerges from the line section 2, c) analyzing the milk for ingredients using the light detected in accordance with step b
  • FIG. 7 illustrates an embodiment of the method from FIG. 6 in which the evaluation algorithm is changed.
  • the described analysis of the milk is carried out first with a first evaluation algorithm and then with a second evaluation algorithm.
  • FIG. 8 illustrates a further embodiment of the method from FIG. 6, in which the following steps are carried out cyclically: A) collecting milk in line section 2,
  • step C) Discharging the milk analyzed in step B) from line section 2.

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Abstract

The invention relates to a device (1) for analyzing milk, comprising: ▪ a line section (2) for the milk, ▪ a light source unit (4) which emits light into the line section (2), ▪ a detection unit (5) for detecting light exiting from the line section (2), and in particular ▪ an evaluation unit (6) which is designed to analyze the milk in relation to the ingredients based on signals of the detection unit (5).

Description

Analyse von Milch Analysis of milk
Die Erfindung betrifft die Analyse von Milch, insbesondere eine Vorrichtung, eine An ordnung und ein Verfahren dafür. The invention relates to the analysis of milk, in particular to an apparatus, an arrangement and a method therefor.
Rohmilch ist ein bedeutsames Lebensmittel und ein wichtiger Rohstoff für die Nahrungsmittelindustrie. Zum Schutz des Verbrauchers, zur technischen Verarbei tungsfähigkeit sowie zur Marktlenkung muss Rohmilch bestimmten nationalen sowie internationalen Qualitätsanforderungen entsprechen. Raw milk is an important foodstuff and an important raw material for the food industry. Raw milk must meet certain national and international quality requirements to protect the consumer, to be technically processable and to control the market.
Bei Melkvorrichtungen und -verfahren generell und insbesondere beim automati schen und automatisierten Melken mit halb- und auch vollautomatischen Melksyste men spielen erweiterte Funktionen eine wichtige. Insbesondere steht die Gewährleis tung von Qualitätsstandards der Milch, insbesondere auch die Prüfung auf sinnfällig veränderte Milch im Vordergrund. Expanded functions play an important role in milking devices and methods in general and in particular in automatic and automated milking with semi- and also fully automatic milking systems. In particular, the guarantee of quality standards for the milk, in particular checking for obviously altered milk, is a priority.
Es ist bekannt, ermolkene Milch mittelbar oder umittelbar nach einem Melkvor gang spektroskopisch auf Inhaltsstoffe zu analysieren. Dabei wird das charakteristi sche Absorptionsspektrum der Inhaltsstoffe ausgenutzt. Wird Licht einer bestimmten Wellenlänge in die Milch eingeleitet, wird dieses von der Milch absorbiert, sofern die Milch einen Inhaltsstoff aufweist, der diese Wellenlänge absorbiert. It is known to analyze milked milk spectroscopically for ingredients directly or indirectly after a milking process. In doing so, the characteristic absorption spectrum of the ingredients is used. If light of a certain wavelength is introduced into the milk, it will be absorbed by the milk if the milk contains an ingredient that absorbs this wavelength.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, LED's mit einer festen Wellenlänge zur spektroskopischen Analyse zu verwenden. Das ist mit einfachen Bauteilen möglich, die neben der einen LED lediglich einen Lichtsensor und eine einfache Auswerteelektro nik benötigen. Ein derartiges Bauteil ist aber nur für einen bestimmten Inhaltsstoff sen sitiv. Bereits bei der Gestaltung des Bauteils ist daher eine Festlegung erforderlich, welcher Inhaltsstoff dies sein soll. Die Analyse von mehreren verschiedenen Inhalts stoffen erfordert gemäß Stand der Technik einen größeren Aufwand, beispielsweise indem eine Laboruntersuchung durchgeführt wird. Alternativ müssten mehrere Bautei le mit unterschiedlichen LED's verwendet werden. Bei mehreren LED's ist es notwen dig, diese separat nacheinander einzuschalten und damit die Wellenlängen getrennt voneinander zu analysieren. Pro LED wird ein spektraler Wert aufgenommen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik eine Möglichkeit vorzustellen, mit geringem Aufwand verschiedene In haltsstoffe in Milch zu analysieren. It is known from the prior art to use LEDs with a fixed wavelength for spectroscopic analysis. This is possible with simple components that only require a light sensor and simple evaluation electronics in addition to the LED. However, such a component is only sensitive to a specific ingredient. When designing the component, it is therefore necessary to determine which ingredient this should be. According to the state of the art, the analysis of several different ingredients requires greater effort, for example by carrying out a laboratory test. Alternatively, several components with different LEDs would have to be used. If there are several LEDs, it is necessary to switch them on separately one after the other so that the wavelengths can be analyzed separately from one another. A spectral value is recorded for each LED. The object of the present invention is, based on the prior art described, to present a possibility of analyzing various ingredients in milk with little effort.
Diese Aufgabe wird gelöst mit der Vorrichtung, die Anordnung und dem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved with the device, the arrangement and the method according to the independent claims. Further advantageous developments are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Analyse von Milch vorgestellt. Die Vorrich tung umfasst: According to the invention, a device for analyzing milk is presented. The device includes:
■ einen Leitungsabschnitt für die Milch, ■ a line section for the milk,
■ eine Lichtquelleneinheit, welche Licht in den Leitungsabschnitt aussendet, ■ a light source unit which emits light into the line section,
■ eine Detektionseinheit zur spektral aufgelösten Erfassung von Licht, welches aus dem Leitungsabschnitt austritt, und insbesondere ■ a detection unit for the spectrally resolved detection of light which exits from the line section, and in particular
■ eine Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, die Milch anhand von Signalen der Detektionseinheit auf Inhaltsstoffe zu analysieren. ■ an evaluation unit which is set up to analyze the milk for ingredients using signals from the detection unit.
Die beschriebene Vorrichtung dient der Analyse von ermolkener Milch, insbeson dere von Kuhmilch, die mittelbar oder unmittelbar nach einem Melkvorgang analysiert wird. Unter Milch ist dabei nicht nur reine Milch, sondern auch verunreinigte Milch zu verstehen. Ein Gemisch aus reiner Milch und Blut oder Chemikalien wie Reinigungs mitteln oder Dippmitteln stellt verunreinigte Milch dar und wird hierin auch als „Milch" bezeichnet. Unter einer Analyse ist zu verstehen, dass die Milch auf ihre Zusammen setzung untersucht wird. Dabei kann die Milch auf Inhaltsstoffen wie Fett, Protein und Laktose oderauf Kontaminationsstoffe wie Antibiotika, Dippmittel, Reinigungsmittel oder Wasser untersucht werden. Auch kann ermittelt werden, ob feste Partikel, Flo cken, Schaum und Blasen in der Milch enthalten sind. Die Analyse kann darin beste hen, zwischen Vorliegen und Nichtvorliegen von bestimmten Stoffen zu unterschei den, ohne diese Stoffe zu quantifizieren. So kann ermittelt werden, ob die Milch verun reinigt ist. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise festgestellt werden, welchen Fettanteil die Milch hat. Das Nichtvorliegen eines bestimmten Inhaltsstoffs kann insbesondere dadurch festgestellt werden, dass dieser Inhaltsstoff nicht in einer mit der Vorrichtung messba ren Menge in der Milch vorliegt. Die Milch kann beispielsweise darauf untersucht wer den, ob die Milch Blut und/oder Harnstoff enthält. Die mit Blut und/oder Harnstoff ver unreinigte Milch kann dann ausgesondert werden, vorzugsweise bevor diese mit an derer Milch vermischt wird. Zudem kann Blut in Milch auf eine Verletzung des Tieres hinweisen, von dem die Milch stammt. Wird Blut erkannt, kann das entsprechende Tier einer Untersuchung unterzogen werden, um den Gesundheitszustand des Tieres zu verifizieren. Darüber hinaus kann die Analyse darin bestehen, dass Inhaltsstoffe quanti fiziert werden. So kann beispielsweise der Anteil von Protein, Fett und/oder Laktose bestimmt werden. The device described is used for the analysis of milked milk, in particular cow's milk, which is analyzed directly or indirectly after a milking process. Milk is not only to be understood as meaning pure milk, but also contaminated milk. A mixture of pure milk and blood or chemicals such as cleaning agents or dips constitutes contaminated milk and is also referred to herein as "milk". An analysis means that the milk is examined for its composition Ingredients such as fat, protein and lactose or for contaminants such as antibiotics, dipping agents, detergents or water.Also it can be determined whether solid particles, flakes, foam and bubbles are present in the milk.The analysis can consist of between the presence and the absence of certain substances, without quantifying these substances. In this way, it can be determined whether the milk is contaminated. Alternatively or additionally, it can be determined, for example, what fat content the milk has. The absence of a specific ingredient can be determined in particular by the fact that this ingredient is not present in the milk in a quantity that can be measured with the device. For example, the milk can be examined to determine whether the milk contains blood and/or urea. The milk contaminated with blood and/or urea can then be discarded, preferably before it is mixed with other milk. In addition, blood in milk can indicate an injury to the animal from which the milk came. If blood is detected, the relevant animal can be subjected to an examination to verify the animal's health status. In addition, the analysis can consist of quantifying ingredients. For example, the proportion of protein, fat and/or lactose can be determined.
Die Vorrichtung kann zur Prozessüberwachung beitragen. Beispielsweise können mit der Vorrichtung zeitliche Veränderungen in der Zusammensetzung der Milch er kannt werden. Das ist insbesondere bei der Konzentration von Reinigungsmitteln in der Milch relevant. Mit der Vorrichtung kann der Laktationszyklus odereine Trächtig keit eines Tieres erkannt werden. Zudem kann die Vorrichtung zur Flusserkennung genutzt werden. Damit kann beispielsweise zwischen einem Melkvorgang und einem Reinigungsvorgang unterschieden werden. Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, in Reaktion auf die ermittelten Ergebnisse eine Handlungsanweisung auszugeben, beispielsweise in Form eines Alarms oder einer Warnung. The device can contribute to process monitoring. For example, the device can be used to detect changes in the composition of the milk over time. This is particularly relevant for the concentration of cleaning agents in the milk. The device can detect the lactation cycle or pregnancy of an animal. In addition, the device can be used for flow detection. A distinction can thus be made between a milking process and a cleaning process, for example. The device is preferably set up to output an instruction for action in response to the determined results, for example in the form of an alarm or a warning.
