一种同轴探头型牛奶成分检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种同轴探头型牛奶成分检测方法和装置，属于成分检测技术领域。解决的技术问题是提供一种快速、低成本的牛奶成分检测方法和装置。组成结构包括开关、按键、扫频信号源模块、功分器、运算控制器、显示器、开路同轴探头、信号分离模块、壳体、幅相检测模块。扫频信号源模块受运算控制器控制产生激励信号经功分器分为两路，一路输入开路同轴探头，一路输入幅相检测模块。开路同轴探头作为牛奶介电特性敏感元件，运算控制器由幅相检测模块的输出信号计算出牛奶的蛋白质、脂肪、乳糖、非脂乳固体的含量和含水率，并将其结果显示在显示器上。本发明专利技术可快速检测牛奶成分，为消费者提供决策依据。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴探头型牛奶成分检测方法和装置
本专利技术涉及成分检测
，特别涉及一种牛奶成分检测方法和装置。
技术介绍
牛奶是人类常用的食品之一，主要成分有水、蛋白质、脂肪、乳糖、非脂乳固体等。按照国家的有关法律规定，乳制品生产厂商应对收购的原奶进行必要的质量检测。对这几项指标进行检测时，企业投入了大量的财力、物力和人力，它是影响牛奶质量检测的关键因素。由于传统的牛奶成分测量采用化学方法，其操作复杂、技术要求高、费时费力，不能满足实际检测的需要。因此提供一种能够快速检测牛奶成分的装置成为迫切需要。基于介电特性检测方法具有不破坏样本、检测速度快和适于在线检测等诸多优势。牛奶是一种由脂肪球和蛋白质胶束分散水溶液组成的胶体分散系，主要成分有蛋白质、脂肪、乳糖等，成分比较复杂，其中有一些成分是极性物质，在施加电场下会影响物质的介电特性，因此通过检测被测对象的介电谱可以预测物质内部的成分。“Dielectricpropertiesofrawmilkasfunctionsofproteincontentandtemperature”（XinghuaZhu等；FoodandBioprocessTechnology）一文指出：采用开路同轴探头技术和矢量网络分析仪，获取牛奶的介电特性，建立多元线性回归模型能够准确预测其蛋白质含量。除此之外，相关的研究表明，牛奶的介电特性受物质的成分以及测试信号频率的影响，其主要成分：水、蛋白质、脂肪、乳糖、非脂乳固体等均影响牛乳的介电特性，利用介电特性预测牛奶成分是可行的。虽然介电特性技术在检测牛奶成分研究中取得了许多成果，但这些研究均是基于昂贵的矢量网络分析仪或阻抗分析仪，并配合计算机和特制的测量夹具开展的基础研究，仅限于实验室检测，无法应用于现场检测，并且还没有将该方法应用于实践生产的牛奶成分检测装置的研发中。中国专利公开号CN201569625U，公开日2010年09月01日，专利技术创造名称为“一种蛋白质检测仪器”，该申请公开了“一种蛋白质检测仪器，包括光源、比色池和检测器，其特征在于：微处理器通过信号控制与放大模块分别与光源、检测器连接；光源发出的光透射过比色池被检测器检测，检测器将检测到的信号经信号控制与放大模块传送给微处理器，信号控制与放大模块控制光源，微处理器分别与显示模块、打印机和按键连接；比色瓶位于比色池内，比色瓶为扁长方体。”该专利中提到的酸性橙-12等染色剂才能实现蛋白质检测，操作步骤较多，可实现性差。中国专利公开号101769866B，公开日2013年06月26日，专利技术创造名称为“一种牛奶成分的检测装置和方法”，该申请公开了“一种牛奶成分检测方法，包括建立模型步骤和牛奶检测步骤，所述的建立模型步骤用于建立并存储近红外光谱分类校正模型，利用超声波自激频率对不同类型牛奶的近红外光谱进行分类并建立与所述不同类型牛奶对应的近红外光谱分类校正模型；所述牛奶检测步骤根据待测牛奶样品的超声波自激频率及近红外光谱信息，对应所述近红外光谱分类校正模型得到所述牛奶样品的成分含量。”该方法存在的问题在于：近红外光谱检测技术易受牛奶成分散射的影响，光谱数据的获取采用近红外光谱仪，近红外光谱仪价格高昂，需要专业技术人员操作，难以实现快速在线检测。综上所述，现有技术存在操作复杂，检测成本高，检测成分单一等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种成本低廉、操作简便、测试结果稳定的牛奶成分检测方法和装置。