Die Vorrichtung umfasst einen Leitungsabschnitt für die Milch. Als Leitungsab schnitt ist ein Teil einer Leitung aufzufassen, durch welche die Milch hindurchfließen kann. Der Leitungsabschnitt kann beispielsweise Teil eines Rohres oder Schlauchs sein. Der Leitungsabschnitt hat mindestens einen Einlass, über welchen die Milch in den Leitungsabschnitt eingeleitet werden kann und mindestens einen Auslass, über den die Milch aus dem Leitungsabschnitt hinaus gelangen kann. Der mindestens eine Einlass und der mindestens eine Auslass sind voneinander verschieden. Der Leitungs abschnitt muss nicht gesondert vom Rest der Leitung abgegrenzt sein. Insbesondere ist nicht erforderlich, dass sich der Leitungsabschnitt über genau ein Rohrbauteil er streckt. Der mindestens eine Einlass und der mindestens eine Auslass definieren ledig lich Anfang beziehungsweise Ende des Leitungsabschnitts und müssen nicht bei- spielsweise mit einer Fuge zwischen aneinandergesetzten Rohrbauteilen zusammen fallen. Der Leitungsabschnitt ist lediglich insoweit körperlich definiert, als dass die Vor richtung dazu eingerichtet ist, die Milch innerhalb des Leitungsabschnitts zu analysie ren. Das bedeutet, dass sich der Leitungsabschnitt mindestens überden Messbereich erstreckt, innerhalb dessen die Milch analysiert werden kann. Der Messbereich muss allerdings nicht den gesamten Leitungsabschnitt umfassen. Insbesondere ist es mög lich, dass sich der Messbereich nicht über einen gesamten Leitungsquerschnitt er streckt. The device comprises a line section for the milk. A section of line is a part of a line through which the milk can flow. The line section can be part of a pipe or hose, for example. The line section has at least one inlet through which the milk can be introduced into the line section and at least one outlet through which the milk can exit the line section. The at least one inlet and the at least one outlet are different from each other. The line section does not have to be separated from the rest of the line. In particular, it is not necessary for the line section to extend over exactly one pipe component. The at least one inlet and the at least one outlet only define the start or end of the line section and do not have to for example, with a joint between pipe components placed together. The line section is physically defined only insofar as the device is arranged to analyze the milk within the line section. This means that the line section extends at least over the measuring range within which the milk can be analysed. However, the measuring range does not have to cover the entire line section. In particular, it is possible that the measuring range does not extend over the entire cable cross section.
Die Vorrichtung weist weiterhin eine Lichtquelleneinheit und eine Detektionsein heit auf. Über die Lichtquelleneinheit kann Licht in den Leitungsabschnitt eingeleitet werden, beispielsweise über ein Fenster in einer Begrenzung des Leitungsabschnitts. Über die Detektionseinheit kann Licht erfasst werden, welches aus der Messkammer austritt, beispielsweise über ein weiteres oder das zuvor beschriebene Fenster in der Begrenzung des Leitungsabschnitts. Die Detektionseinheit ist vorzugsweise auf die Lichtquelleneinheit abgestimmt. Besonders bevorzugt deckt die Detektionseinheit den gesamten von der Lichtquelleneinheit ausgesendeten Spektralbereich ab. Die Detektionseinheit und die Lichtquelleneinheit sind vorzugsweise derart angeordnet, dass das aus dem Leitungsabschnitt austretende Licht, welches von der Lichtquellen einheit stammt, mit der Detektionseinheit detektiert werden kann. Die Detektionsein heitweist einen oder mehrere Detektoren auf. Die Lichtquelleneinheit und die Detekti onseinheit dienen dazu, die Milch spektroskopisch zu analysieren. Das ist dadurch möglich, dass die Detektionseinheit zur spektral aufgelösten Erfassung des Lichts ein gerichtet ist. Das bedeutet, dass mit der Detektionseinheit die Lichtintensität in Ab hängigkeit von der Wellenlänge erfasst werden kann. Mit der Detektionseinheit kann also eine Vielzahl spektraler Einzelwerte aufgenommen werden, insbesondere aus dem gesamten Wellenlängenspektrum des aus dem Leitungsabschnitt austretenden Lichts, welches von der Lichtquelleneinheit stammt. Zur spektral aufgelösten Erfas sung des Lichts umfasst die Detektionseinheit vorzugsweise ein Mittel zur spektralen Zerlegung des Lichts, beispielsweise ein Interferometer oder ein dispersives Element wie ein Gitter oder ein Prisma. Im Falle des dispersiven Elements ist dieses vorzugswei se drehbar gelagert. Alternativ kann ein räumlich auflösender Detektor verwendet werden, mit dem das spektral zerlegte Licht zu einem Messzeitpunkt gemessen wer den kann, beispielsweise ein CCD-Chip. Die Messgenauigkeit ergibt sich in dem Fall insbesondere aus der Auflösung des CCD-Chips. The device also has a light source unit and a detection unit. Light can be introduced into the line section via the light source unit, for example via a window in a boundary of the line section. Light exiting the measurement chamber can be detected via the detection unit, for example via a further window or the window described above in the boundary of the line section. The detection unit is preferably matched to the light source unit. The detection unit particularly preferably covers the entire spectral range emitted by the light source unit. The detection unit and the light source unit are preferably arranged in such a way that the light emerging from the line section and originating from the light source unit can be detected with the detection unit. The detection unit has one or more detectors. The light source unit and the detection unit serve to analyze the milk spectroscopically. This is possible because the detection unit is designed for spectrally resolved detection of the light. This means that the light intensity can be recorded as a function of the wavelength with the detection unit. A large number of individual spectral values can therefore be recorded with the detection unit, in particular from the entire wavelength spectrum of the light emerging from the line section and originating from the light source unit. For the spectrally resolved detection of the light, the detection unit preferably comprises a means for the spectral decomposition of the light, for example an interferometer or a dispersive element such as a grating or a prism. In the case of the dispersive element, this is preferably rotatably mounted. Alternatively, a spatially resolving detector can be used with which the spectrally broken down light can be measured at a measurement time, for example a CCD chip. In this case, the measurement accuracy results in particular from the resolution of the CCD chip.
Bevorzugt weist die Detektionseinheit einen Detektor und ein Interferometer auf. Ein Interferometer ist eine Vorrichtung, welche durch Aufteilung eines Lichtstrahls in zwei Teilstrahlen und durch Zusammenführung der beiden Teilstrahlen mit Gangun terschied Interferenz erzeugt. Das Interferometer und der Detektor sind derart ausge bildet und angeordnet, dass aus dem Leitungsabschnitt austretendes Licht mit dem Interferometer spektral zerlegt und anschließend von dem Detektor detektiert werden kann. Durch die spektrale Zerlegung des Lichts mit dem Interferometer kann die De tektionseinheit das Licht spektral aufgelöst erfassen. Das Interferometer ermöglicht es also, bei dem aus dem Leitungsabschnitt austretenden Licht eine Vielzahl von spektra len Einzelwerten innerhalb des vorzugsweise kontinuierlichen Wellenlängenspekt rums der Lichtquelleneinheit zu ermitteln. Das Interferometer kann beispielsweise ein Michelson-Interferometer oder ein Fabry-Perot-Interferometersein. Diese beiden Inter ferometer haben einen beweglichen Spiegel. Vorzugsweise weist das Interferometer ein, insbesondere genau ein, flexibles Element auf, welches unterschiedliche Teilspek tren des Gesamtspektrums der Lichtquelleneinheit erzeugt. The detection unit preferably has a detector and an interferometer. An interferometer is a device that generates interference by splitting a light beam into two sub-beams and combining the two sub-beams with Gangun difference. The interferometer and the detector are designed and arranged in such a way that light emerging from the line section can be spectrally broken down with the interferometer and then detected by the detector. Due to the spectral decomposition of the light with the interferometer, the detection unit can detect the light in a spectrally resolved manner. The interferometer thus makes it possible to determine a large number of individual spectral values within the preferably continuous wavelength spectrum of the light source unit for the light emerging from the line section. The interferometer can be, for example, a Michelson interferometer or a Fabry-Perot interferometer. These two interferometers have a movable mirror. The interferometer preferably has a flexible element, in particular exactly one, which generates different partial spectra of the overall spectrum of the light source unit.
Die Detektionseinheit kann durch Rückkopplung von Referenzwerten automati siertjustiert und/oder kalibriert werden. Die Detektionseinheit kann künden- und/oder herdenspezifisch angepasst werden. Darüber hinaus können zeitliche Veränderungen der Lichtquelleneinheit ausgeglichen werden. The detection unit can be automatically adjusted and/or calibrated by feedback of reference values. The detection unit can be customized and/or herd-specifically. In addition, changes over time in the light source unit can be compensated for.
Die Vorrichtung ist dadurch dazu eingerichtet, die Milch innerhalb des Leitungs abschnitts zu analysieren, als dass die Lichtquelleneinheit und die Detektionseinheit auf den Leitungsabschnitt ausgerichtet sind. Der mit der Lichtquelleneinheit und der Detektionseinheit gebildete Messbereich zur Analyse der Milch fällt dadurch in den Leitungsabschnitt. Insoweit ist der Leitungsabschnitt gegenüber anderen Leitungstei len ausgezeichnet. The device is set up to analyze the milk within the line section in that the light source unit and the detection unit are aligned with the line section. The measurement area formed with the light source unit and the detection unit for the analysis of the milk thus falls within the line section. In that regard, the line section is distinguished from other line parts.
Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise ein Micro-Electro-Mechanical System, kurz MEMS. Bei einem MEMS handelt es sich um ein Bauteil mit einer beweglichen mikro- skopischen Struktur. Diese kann durch mechanische Beanspruchung oder durch An legen einer elektrischen Spannung betätigt werden. So kann die Detektionseinheit dadurch realisiert sein, dass ein Interferometer mit beweglichem Spiegel als eine sol che mikroskopische Struktur realisiert ist. Die Lichtquelleneinheit kann in fester Aus richtung zum MEMS angeordnet sein, beispielsweise in Form eines gemeinsamen Bauteils oder in einem gemeinsamen Gehäuse. Die Lichtquelleneinheit und die Detek tionseinheit sind vorzugsweise relativ zueinander in einer festen Position und Ausrich tung angeordnet. Eine solche Vorrichtung ist besonders klein, robust, einfach integ rierbar und ermöglicht vergleichsweise einfache Analysen außerhalb eines Labors. Zudem kann eine solche Vorrichtung vergleichsweise einfach und günstig in großen Stückzahlen hergestellt werden. The device preferably comprises a micro-electro-mechanical system, MEMS for short. A MEMS is a device with a moving micro- scopic structure. This can be actuated by mechanical stress or by applying an electrical voltage. Thus, the detection unit can be realized by realizing an interferometer with a movable mirror as such a microscopic structure. The light source unit can be arranged in a fixed direction relative to the MEMS, for example in the form of a common component or in a common housing. The light source unit and the detection unit are preferably arranged in a fixed position and orientation relative to one another. Such a device is particularly small, robust, easy to integrate and enables comparatively simple analyzes outside of a laboratory. In addition, such a device can be produced comparatively easily and inexpensively in large numbers.
Dass die Vorrichtung eine Lichtquelleneinheit aufweist, bedeutet, dass eine oder mehrere Lichtquelleneinheiten vorgesehen sind. Die Lichtquelleneinheit umfasst vor zugsweise eine oder mehrere Lichtquellen. Weist eine Lichtquelleneinheit mehrere Lichtquellen auf, sind diese vorzugsweise identisch zueinander ausgebildet. Alternativ kann durch aufeinander abgestimmte LED's als Lichtquellen ein kontinuierliches Spektrum erhalten werden, welches einen gewünschten Spektralbereich abdeckt. Mehrere Lichtquellen können so angeordnet sein, dass der gesamte Messbereich gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Die Lichtquellen können gleichartig oder unter schiedlich sein. Durch Kombination unterschiedlicher Lichtquellen kann ein beson ders breites Wellenlängenspektrum erhalten werden. Denkbar ist auch, dass die Licht quelleneinheit mehrere diskontinuierliche Lichtquellen aufweist wie beispielsweise Dampflampen, insbesondere Natriumdampflampen oder Quecksilberdampflampen. Auch ist es möglich, dass die Lichtquelleneinheit dadurch ausgebildet ist, dass eine externe Strahlungsquelle eingekoppelt wird, beispielsweise über einen Lichtwellenlei ter. Die Lichtquelleneinheit ist in dem Fall nur durch den Lichtwellenleiter gebildet. The fact that the device has a light source unit means that one or more light source units are provided. The light source unit preferably comprises one or more light sources. If a light source unit has a plurality of light sources, these are preferably designed to be identical to one another. Alternatively, a continuous spectrum that covers a desired spectral range can be obtained by using LEDs that are matched to one another as light sources. Several light sources can be arranged in such a way that the entire measurement area is evenly illuminated. The light sources can be of the same type or different. A particularly broad spectrum of wavelengths can be obtained by combining different light sources. It is also conceivable that the light source unit has a plurality of discontinuous light sources such as, for example, vapor lamps, in particular sodium vapor lamps or mercury vapor lamps. It is also possible for the light source unit to be formed in that an external radiation source is coupled in, for example via an optical waveguide. In this case, the light source unit is formed only by the optical waveguide.
Mit der beschriebenen Vorrichtung kann die Milch in dem Leitungsabschnitt ana lysiert werden. Die Milch kann also analysiert werden, während die Milch durch den Leitungsabschnitt strömt. Es ist nicht erforderlich, Stichproben zu entnehmen und zu analysieren. Das Entnehmen von Stichproben wäre einerseits aufwendiger als die Ana lyse in einem durchströmten Leitungsabschnitt. Andererseits liegen die Ergebnisse einer Stichprobenanalyse typischerweise erst mit Verzögerung vor. Sofern die Milch nach Entnahme der Stichprobe bereits mit anderer Milch vermischt worden wäre, müsste daher gegebenenfalls die gesamte Milch entsorgt werden. Durch die Analyse im Leitungsabschnitt kann hingegen beispielsweise verunreinigte Milch besonders schnell und einfach ausgesondert werden, insbesondere bevor diese Milch mit ande rer Milch vermischt wird. Zudem ermöglicht die beschriebene Vorrichtung eine voll ständige Analyse der Milch, nicht nur die einer Stichprobe. Beispielsweise kann die Vorrichtung eingesetzt werden, um die Milch unmittelbar nach dem Melken zu analy sieren, bevor die Milch in einem Milchtank mit anderer Milch vermischt wird. With the device described, the milk can be analyzed in the line section. The milk can thus be analyzed while the milk is flowing through the line section. There is no need to sample and analyze. On the one hand, taking random samples would be more complex than analyzing a section of pipe through which flow was taking place. On the other hand, the results lie a sample analysis typically only with a delay. If the milk had already been mixed with other milk after the sample was taken, all of the milk might have to be discarded. By contrast, the analysis in the line section makes it possible, for example, to separate out contaminated milk particularly quickly and easily, in particular before this milk is mixed with other milk. In addition, the device described enables a complete analysis of the milk, not just a random sample. For example, the device can be used to analyze the milk immediately after milking, before the milk is mixed with other milk in a milk tank.
Vorzugsweise sendet die Lichtquelleneinheit Licht mit einem kontinuierlichen Wellenlängenspektrum in den Leitungsabschnitt aus. Unter einem kontinuierlichen Wellenlängenspektrum ist zu verstehen, dass es einen Wellenlängenbereich gibt, von dem jede Wellenlänge in dem von der Lichtquelleneinheit ausgesandten Licht enthal ten ist. Das Wellenlängenspektrum weist also jedenfalls einen Abschnitt ohne Lücke auf. Das schließt nicht aus, dass das Wellenlängenspektrum mehrere kontinuierliche Abschnitte aufweist, zwischen denen eine jeweilige Lücke vorliegt. Bevorzugt ist aller dings, dass das Wellenlängenspektrum insgesamt lückenfrei ist. Das Wellenlängen spektrum ist vorzugsweise ein breitbandiges kontinuierliches Wellenlängenspektrum. Der Begriff „breitbandig" ist relativ zum Detektionsbereich der Detektionseinheit zu verstehen. Das Wellenlängenspektrum weist vorzugsweise Wellenlängen auf, die um mindestens 200 nm, insbesondere um mindestens 500 nm auseinander liegen. In dem Fall deckt das Wellenlängenspektrum zumindest einen 200 nm beziehungsweise ei nen 500 nm breiten Wellenlängenbereich ab, von dem jede Wellenlänge in dem Licht enthalten ist. Besonders bevorzugt deckt das Wellenlängenspektrum zumindest die Wellenlängen im Bereich von 1350 bis 2500 nm ab. Das Wellenlängenspektrum liegt vorzugsweise im Bereich des nahen Infrarots und/oder im Bereich des mittleren Infra rots. In dem Fall handelt es sich bei der Analyse der Milch um Infrarot-Spektroskopie. Denkbar ist aber auch, dass das Wellenlängenspektrum des Bereichs des sichtbaren Lichts ganz oder vollständig und/oder den UV-Bereich ganz oder vollständig abdeckt. Besonders bevorzugt deckt das Wellenlängenspektrum einen Wellenlängenbereich ab, mit dem chemische Bindungen in der zu analysierenden Milch angeregt werden können. So kann der sogenannte spektrale Fingerabdruck der Milch ermittelt werden. Das Wellenlängenspektrum des von der Lichtquelleneinheit ausgesendeten Lichts ist vorzugsweise in jedenfalls einem Abschnitt stetig. Beispielsweise kann es sich bei dem Wellenlängenspektrum um ein Plancksches Spektrum handeln, wie es bei der Schwarzkörperstrahlung vorliegt. The light source unit preferably emits light with a continuous wavelength spectrum into the line section. A continuous wavelength spectrum means that there is a range of wavelengths, each wavelength of which is contained in the light emitted from the light source unit. In any case, the wavelength spectrum therefore has a section without a gap. This does not rule out that the wavelength spectrum has several continuous sections, between which there is a respective gap. However, it is preferred that the wavelength spectrum as a whole is gap-free. The wavelength spectrum is preferably a broadband continuous wavelength spectrum. The term "broadband" is to be understood relative to the detection range of the detection unit. The wavelength spectrum preferably has wavelengths that are at least 200 nm, in particular at least 500 nm apart. In this case, the wavelength spectrum covers at least one 200 nm or one 500 nm broad wavelength range from which each wavelength is contained in the light.Particularly preferably, the wavelength spectrum covers at least the wavelengths in the range from 1350 to 2500 nm.The wavelength spectrum is preferably in the near infrared range and/or in the mid infrared range. In this case, the analysis of the milk involves infrared spectroscopy. However, it is also conceivable that the wavelength spectrum of the visible light range covers all or all of it and/or the UV range completely or all of it wavelength range with which chemical B cations in the milk to be analyzed can be stimulated be able. In this way, the so-called spectral fingerprint of the milk can be determined. The wavelength spectrum of the light emitted by the light source unit is preferably continuous in at least one section. For example, the wavelength spectrum can be a Planck spectrum, as is the case with blackbody radiation.
Durch die Lichtquelleneinheit mit kontinuierlichem Spektrum kann die Milch auf verschiedene Inhaltsstoffe analysiert werden. Das kann insbesondere nach Art der dispersiven Spektroskopie erfolgen. Die Vorrichtung ist daher nicht auf die Analyse eines einzelnen Inhaltsstoffs beschränkt. Bei der Gestaltung der Vorrichtung ist daher keine Festlegung auf einen bestimmten Inhaltsstoff erforderlich. Insoweit ist die be schriebene Vorrichtung besonders flexibel. The light source unit with a continuous spectrum allows the milk to be analyzed for various components. This can be done in particular in the manner of dispersive spectroscopy. The device is therefore not limited to the analysis of a single ingredient. When designing the device, it is therefore not necessary to specify a specific ingredient. In that regard, the device described be particularly flexible.
Die Vorrichtung weist weiterhin vorzugsweise eine Auswerteeinheit auf. Die Aus werteeinheit ist dazu eingerichtet, die Milch anhand von Signalen der Detektionsein heit auf Inhaltsstoffe zu analysieren. Die Auswerteeinheit kann in einem Gehäuse zu sammen mit der Lichtquelleneinheit und der Detektionseinheit angeordnet sein. The device also preferably has an evaluation unit. The evaluation unit is set up to analyze the milk for ingredients using signals from the detection unit. The evaluation unit can be arranged in a housing together with the light source unit and the detection unit.
Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung einer Auswerteeinheit als Teil der Vor richtung kann die Analyse der Milch auch außerhalb der Vorrichtung erfolgen, bei spielsweise durch einen zentralen Server und/oder durch eine Cloud-Anwendung. Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine Schnittstelle auf, über welche die Signale der Detektionseinheit ausgegeben werden können, insbesondere an eine Auswerteein heit, welche dazu eingerichtet ist, anhand von Signalen der Detektionseinheit Be standteile der Milch zu identifizieren. Die Vorrichtung und die Auswerteeinheit können überein Kabel, über eine drahtlose Verbindung und/oder übereine Internetverbin dung miteinander verbunden sein. As an alternative or in addition to using an evaluation unit as part of the device, the milk can also be analyzed outside of the device, for example by a central server and/or by a cloud application. The device preferably has an interface via which the signals from the detection unit can be output, in particular to an evaluation unit which is set up to identify components of the milk using signals from the detection unit. The device and the evaluation unit can be connected to one another via a cable, via a wireless connection and/or via an Internet connection.
Zur Analyse der Milch, insbesondere mit der Auswerteeinheit, können die von der Detektionseinheit ausgesandten Signale nach Art der dispersiven Spektroskopie aus gewertet werden. Dazu wird vorzugsweise ein komplexer Auswertealgorithmus ver wendet, mit welchem die Präsenz und optional auch die Konzentration von Inhaltsstof fen der Milch berechnet werden können. Der Auswertealgorithmus verwendet die ge- messenen spektralen Informationen als Eingangsparameter und berechnet daraus die gewünschten zu ermittelnden Kenngrößen oder Werte. To analyze the milk, in particular with the evaluation unit, the signals emitted by the detection unit can be evaluated in the manner of dispersive spectroscopy. A complex evaluation algorithm is preferably used for this purpose, with which the presence and optionally also the concentration of ingredients in the milk can be calculated. The evaluation algorithm uses the measured spectral information as an input parameter and uses this to calculate the desired parameters or values to be determined.
Der Auswertealgorithmus kann von einem gesonderten System mit Hilfe von Refe renzdaten und/oder unter Verwendung eines maschinellen Lernprogramms erhalten werden. Die von der Detektionseinheit ausgesandten Signale enthalten Informationen zu dem von der Detektionseinheit erfassten Licht. Insbesondere im Falle einer Licht- quelleneinheit mit kontinuierlichem Spektrum kann die Vorrichtung besonders einfach umgestellt werden, um andere Inhaltsstoffe zu analysieren. Insbesondere ist dazu kei ne Änderung der Hardware erforderlich. Stattdessen genügt es, den Auswerte algorithmus zu ändern. Auch ist es möglich, durch Anpassung der Software der Aus werteeinheit die Messgenauigkeit einzustellen, beispielsweise im Wechselspiel mit einer Messdauer. Die Analyse kann also durch eine Veränderung der Software, bei spielsweise durch ein Software- Update, verändert werden. Durch ein Software- Update kann insbesondere der Funktionsumfang der Auswertung erweitert werden, bei spielsweise durch Freischaltung einer zuvor gesperrten Funktion bzw. einer Funkti onserweiterung (tatsächliches Hinzufügen der Funktion). Die Funktionsweise der Auswertung kann also ohne konstruktive Änderung verändert werden. The evaluation algorithm can be obtained from a separate system using reference data and/or using a machine learning program. The signals emitted by the detection unit contain information about the light detected by the detection unit. Particularly in the case of a light source unit with a continuous spectrum, the device can be switched over particularly easily in order to analyze other ingredients. In particular, no change to the hardware is required for this. Instead, it is sufficient to change the evaluation algorithm. It is also possible to adjust the measurement accuracy by adapting the software of the evaluation unit, for example in interaction with a measurement duration. The analysis can therefore be changed by changing the software, for example by a software update. A software update can be used to expand the functionality of the evaluation, for example by enabling a previously disabled function or functional expansion (actual addition of the function). The functionality of the evaluation can therefore be changed without any design changes.
Die Auswertung erfolgt vorzugsweise nach Art der Fouriertransformations- Spektroskopie, insbesondere nach Art der Infratrot- Fouriertransformations- Spektroskopie (kurz FTIR). An dem dabei erhaltenen Spektrum kann erkannt werden, welche Inhaltsstoffe in der Milch vorhanden sind. Beispielsweise kann bestimmt wer den, ob das Spektrum einen Peak bei einer charakteristischen Wellenlänge eines be stimmten Inhaltsstoffs aufweist. Auch können die Inhaltsstoffe quantifiziert werden. Dazu kann die Höhe eines Peaks ermittelt werden. The evaluation is preferably carried out in the manner of Fourier transformation spectroscopy, in particular in the manner of infrared Fourier transformation spectroscopy (FTIR for short). The spectrum obtained in this way can be used to identify which ingredients are present in the milk. For example, it can be determined whether the spectrum has a peak at a characteristic wavelength of a particular ingredient. The ingredients can also be quantified. For this purpose, the height of a peak can be determined.
Die Analyse der Milch kann anhand des von der Milch reflektierten und/oder ab sorbierten Licht erfolgen. Um das reflektierte Licht zu verwenden, sind die Lichtquel leneinheit und mindestens ein Detektor der Detektionseinheit auf der gleichen Seite des Leitungsabschnitts angeordnet. Das Licht von der Lichtquelleneinheit kann so in den Leitungsabschnitt eingeleitet werden, in dem Leitungsabschnitt von der Milch reflektiert werden und aus dem Leitungsabschnitt in den mindestens einen Detektor der Detektionseinheit gelangen. Die Lichtquelleneinheit und die Detektionseinheit können nebeneinander angeordnet sein, beispielsweise innerhalb eines gemeinsa men Gehäuses. Aufgrund der Möglichkeit dieser kompakten Bauweise ist diese Aus gestaltung bevorzugt. Insbesondere in dieser Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Vorrichtung einen MEMS umfasst. The milk can be analyzed using the light reflected and/or absorbed by the milk. In order to use the reflected light, the light source unit and at least one detector of the detection unit are arranged on the same side of the line section. The light from the light source unit can thus be introduced into the line section, be reflected by the milk in the line section and reach the at least one detector of the detection unit from the line section. The light source unit and the detection unit can be arranged side by side, for example within a common housing. Due to the possibility of this compact design, this design is preferred. In particular in this configuration it is preferred that the device comprises a MEMS.
Um das absorbierte Licht zu verwenden, sind die Lichtquelleneinheit und mindes tens ein Detektor der Detektionseinheit auf einander gegenüberliegenden Seiten des Leitungsabschnitts angeordnet. Der Leitungsabschnitt ist in dem Fall zwischen der Lichtquelleneinheit und dem mindestens einen Detektor der Detektionseinheit ange ordnet. Das Licht von der Lichtquelleneinheit kann so in den Leitungsabschnitt einge leitet werden und, soweit nicht im Leitungsabschnitt von der Milch absorbiert, aus dem Leitungsabschnitt in den Detektor gelangen. In order to use the absorbed light, the light source unit and at least one detector of the detection unit are arranged on opposite sides of the line section. In this case, the line section is arranged between the light source unit and the at least one detector of the detection unit. The light from the light source unit can thus be introduced into the line section and, insofar as it is not absorbed by the milk in the line section, can reach the detector from the line section.
Weist die Detektionseinheit mehrere Detektoren auf, sind diese vorzugsweise alle auf der gleichen Seite des Leitungsabschnitts angeordnet. Es kann also entweder das reflektierte Licht mit allen Detektoren erfasst werden oder das Fehlen des absorbierten Lichts mit allen Detektoren erfasst werden. Denkbar ist aber auch, dass die Detektions einheit sowohl auf der Seite der Lichtquelleneinheit als auch auf der gegenüberlie genden Seite jeweils einen oder mehrere Detektoren aufweist. In dem Fall können so wohl das reflektierte als auch das absorbierte Licht berücksichtigt werden. If the detection unit has a plurality of detectors, these are preferably all arranged on the same side of the line section. So either the reflected light can be detected with all detectors or the absence of the absorbed light can be detected with all detectors. However, it is also conceivable for the detection unit to have one or more detectors both on the side of the light source unit and on the opposite side. In that case, both the reflected and the absorbed light can be taken into account.
Das von der Lichtquelleneinheit ausgesandte Spektrum kann sich mit der Zeit ver ändern. Daher ist es bevorzugt, dass das von der Lichtquelleneinheit ausgesandte Spektrum in regelmäßigen Abständen als Referenz gemessen wird. Besonders bevor zugt wird unmittelbar vor jeder Messung zur Analyse ein jeweiliges Referenzspektrum aufgenommen. Erfolgt die Analyse anhand des reflektierten Lichts, kann das zur Ana lyse gemessene Spektrum mit einem Referenzspektrum verglichen werden, welches mit einem idealen Reflektor gemessen wurde. Erfolgt die Analyse anhand des absor bierten Lichts, kann das zur Analyse gemessene Spektrum mit einem Referenzspekt rum verglichen werden, welches bei leerem Leitungsabschnitt gemessen wurde. The spectrum emitted by the light source unit can change over time. It is therefore preferred that the spectrum emitted by the light source unit is measured at regular intervals as a reference. A respective reference spectrum is particularly preferably recorded immediately before each measurement for analysis. If the analysis is based on the reflected light, the spectrum measured for analysis can be compared with a reference spectrum that was measured with an ideal reflector. If the analysis is based on the absorbed light, the spectrum measured for analysis can be compared with a reference spectrum that was measured with an empty line section.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin eine Hauptleitung auf, wobei der Leitungsabschnitt von der Hauptleitung abzweigt und in die Hauptleitung mündet. Der Leitungsabschnitt verläuft parallel zur Hauptleitung. Dadurch wird in dieser Ausführungsform zwar nicht die gesamte Milch analysiert. Dennoch ermöglicht die Vorrichtung eine umfassendere Analyse der Milch als die Untersuchung von einzelnen Sichtproben. Schließlich kann mit der beschriebenen Vorrichtung ein Teil des Milch stroms durchgehend untersucht werden. In a preferred embodiment, the device also has a main line, with the line section branching off from the main line and ending in the main line. The line section runs parallel to the main line. As a result, not all of the milk is analyzed in this embodiment. Nevertheless, the device enables a more comprehensive analysis of the milk than the examination of individual visual samples. Finally, with the device described, part of the milk flow can be continuously examined.
Das Begriff „Hauptleitung" bezieht sich in Abgrenzung von dem Begriff „Abzwei gung" lediglich auf den Umstand, dass die Analyse der Milch in dem abgezweigten Leitungsabschnitt und damit in einem gesonderten Leitungsteil erfolgt. Es ist nicht erforderlich, dass die Hauptleitung einen größeren Strömungsquerschnitt hat als der abgezweigte Leitungsabschnitt. The term "main line" as distinct from the term "branch" refers only to the fact that the analysis of the milk takes place in the branched line section and thus in a separate line part. It is not necessary for the main line to have a larger flow cross section than the branched line section.
Stromauf des Messbereichs weist der Leitungsabschnitt vorzugsweise ein Filter sieb auf. Dieses kann beispielsweise an einer Abzweigungsstelle angeordnet sein, an welcher der Abzweig von der Hauptleitung abzweigt. Durch das Filtersieb können fes te Partikel einer entsprechenden Mindestgröße aus dem Leitungsabschnitt ferngehal ten werden. Dadurch kann eine Verstopfung des Leitungsabschnitts verhindert wer den. Upstream of the measuring area, the line section preferably has a filter screen. This can be arranged, for example, at a branch point at which the branch branches off from the main line. The filter sieve can keep solid particles of a corresponding minimum size out of the line section. This can prevent the line section from becoming clogged.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung mündet der Ab zweig über eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung in die Hauptleitung, wobei die erste Öffnung und die zweite Öffnung in einer Höhenrichtung voneinander beab- standet angeordnet sind. In a further preferred embodiment of the device, the branch opens into the main line via a first opening and a second opening, the first opening and the second opening being spaced apart from one another in a vertical direction.
Die Höhenrichtung bezieht sich auf die Orientierung der Vorrichtung im bestim mungsgemäßen Gebrauch. Durch die Beabstandung der Öffnungen in Höhenrichtung kann die weiter unten angeordnete Öffnung vordergründig für flüssige Komponenten im Leitungsabschnitt dienen, während gasförmige Komponenten vordergründig durch die obere der Öffnungen zurück in die Hauptleitung gelangen können. Durch diese Trennung können die flüssigen Komponenten besonders ungestört im unteren Bereich des Leitungsabschnitts strömen. Daher kann die Milch mit besonders hoher Messgenauigkeit analysiert werden. Das ist insbesondere in der bevorzugten Ausge staltung der Fall, in der die Lichtquelleneinheit und die Detektionseinheit auf Höhe der unteren Hälfte des Leitungsabschnitts angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Lichtquelleneinheit und die Detektionseinheit unterhalb des Leitungsabschnitts an geordnet. Dies bezieht sich jeweils auf die Anordnung der Lichtquelleneinheit und der Detektionseinheit in der Höhenrichtung. The height direction refers to the orientation of the device in its intended use. Due to the spacing of the openings in the height direction, the opening arranged further down can be used primarily for liquid components in the line section, while gaseous components can primarily get back into the main line through the upper one of the openings. Due to this separation, the liquid components can flow particularly undisturbed in the lower area of the line section. Therefore, the milk can be analyzed with a particularly high measurement accuracy. This is particularly the case in the preferred embodiment in which the light source unit and the detection unit are arranged at the level of the lower half of the line section. Those are particularly preferred Light source unit and the detection unit arranged below the line section. This relates to the arrangement of the light source unit and the detection unit in the height direction, respectively.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind ein Einlauf und/oder ein Aus lauf des Leitungsabschnitts derart dimensioniert, dass die Strömung der Milch durch den Leitungsabschnitt verzögert wird. In a further preferred embodiment, an inlet and/or an outlet of the line section are dimensioned in such a way that the flow of milk through the line section is delayed.
Die Strömung ist in dieser Ausführungsform innerhalb des Leitungsabschnitts ge ringer als davor und/oder dahinter. Eine Verzögerung der Strömung wirkt sich günstig auf die Messung und damit verbunden auf die die Präzision aus. Trotzdem findet ein stetiger Flüssigkeitsaustausch statt. In this embodiment, the flow within the line section is smaller than in front of it and/or behind it. Delaying the flow has a favorable effect on the measurement and, as a result, on the precision. Nevertheless, a constant exchange of liquid takes place.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Leitungsabschnitt ab- sperrbar, insbesondere durch ein Absperrelement innerhalb des Leitungsabschnitts. In a further preferred embodiment, the line section can be shut off, in particular by a shut-off element inside the line section.
In dieser Ausführungsform kann die Milch vollständig gestaut werden, um die Analyse durchzuführen. Die Analyse erfolgt diskontinuierlich. Dadurch kann eine be sonders hohe Messgenauigkeit erzielt werden. In this embodiment, the milk can be fully dammed to perform the analysis. The analysis is discontinuous. As a result, a particularly high measurement accuracy can be achieved.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Lichtquelleneinheit eine Glühemissionsquelle. In a further preferred embodiment of the device, the light source unit comprises a glow emission source.
Glühemissionsquellen senden ein kontinuierliches Wellenlängenspektrum aus. Zudem sind diese vergleichsweise günstig. Die Glühemissionsquelle ist vorzugsweise eine Halogenlampe. Eine solche verfügt über eine hohe und gerichtete Intensität.Incandescent emission sources emit a continuous spectrum of wavelengths. In addition, they are comparatively cheap. The incandescent emission source is preferably a halogen lamp. Such has a high and directional intensity.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung vorgestellt. Die Anordnung umfasst: As a further aspect of the invention, an arrangement is presented. The arrangement includes:
■ eine Melkeinrichtung, ■ a milking facility,
■ eine Vorrichtung zur Analyse von Milch, umfassend ■ a device for analyzing milk, comprising
■ einen Leitungsabschnitt für die Milch, ■ a line section for the milk,
■ eine Lichtquelleneinheit, welche Licht in den Leitungsabschnitt aussendet, ■ a light source unit which emits light into the line section,
■ eine Detektionseinheit zur spektral aufgelösten Erfassung von Licht, welches aus dem Leitungsabschnitt austritt, und insbesondere ■ eine Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, die Milch anhand von Signa len der Detektionseinheit auf Inhaltsstoffe zu analysieren. ■ a detection unit for the spectrally resolved detection of light which exits from the line section, and in particular ■ an evaluation unit which is set up to analyze the milk for ingredients using signals from the detection unit.
Die Melkeinrichtung ist mit dem Leitungsabschnitt der Vorrichtung verbunden. The milking device is connected to the line section of the device.
Die beschriebenen Vorteile und Merkmale der Vorrichtung sind auf die Anord nung anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Die in der Anordnung enthaltene Vorrichtung ist vorzugsweise wie die zuvor beschriebene Vorrichtung ausgebildet. The described advantages and features of the device are applicable and transferrable to the arrangement, and vice versa. The device contained in the arrangement is preferably designed like the device described above.
Die Anordnung dient vorzugsweise dem Melken von Kühen. Die Melkeinrichtung ist vorzugsweise als ein Melkzeug ausgebildet. Vorzugsweise weist die Anordnung einen Milchtank auf, welcher über den Leitungsabschnitt mit der Melkeinrichtung ver bunden ist. Die Anordnung umfasst vorzugsweise mehrere Melkeinrichtungen, die mit dem Milchtank verbunden sind. Bevor die Milch von einer der Melkeinrichtungen in den Milchtank gelangt, wird jedenfalls ein Teil der Milch analysiert. Gegebenenfalls kann die Milch ausgesondert werden, bevor sie im Milchtank mit anderer Milch ver mischt wird. Für die Analyse umfasst die Anordnung die zuvor beschriebene Vorrich tung. Der Leitungsabschnitt der Vorrichtung kann dabei an einer beliebigen Stelle zwi schen Tier und Milchtank angeordnet sein. The arrangement is preferably used for milking cows. The milking device is preferably designed as a milking cluster. The arrangement preferably has a milk tank which is connected to the milking device via the line section. The arrangement preferably comprises several milking devices connected to the milk tank. In any case, before the milk reaches the milk tank from one of the milking devices, part of the milk is analyzed. Optionally, the milk can be discarded before it is mixed with other milk in the milk tank. For the analysis, the arrangement includes the device previously described. The line section of the device can be arranged at any point between the animal and the milk tank.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Milchtank auf, der über den Leitungs abschnitt mit der Melkeinrichtung verbunden ist. Das bedeutet, dass eine Verbindung zwischen dem Milchtank und der Melkeinrichtung den Leitungsabschnitt umfasst. Der Leitungsabschnitt muss sich aber nicht von dem Milchtank bis zur Melkeinrichtung erstrecken. Es ist sogar bevorzugt, dass zwischen der Melkeinrichtung und dem Milch tank weitere Element angeordnet sind, wie beispielsweise eine Milchschleuse. Auch ist es nicht erforderlich, dass der Milchtank und die Melkeinrichtung ausschließlich über den Leitungsabschnitt miteinander verbunden sind. Es ist sogar bevorzugt, dass eine Hauptleitung mit dem Milchtank und der Melkeinrichtung verbunden ist und dass der Leitungsabschnitt in einem Abzweig angeordnet ist, der von der Hauptleitung ab zweigt und der wieder in die Hauptleitung mündet. The device preferably has a milk tank which is connected to the milking device via the line section. This means that a connection between the milk tank and the milking facility comprises the line section. However, the line section does not have to extend from the milk tank to the milking facility. It is even preferred that further elements are arranged between the milking facility and the milk tank, such as a milk sluice. It is also not necessary for the milk tank and the milking device to be connected to one another exclusively via the line section. It is even preferred that a main line is connected to the milk tank and the milking facility and that the line section is arranged in a branch which branches off from the main line and which again opens into the main line.
Beispielsweise kann der Leitungsabschnitt so angeordnet sein, dass die Milch ei ner bestimmten Zitze analysiert werden kann. Vorzugsweise ist in dem Fall für jede Zitze jeweils eine Vorrichtung vorgesehen, so dass die Milch eines Tieres zitzenindivi- duell analysiert werden kann. Diese Analyse kann im Falle von Kühen auch als viertel individuell bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorrichtung mit einem Leitungsabschnitt stromab eines Milchsammelstücks angeordnet sein, so dass die Milch tierindividuell analysiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorrichtung mit einem Leitungsabschnitt zwischen Melkstand und Milchtank ange ordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorrichtung mit einem Leitungsab schnitt im Bereich einer Zusammenführung der Milch von mehreren Melkständen an geordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorrichtung mit einem Leitungsab schnitt unmittelbar am Milchtank angeordnet sein. Denkbar ist es auch, dass eine Vor- richtung mit einem Leitungsabschnitt zwischen einem Reinigungsautomaten und ei nem Melkstand angeordnet ist. Auch in Leitungen für nicht verkehrsfähige Milch kann eine Vorrichtung mit einem Leitungsabschnitt angeordnet sein. For example, the line section can be arranged in such a way that the milk of a specific teat can be analysed. In this case, a device is preferably provided for each teat, so that the milk of an animal is teat-individually can be duel analyzed. This analysis can also be referred to as quarter individual in the case of cows. Alternatively or additionally, a device with a line section can be arranged downstream of a milk collecting piece, so that the milk can be analyzed individually for each animal. Alternatively or additionally, a device with a line section between the milking parlor and the milk tank can be arranged. Alternatively or additionally, a device with a line section can be arranged in the area where the milk from several milking parlors is brought together. Alternatively or additionally, a device with a line section can be arranged directly on the milk tank. It is also conceivable that a device with a line section is arranged between a cleaning machine and a milking parlour. A device with a line section can also be arranged in lines for milk that is not marketable.
Der Leitungsabschnitt ist vorzugsweise absperrbar. Dass der Milchtank überden Leitungsabschnitt mit der Melkeinrichtung verbunden ist, ist unabhängig von der Stel- lung eines entsprechenden Absperrventils zu beurteilen. Durch Schließen eines Ab sperrventils kann ein Leitungsabschnitt also nicht seine Eigenschaft verlieren, dass über ihn der Milchtank mit der Melkeinrichtung verbunden ist. The line section can preferably be shut off. The fact that the milk tank is connected to the milking facility via the line section is to be assessed independently of the position of a corresponding shut-off valve. By closing a shut-off valve, a line section cannot lose its property that the milk tank is connected to the milking facility via it.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Analyse von Milch in ei nem Leitungsabschnitt vorgestellt. Das Verfahren umfasst: a) Einleiten von Licht in den Leitungsabschnitt, b) Spektral aufgelöstes Detektieren von Licht, welches aus dem Leitungsabschnitt austritt, c) Analysieren der Milch auf Inhaltsstoffe anhand des gemäß Schritt b) detektierten Lichts. Die beschriebenen Vorteile und Merkmale der Vorrichtung und der Anordnung sind auf das Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Das Verfahren wird vorzugsweise mit der beschriebenen Vorrichtung und insbesondere mit der beschrie benen Anordnung durchgeführt. Die Vorrichtung und die Anordnung sind vorzugs weise zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet. Es genügt, die Schritte a) bis c) jeweils einmal durchzuführen. Dadurch kann eine Momentaufnahme erhalten werden. Bevorzugt ist allerdings, dass die Schritte a) bis c) jeweils mehrfach durchgeführt werden. Es kann also eine Serie von Spektren aufge nommen und jeweils ausgewertet werden. So kann die Milch insbesondere in konstan ten zeitlichen Abständen analysiert werden. Dadurch kann eine zeitliche Entwicklung während eines Melkvorgangs erfasst werden. As a further aspect of the invention, a method for analyzing milk in a line section is presented. The method comprises: a) introducing light into the line section, b) spectrally resolved detection of light which emerges from the line section, c) analyzing the milk for ingredients using the light detected in accordance with step b). The described advantages and features of the device and the arrangement can be applied and transferred to the method, and vice versa. The method is preferably carried out using the device described and in particular using the arrangement described. The device and the arrangement are preferably suitable for carrying out the method described. It is sufficient to carry out steps a) to c) once in each case. This allows a snapshot to be obtained. However, it is preferable for steps a) to c) to be carried out several times in each case. A series of spectra can therefore be recorded and evaluated in each case. In particular, the milk can be analyzed at constant time intervals. As a result, a development over time during a milking process can be recorded.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird vor Schritt c) ein Auswer tealgorithmus durch maschinelles Lernen erstellt, wobei die Milch in Schritt c) unter Verwendung des Auswertealgorithmus analysiert wird. In a preferred embodiment of the method, an evaluation algorithm is created by machine learning before step c), the milk being analyzed in step c) using the evaluation algorithm.
Zur Erstellung des Auswertealgorithmus werden Signale der Detektionseinheit zu sammen mit entsprechenden Referenzwerten dem maschinellen Lernprogramm zuge führt. Die Referenzwerte können erhalten werden, indem die wie beschrieben analy sierte Milch zusätzlich beispielsweise durch eine Laboruntersuchung analysiert wird. Dabei werden Muster zwischen Merkmalen der Signale der Detektionseinheit und den Referenzwerten erkannt. To create the evaluation algorithm, signals from the detection unit are fed to the machine learning program together with corresponding reference values. The reference values can be obtained by additionally analyzing the milk analyzed as described, for example by means of a laboratory test. In this case, patterns between features of the signals of the detection unit and the reference values are recognized.
Das maschinelle Lernprogramm kann Teile einer gesonderten Einrichtung sein. Insbe sondere kann das maschinelle Lernprogramm auf einem Computer installiert sein, der nicht Teil der hier beschriebenen Vorrichtung ist. Das maschinelle Lernprogramm kann beispielsweise auf einem Entwicklungswerkzeug installiert sein. The machine learning program may be part of a separate facility. In particular, the machine learning program can be installed on a computer that is not part of the device described here. For example, the machine learning program can be installed on a development tool.
Der Auswertealgorithmus kann mit der gesonderten Einrichtung erstellt werden und anschließend - sofern die Vorrichtung eine Auswerteeinheit aufweist - an die Auswer teeinheit übermittelt werden. Alternativ kann der mit der gesonderten Einrichtung er stellte Auswertealgorithmus von der gesonderten Einrichtung an einen zur Analyse der Milch verwendeten Server übermittelt werden. Dazu ist kein dauerhafter Kontakt zwi schen der gesonderten Einrichtung und der Auswerteeinheit beziehungsweise dem Server erforderlich. Die Signale der Detektionseinheit können auf verschiedene Weise an die gesonderte Einrichtung übermittelt werden, beispielswiese über das Internet oder über eine Kabelverbindung. Sofern die Vorrichtung eine Auswerteeinheit auf weist, kann der erstellte Auswertealgorithmus auf gleichem Wege an die Auswerteein heit übermittelt werden. Die gesonderte Einrichtung kann räumlich von der Auswer- teeinheit getrennt sein oder mit dieser zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. The evaluation algorithm can be created with the separate device and then—if the device has an evaluation unit—be transmitted to the evaluation unit. Alternatively, the evaluation algorithm created with the separate device can be transmitted from the separate device to a server used to analyze the milk. This does not require permanent contact between the separate device and the evaluation unit or the server. The signals from the detection unit can be transmitted to the separate device in various ways, for example via the Internet or via a cable connection. If the device has an evaluation unit, the evaluation algorithm created can be transmitted to the evaluation unit in the same way. The separate facility can be spatially separated from the evaluation teeinheit be separated or be arranged together with this in a common housing.
Der Auswertealgorithmus kann durch maschinelles Lernen von der Auswerteeinheit oder einem zur Analyse der Milch verwendeten Server selbst erstellt oder verändert werden, beispielsweise durch Verwendung künstlicher Intelligenz. The evaluation algorithm can be created or modified by machine learning by the evaluation unit itself or by a server used to analyze the milk, for example by using artificial intelligence.
Es genügt, dass der Auswertealgorithmus einmalig erstellt wird. So kann beispielswei se in einer Lernphase eine Mehrzahl von Signalen der Detektionseinheit mit einem jeweils entsprechenden Referenzwert verarbeitet werden. Es ist bevorzugt, dass insbe sondere in regelmäßigen Zeitabständen der Auswertealgorithmus überarbeitet wird. Dazu kann in einer neuen Lernphase ein neuer Auswertealgorithmus erstellt werden oder der bisherige Auswertealgorithmus aktualisiert werden. Die beschriebene Anord nung umfasst vorzugsweise eine Einrichtung zur Erstellung eines Auswertealgorith mus aus Signalen der Detektionseinheit und entsprechenden Referenzwerten. Die Einrichtung weist vorzugsweise ein maschinelles Lernprogramm auf. Die Auswer- teeinheit ist in dem Fall dazu eingerichtet, die Milch anhand von Signalen der Detekti onseinheit unter Anwendung des Auswertealgorithmus zu analysieren. Als die Einrich tung kommt auch ein Server in Betracht, der zugleich für die Analyse der Milch ver wendet wird. It is sufficient that the evaluation algorithm is created once. For example, in a learning phase, a plurality of signals from the detection unit can be processed with a respective corresponding reference value. It is preferred that the evaluation algorithm is revised, in particular at regular time intervals. For this purpose, a new evaluation algorithm can be created in a new learning phase or the previous evaluation algorithm can be updated. The arrangement described preferably includes a device for creating an evaluation algorithm from signals from the detection unit and corresponding reference values. The device preferably has a machine learning program. In this case, the evaluation unit is set up to analyze the milk using signals from the detection unit using the evaluation algorithm. A server that is also used for the analysis of the milk can also be considered as the device.
Weiterhin umfasst das Verfahren vorzugsweise: d) Ausgeben eines Signals, wenn ein in Schritt c) erkannter Inhaltsstoff einen ent sprechenden Grenzwert überschreitet. Furthermore, the method preferably includes: d) outputting a signal if an ingredient identified in step c) exceeds a corresponding limit value.
Durch Schritt d) kann beispielsweise einem Landwirt eine Handlungsanweisung ge geben werden, wie auf das Vorliegen eines bestimmten Inhaltsstoffs reagiert werden soll. Beispielsweise kann die Anordnung eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, über die die Handlungsanweisung in Reaktion auf das in Schritt d) ausgegebene Signal ange zeigt wird. Das in Schritt d) ausgegebene Signal kann alternativ oder zusätzlich auto matisiert umgesetzt werden. Wird beispielsweise Blut in der Milch erkannt, kann die so verunreinigte Milch automatisch ausgesondert werden, indem in Reaktion auf das in Schritt d) ausgegebene Signal ein entsprechendes Ventil umgestellt wird. Zusätzlich kann dem Landwirt die Handlungsanweisung angezeigt werden, die betroffene Kuh auf eine Verletzung zu untersuchen. Step d) can be used, for example, to give a farmer instructions on how to react to the presence of a specific ingredient. For example, the arrangement can have a display device, via which the instruction for action is displayed in response to the signal output in step d). The signal output in step d) can alternatively or additionally be converted automatically. If, for example, blood is detected in the milk, the milk contaminated in this way can be automatically separated out by switching over a corresponding valve in response to the signal output in step d). Additionally instructions can be displayed to the farmer to examine the affected cow for an injury.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Milch von einer Melkeinrichtung ausgehend durch den Leitungsabschnitt hindurch geleitet. In a preferred embodiment of the method, the milk is conducted from a milking device through the line section.
Die Milch kann in dieser Ausführungsform besonders umfassend und schnell ana lysiert werden. Dies ist insbesondere aufgrund des kontinuierlichen Wellenlängen spektrums der Lichtquelleneinheit möglich. In this embodiment, the milk can be analyzed particularly comprehensively and quickly. This is possible in particular because of the continuous wavelength spectrum of the light source unit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt c) bestimmt, ob mindestens ein vorgegebener Bestandteil in der Milch einen jeweiligen Grenzwert überschreitet. In a further preferred embodiment of the method, it is determined in step c) whether at least one predetermined component in the milk exceeds a respective limit value.
In dieser Ausführungsform wird das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines oder mehrerer bestimmter Inhaltsstoffe untersucht. Das ist beispielsweise für Blut und Harn stoff als Inhaltsstoffe sinnvoll. Zwischen Vorliegen und Nichtvorliegen wird dabei an hand des vorbestimmten Grenzwertes unterschieden. In this embodiment, the presence or absence of one or more specific ingredients is examined. This makes sense, for example, for blood and urea as ingredients. A distinction is made between presence and non-presence on the basis of the predetermined limit value.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein in Schritt c) verwendeter Auswertealgorithmus verändert. In a further preferred embodiment of the method, an evaluation algorithm used in step c) is changed.
In dieser Ausführungsform erfolgt die beschriebene Analyse der Milch zuerst mit einem ersten Auswertealgorithmus und anschließend mit einem zweiten Auswerteal gorithmus. Der Auswertealgorithmus kann beispielsweise durch ein Software- Update vom ersten Auswertealgorithmus zum zweiten Auswertealgorithmus verändert wer den. Der erste Auswertealgorithmus und der zweite Auswertealgorithmus unterschei den sich voneinander, beispielsweise hinsichtlich derdetektierbaren Inhaltsstoffe der Milch und/oder hinsichtlich der erzielbaren Messgenauigkeit. In this embodiment, the described analysis of the milk is carried out first with a first evaluation algorithm and then with a second evaluation algorithm. The evaluation algorithm can be changed from the first evaluation algorithm to the second evaluation algorithm, for example by means of a software update. The first evaluation algorithm and the second evaluation algorithm differ from one another, for example with regard to the detectable components of the milk and/or with regard to the measurement accuracy that can be achieved.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die fol genden Schritte zyklisch durchgeführt: A) Sammeln von Milch in dem Leitungsabschnitt, In a further preferred embodiment of the method, the following steps are carried out cyclically: A) collecting milk in the line section,
B) Analysieren der in dem Leitungsabschnitt befindlichen Milch gemäß den Schrit ten a) bis c), B) Analyzing the milk in the line section according to steps a) to c),
C) Auslassen der in Schritt B) analysierten Milch aus dem Leitungsabschnitt. C) draining the milk analyzed in step B) from the line section.
In dieser Ausführungsform wird die Milch in dem Leitungsabschnitt diskontinuierlich analysiert. Dazu wird der Milch in den Leitungsabschnitt eingeleitet und der Leitungs abschnitt so abgesperrt, dass sich die Milch in dem Leitungsabschnitt sammelt (SchrittIn this embodiment, the milk in the line section is analyzed discontinuously. For this purpose, the milk is fed into the line section and the line section is blocked in such a way that the milk collects in the line section (step
A)). Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Absperrventil stromab des Leitungsabschnitts geschlossen wird. Sobald sich eine gewünschte Menge der Milch in dem Leitungsabschnitt gesammelt hat, kann diese Milch analysiert werden (SchrittA)). This can be done, for example, by closing a shut-off valve downstream of the line section. As soon as a desired amount of milk has collected in the line section, this milk can be analyzed (step
B)). Dies kann besonders zuverlässig erfolgen, weil die Milch bei der Messung in Ruhe ist. Schritt B) wird vorzugsweise erst begonnen, nachdem Schritt A) abgeschlossen ist. Die Messzeit beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 Sekunden, insbesondere zwi schen 1 und 2 Sekunden. Während der Messzeit ist der Leitungsabschnitt vorzugswei se abgesperrt. Die Milch ist entsprechend über die Messzeit in Ruhe. Nach der Analyse kann die Milch aus dem Leitungsabschnitt heraus geleitet werden (Schritt C)). Dazu kann beispielsweise die Absperrung wieder geöffnet werden. Schritt C) wird vorzugs weise erst begonnen, wenn Schritt B) abgeschlossen ist. Anschließend wiederholen sich die Schritte A) bis C). Dabei kann Schritt C) eines Zyklus mit Schritt A) des folgen den Zyklus zusammenfallen. So kann die analysierte Milch aus dem Leitungsabschnitt geleitet werden, indem die im folgenden Zyklus zu analysierende Milch in den Lei tungsabschnitt eingeleitet wird. B)). This can be done particularly reliably because the milk is at rest during the measurement. Step B) is preferably only started after step A) has been completed. The measuring time is preferably between 0.5 and 5 seconds, in particular between 1 and 2 seconds. The line section is preferably closed off during the measurement time. Accordingly, the milk is at rest over the measuring time. After the analysis, the milk can be routed out of the line section (step C)). For this purpose, for example, the barrier can be opened again. Step C) is preferably not started until step B) has been completed. Steps A) to C) are then repeated. Step C) of a cycle can coincide with step A) of the following cycle. The analyzed milk can thus be routed out of the line section by introducing the milk to be analyzed in the following cycle into the line section.
Wird der in Schritt c) verwendeter Auswertealgorithmus verändert, erfolgt dies in dieser Ausführungsform vorzugsweise zwischen zwei Zyklen. If the evaluation algorithm used in step c) is changed, this is preferably done between two cycles in this embodiment.
Die Schritte A) bis C) können wie beschrieben nacheinander durchgeführt wer den. Insoweit kann die Milch diskontinuierlich analysiert werden. In einer alternativen Ausführungsform wird die Milch kontinuierlich analysiert. Dazu kann die Milch kontinu ierlich gesammelt und ausgelassen werden. Im Ergebnis entspricht dies einer Stauung der Milch. So können ein Einlauf und/oder ein Auslauf des Leitungsabschnitts derart dimensioniert sein, dass die Strömung der Milch durch den Leitungsabschnitt verzö gert wird. Dadurch kann eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren und die darin dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen: Fig. 1: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,Steps A) to C) can be carried out one after the other as described. In this respect, the milk can be analyzed discontinuously. In an alternative embodiment, the milk is continuously analyzed. For this purpose, the milk can be continuously collected and drained. As a result, this corresponds to a stagnation of the milk. An inlet and/or an outlet of the line section can be dimensioned in such a way that the flow of milk through the line section is delayed. As a result, a particularly high measurement accuracy can be achieved. The invention is explained in more detail below with reference to the figures. The figures show particularly preferred exemplary embodiments to which the invention is not limited. The figures and the proportions shown therein are only schematic. They show: Fig. 1: a first embodiment of an arrangement according to the invention,
Fig. 2: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,2: a second embodiment of an arrangement according to the invention,
Fig. 3: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zurFig. 3: a first embodiment of a device according to the invention for
Analyse von Milch, analysis of milk,
Fig. 4a,4b: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse von Milch, 4a, 4b: a second embodiment of a device according to the invention for analyzing milk,
Fig. 5: eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse von Milch, 5: a third embodiment of a device according to the invention for analyzing milk,
Fig. 6: ein erstes Ablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens zurFig. 6: a first flow chart of a method according to the invention for
Analyse von Milch, Fig. 7: ein zweites Ablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse von Milch, Analysis of milk, Fig. 7: a second flowchart of a method according to the invention for analyzing milk,
Fig. 8: ein drittes Ablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse von Milch. 8: a third flowchart of a method according to the invention for analyzing milk.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung 10 mit einer Melkeinrichtung 11 und einem Milchtank 12. Die Melkeinrichtung 11 ist durch eine Hauptleitung 7 mit dem Milchtank 12 verbun den. Parallel zur Hauptleitung 7 ist ein Abzweig 3 vorgesehen, der von der Hauptlei tung 7 abzweigt und der wieder in die Hauptleitung 7 einmündet. In einem Leitungs abschnitt 2 des Abzweigs 3 kann die Milch analysiert werden. Die Melkeinrichtung 11 ist überden Abzweig 3 und insoweit überden Leitungsabschnitt 2 mit dem Milch- tank 12 verbunden. Zur Analyse der Milch weist die Anordnung 10 eine Halogenlampe als Lichtquelleneinheit 4 auf, welche Licht mit einem kontinuierlichen Wellenlängen spektrum in den Leitungsabschnitt 2 aussendet. Weiterhin weist die Anordnung 10 eine Detektionseinheit 5 zur spektral aufgelösten Erfassung von Licht auf, welches aus dem Leitungsabschnitt 2 austritt. Die Detektionseinheit 5 ist mit einer Auswerteeinheit 6 verbunden, welche dazu eingerichtet ist, die Milch anhand von Signalen der Detek tionseinheit 5 auf Inhaltsstoffe zu analysieren. Die Milch kann analysiert werden, wenn sie von der Melkeinrichtung 11 ausgehend durch den Leitungsabschnitt 2 hindurch geleitet wird. Bei der Analyse kann bestimmt werden, ob mindestens ein vorgegebener Bestandteil in der Milch einen jeweiligen Grenzwert überschreitet. Der Leitungsab schnitt 2, die Lichtquelleneinheit 4, die Detektionseinheit 5 und die Auswerteeinheit 6 bilden eine Vorrichtung 1 zur Analyse von Milch. 1 shows an arrangement 10 with a milking device 11 and a milk tank 12. The milking device 11 is connected to the milk tank 12 by a main line 7. FIG. Parallel to the main line 7, a branch 3 is provided, which branches off from the main line 7 and opens into the main line 7 again. In a line section 2 of the branch 3, the milk can be analyzed. The milking device 11 is connected to the milk tank 12 via the branch 3 and to this extent via the line section 2 . To analyze the milk, the arrangement 10 has a halogen lamp as the light source unit 4 which emits light with a continuous wavelength spectrum into the line section 2 . Furthermore, the arrangement 10 has a detection unit 5 for spectrally resolved detection of light, which the line section 2 exits. The detection unit 5 is connected to an evaluation unit 6 which is set up to analyze the milk using signals from the detection unit 5 for ingredients. The milk can be analyzed when it is conducted from the milking facility 11 through the line section 2 . During the analysis it can be determined whether at least one predetermined component in the milk exceeds a respective limit value. The line section 2, the light source unit 4, the detection unit 5 and the evaluation unit 6 form a device 1 for analyzing milk.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung 10, welche der aus Fig. 1 ähnelt. Lediglich sind hier die Lichtquelleneinheit 4 und die Detektionseinheit 5 auf einander gegenüberliegen den Seiten des Leitungsabschnitts 2 angeordnet. Gemäß Fig. 2 kann somit die Absorp tion von Licht gemessen werden, während gemäß Fig. 1 die Reflexion gemessen wer den kann. FIG. 2 shows an arrangement 10 which is similar to that of FIG. Only here the light source unit 4 and the detection unit 5 are arranged on opposite sides of the line section 2 . According to FIG. 2, the absorption of light can thus be measured, while according to FIG. 1, the reflection can be measured.
Fig. 3 zeigt einen Teil einer ersten Ausführungsform einer Anordnung 10 nach Fig. 1 oder 2. Aufgrund der nur schematischen Darstellung in den Fig. 1 und 2 können verschiedene Ausführungsformen von Melkständen 10 nach Fig. 1 und 2 ausgebildet sein. Gezeigt ist die Hauptleitung 7 mit einem Abzweig 3. Die Lichtquelleneinheit 4 und die Detektionseinheit 5 sind derart angeordnet, dass die Milch in einem Teil des Abzweigs 3 analysiert werden kann. Der Abzweig 3 stellt einen Leitungsabschnitt 2 dar. Der Abzweig 3 mündet über eine erste Öffnung 8 und eine zweite Öffnung 9 in die Hauptleitung 7. Die erste Öffnung 8 ist in einer Höhenrichtung z höher angeordnet als die zweite Öffnung 9. Eine gasförmige Komponente kann über die erste Öffnung 8 aus dem Abzweig 3 in die Hauptleitung 7 gelangen, während eine flüssige Komponente über die zweite Öffnung 9 aus dem Abzweig 3 in die Hauptleitung 7 gelangen kann. 3 shows part of a first embodiment of an arrangement 10 according to FIG. 1 or 2. Due to the only schematic representation in FIGS. 1 and 2, different embodiments of milking parlors 10 according to FIGS. 1 and 2 can be formed. The main line 7 with a branch 3 is shown. The light source unit 4 and the detection unit 5 are arranged in such a way that the milk in a part of the branch 3 can be analyzed. The branch 3 represents a line section 2. The branch 3 opens into the main line 7 via a first opening 8 and a second opening 9. The first opening 8 is arranged higher in a vertical direction z than the second opening 9. A gaseous component can the first opening 8 can get from the branch 3 into the main line 7, while a liquid component can get from the branch 3 into the main line 7 via the second opening 9.
Fig. 4a und 4b zeigen einen Teil einer zweiten Ausführungsform einer Anord nung 10 nach Fig. 1 oder 2. Gezeigt ist die Hauptleitung 7, die in dieser Darstellung von links nach rechts durchströmt wird. Der Leitungsabschnitt 2 in dem Abzweig 3 ist in dieser Ausgestaltung absperrbar. Dazu ist ein Absperrelement 13 vorgesehen. In Fig. 4a ist dieses geschlossen. Dadurch kann Milch in dem Leitungsabschnitt 2 ge sammelt und darin analysiert werden. Nach Abschluss der Analyse kann das Absper- relement 13 geöffnet werden und die analysierte Milch so aus dem Leitungsabschnitt 2 geleitet werden. Gleichzeitig kann neue Milch in den Leitungsabschnitt 2 strömen. Durch erneutes Schließen des Absperrelements 13 kann diese neue Milch im Lei tungsabschnitt 2 gesammelt werden. Diese Schritte können zyklisch wiederholt wer- den. 4a and 4b show part of a second embodiment of an arrangement 10 according to FIG. 1 or 2. The main line 7 is shown, through which the flow occurs from left to right in this illustration. The line section 2 in the branch 3 can be shut off in this embodiment. A shut-off element 13 is provided for this purpose. In Fig. 4a this is closed. As a result, milk can be collected in the line section 2 and analyzed therein. After the analysis has been completed, the shut-off relement 13 can be opened and the analyzed milk can be guided out of the line section 2 in this way. At the same time, new milk can flow into line section 2 . By closing the shut-off element 13 again, this new milk can be collected in the line section 2 . These steps can be repeated cyclically.
Fig. 5 zeigt einen Teil einer dritten Ausführungsform einer Anordnung 10 nach Fig. 1 oder 2. Gezeigt ist die Hauptleitung 7, welche hier eine Zyklongeometrie 15 um fasst und welche an ein Ventil 14 für ein Zitzengummi angebunden ist. Das Ventil 14 ist Teil der Melkeinrichtung 11. Die Zyklongeometrie 15 dient der Phasentrennung, bei- spielsweise von Luft, Schaum und Milch sowie einer Verzögerung der Strömung. Die Zyklongeometrie 15 hat mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass. Un terhalb der Hauptleitung 7 ist ein Messbereich 3 in einem Leitungsabschnitt 2 ange ordnet. Der Messbereich 3 ist überein transparentes Fenster 16 von außen optisch zugänglich. Fig. 6 veranschaulicht ein Verfahren zur Analyse von Milch in einem Leitungsab schnitt 2, welches mit den zuvor gezeigten Vorrichtungen 1 und Anordnungen 10 durchgeführt werden kann. Das Verfahren umfasst: a) Einleiten von Licht in den Leitungsabschnitt 2, b) Spektral aufgelöstes Detektieren von Licht, welches aus dem Leitungsabschnitt 2 austritt, c) Analysieren der Milch auf Inhaltsstoffe anhand des gemäß Schritt b) detektierten Lichts. FIG. 5 shows part of a third embodiment of an arrangement 10 according to FIG. 1 or 2. The main line 7 is shown, which here has a cyclone geometry 15 and which is connected to a valve 14 for a teat rubber liner. The valve 14 is part of the milking device 11. The cyclone geometry 15 is used for phase separation, for example of air, foam and milk, and to delay the flow. The cyclone geometry 15 has at least one inlet and at least one outlet. Un below the main line 7 is a measuring range 3 in a line section 2 is arranged. The measurement area 3 is optically accessible from the outside via a transparent window 16 . FIG. 6 illustrates a method for analyzing milk in a line section 2, which can be carried out with the devices 1 and arrangements 10 shown above. The method comprises: a) introducing light into the line section 2, b) spectrally resolved detection of light which emerges from the line section 2, c) analyzing the milk for ingredients using the light detected in accordance with step b).
Fig. 7 veranschaulicht eine Ausführungsform des Verfahrens aus Fig. 6, wobei der Auswertealgorithmus verändert wird. In dieser Ausführungsform erfolgt die beschrie- bene Analyse der Milch zuerst mit einem ersten Auswertealgorithmus und anschlie ßend mit einem zweiten Auswertealgorithmus. FIG. 7 illustrates an embodiment of the method from FIG. 6 in which the evaluation algorithm is changed. In this embodiment, the described analysis of the milk is carried out first with a first evaluation algorithm and then with a second evaluation algorithm.
Fig. 8 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Verfahrens aus Fig. 6, wobei die folgenden Schritte zyklisch durchgeführt werden: A) Sammeln von Milch in dem Leitungsabschnitt 2, FIG. 8 illustrates a further embodiment of the method from FIG. 6, in which the following steps are carried out cyclically: A) collecting milk in line section 2,
B) Analysieren der in dem Leitungsabschnitt 2 befindlichen Milch gemäß den Schrit ten a) bis c), B) Analyzing the milk in line section 2 according to steps a) to c),
C) Auslassen der in Schritt B) analysierten Milch aus dem Leitungsabschnitt 2. C) Discharging the milk analyzed in step B) from line section 2.
Bezugszeichenliste Reference List
1 Vorrichtung 1 device
2 Leitungsabschnitt 3 Messbereich 2 Line section 3 Measuring range
4 Lichtquelleneinheit 4 light source unit
5 Detektionseinheit 5 detection unit
6 Auswerteeinheit 6 evaluation unit
7 Hauptleitung 8 erste Öffnung 7 main line 8 first opening
9 zweite Öffnung 9 second opening
10 Anordnung 10 arrangement
11 Melkeinrichtung 11 milking facility
12 Milchtank 13 Absperrelement 12 milk tank 13 shut-off element
14 Ventil 14 valve
15 Zyklongeometrie z Höhenrichtung 15 cyclone geometry z height direction

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung (1) zur Analyse von Milch, umfassend: A device (1) for analyzing milk, comprising:
■ einen Leitungsabschnitt (2) für die Milch, ■ a line section (2) for the milk,
■ eine Lichtquelleneinheit (4), welche Licht in den Leitungsabschnitt (2) aussen det, ■ a light source unit (4) which emits light into the line section (2),
■ eine Detektionseinheit (5) zur spektral aufgelösten Erfassung von Licht, wel ches aus dem Leitungsabschnitt (2) austritt, und insbesondere ■ a detection unit (5) for spectrally resolved detection of light exiting the line section (2), and in particular
■ eine Auswerteeinheit (6), welche dazu eingerichtet ist, die Milch anhand von Signalen der Detektionseinheit (5) auf Inhaltsstoffe zu analysieren. ■ an evaluation unit (6) which is set up to analyze the milk for ingredients using signals from the detection unit (5).
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Hauptleitung (7), wobei der Leitungsabschnitt (2) von der Hauptleitung (7) abzweigt und in die Hauptleitung (7) mündet. 2. Device (1) according to claim 1, further comprising a main line (7), wherein the line section (2) branches off from the main line (7) and opens into the main line (7).
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei der Leitungsabschnitt (2) über eine erste Öffnung (8) und eine zweite Öffnung (9) in die Hauptleitung (7) mündet, und wo bei die erste Öffnung (8) und die zweite Öffnung (9) in einer Höhenrichtung (z) voneinander beabstandet angeordnet sind. 3. Device (1) according to claim 2, wherein the line section (2) via a first opening (8) and a second opening (9) in the main line (7) opens, and where at the first opening (8) and the second Opening (9) in a height direction (z) are spaced from each other.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtquel leneinheit (4) eine Glühemissionsquelle umfasst. 4. Device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the light source unit (4) comprises a thermionic emission source.
5. Anordnung (10), umfassend: 5. Arrangement (10) comprising:
■ eine Melkeinrichtung (11), ■ a milking device (11),
■ eine Vorrichtung (1) zur Analyse von Milch, umfassend ■ comprising a device (1) for analyzing milk
■ einen Leitungsabschnitt (2) für die Milch, ■ a line section (2) for the milk,
■ eine Lichtquelleneinheit (4), welche Licht in den Leitungsabschnitt (2) aus sendet, ■ a light source unit (4) which emits light into the line section (2),
■ eine Detektionseinheit (5) zur spektral aufgelösten Erfassung von Licht, wel ches aus dem Leitungsabschnitt (2) austritt. ■ und insbesondere eine Auswerteeinheit (6), welche dazu eingerichtet ist, die Milch anhand von Signalen der Detektionseinheit (5) auf Inhaltsstoffe zu analysieren, wobei die Melkeinrichtung (11) mit dem Leitungsabschnitt (2) der Vorrich- tung (1) verbunden ist. ■ a detection unit (5) for spectrally resolved detection of light exiting the line section (2). and in particular an evaluation unit (6) which is set up to analyze the milk for ingredients using signals from the detection unit (5), the milking device (11) being connected to the line section (2) of the device (1). .
6. Anordnung (10) nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung (1) nach einem der An sprüche 1 bis 4 ausgebildet ist. 6. Arrangement (10) according to claim 5, wherein the device (1) according to one of claims 1 to 4 is formed.
7. Verfahren zur Analyse von Milch in einem Leitungsabschnitt (2), umfassend: a) Einleiten von Licht in den Leitungsabschnitt (2), b) Spektral aufgelöstes Detektieren von Licht, welches aus dem Leitungsab schnitt (2) austritt, c) Analysieren der Milch auf Inhaltsstoffe anhand des gemäß Schritt b) detektier- ten Lichts. 7. A method for analyzing milk in a line section (2), comprising: a) introducing light into the line section (2), b) spectrally resolved detection of light, which section (2) emerges from the line section, c) analyzing the Milk for ingredients based on the light detected in step b).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei vor Schritt c) ein Auswertealgorithmus durch maschinelles Lernen erstellt wird, und wobei die Milch in Schritt c) unter Verwen dung des Auswertealgorithmus analysiert wird. 8. The method according to claim 7, wherein before step c) an evaluation algorithm is created by machine learning, and wherein the milk is analyzed in step c) using the evaluation algorithm.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Milch von einer Melkeinrichtung (11) ausgehend durch den Leitungsabschnitt (2) hindurch geleitet wird. 9. The method according to claim 7 or 8, wherein the milk is passed from a milking device (11) through the line section (2).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die folgenden Schritte zyk- lisch durchgeführt werden: 10. The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the following steps are carried out cyclically:
A) Sammeln von Milch in dem Leitungsabschnitt (2), A) collecting milk in the line section (2),
B) Analysieren der in dem Leitungsabschnitt (2) befindlichen Milch gemäß den Schritten a) bis c), B) Analyzing the milk in the line section (2) according to steps a) to c),
C) Auslassen der in Schritt B) analysierten Milch aus dem Leitungsabschnitt (2). C) Discharging the milk analyzed in step B) from the line section (2).
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