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种牛奶成分检测装置，其特征在于组成结构包括开关1、按键2、扫频信号源模块3、功分器4、运算控制器5、显示器6、开路同轴探头7、信号分离模块8、壳体9、幅相检测模块10。所述运算控制器5受按键2控制；所述显示器6受运算控制器5控制；所述扫频信号源模块3受运算控制器5控制；所述幅相检测模块10的输出与运算控制器5相连；所述功分器4与扫频信号源模块3相连，并将扫频信号源模块3的输出信号分为两路；所述信号分离模块8有三个端口，分别与功分器4、开路同轴探头7、幅相检测模块10相连；所述按键2共有3个，与开关1、显示器6均安装在壳体9上部；所述开路同轴探头7安装在壳体9侧壁；本专利技术检测方法包括以下步骤并按以下顺序进行：a.准备工作：按下开关1，打开牛奶成分检测装置，预热3分钟；取牛奶样本，将开路同轴探头7浸没于牛奶样本中；b.测量电参数：按下按键2中的第1个按键，运算控制器5控制扫频信号源模块3输出不同频率的激励信号，激励信号经功分器4分为两路，一路最为参考信号输入至幅相检测模块10，一路经信号分离模块8输入至开路同轴探头7，开路同轴探头7与牛奶接触面由阻抗不匹配产生的反射信号输入至至幅相检测模块10。幅相检测模块10将信号分离模块8的两个输入信号的幅相差异转化为直流电压，并输入运算控制器5，运算控制器5将其进行保存。c.计算牛奶成分含量并显示计算结果：运算控制器5得到扫频范围内幅相检测模块10输出的直流电压，计算待测牛奶的成分含量，并将其显示在显示器6上。计算牛奶成分的算法为：P=KXT+b式中P为牛奶成分，K为预测模型的系数，X为幅相检测模块10输出的直流电压，电压的大小由信号分离模块8的两个输入信号的幅相差异决定，b为常数值。本专利技术的检测原理是牛奶的蛋白质、脂肪、乳糖、非脂乳固体的含量和含水率会对其介电参数产生影响，当一个入射信号通过同轴线到达牛奶时，由于牛奶的特性阻抗与系统阻抗不匹配而发生反射，牛奶的介电参数决定了入射信号和反射信号的幅值差异，检测电路获取差异信息，通过该信息建立牛奶成分预测模型，从而预测其蛋白质、脂肪、乳糖、非脂乳固体的含量和含水率。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：操作简单，检测速度快，成本低。本专利技术只需要将少量待测样本浸没在开路同轴探头下，不需要任何化学试剂及显色反应，即可显示检测结果。附图标记1、开关；2、按键；3、扫频信号源模块；4、功分器；5、运算控制器；6、显示器；7、开路同轴探头；8、信号分离模块；9、壳体；10、幅相检测模块。附图说明图1是本专利技术的结构图；图2是检测装置采集到的电压曲线图。具体实施方式下面结合一个优选实施例和附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示，同轴探头型牛奶成分检测装置，组成结构包括开关1、按键2、扫频信号源模块3、功分器4、运算控制器5、显示器6、开路同轴探头7、信号分离模块8、壳体9、幅相检测模块10。所述运算控制器5受按键2控制；所述显示器6受运算控制器5控制；所述扫频信号源模块3受运算控制器5控制；所述幅相检测模块10的输出与运算控制器5相连；所述功分器4与扫频信号源模块3相连，并将扫频信号源模块3的输出信号分为两路；所述信号分离模块8有三个端口，分别与功分器4、开路同轴探头7、幅相检测模块10相连；所述按键2共有3个，与开关1、显示器6均安装在壳体9上部；所述开路同轴探头7安装在壳体9侧壁；扫频信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同轴探头型牛奶成分检测方法，其特征在于：包括以下步骤并按以下顺序进行：/na.准备工作：按下开关（1），打开牛奶成分检测装置，预热3分钟；取牛奶样本，将开路同轴探头（7）浸没于牛奶样本中；/nb.测量电参数：按下按键（2）中的第1个按键，运算控制器（5）控制扫频信号源模块（3）输出不同频率的激励信号，激励信号经功分器（4）分为两路，一路最为参考信号输入至幅相检测模块（10），一路经信号分离模块（8）输入至开路同轴探头（7），开路同轴探头（7）与牛奶接触面由阻抗不匹配产生的反射信号输入至至幅相检测模块（10）；幅相检测模块（10）将信号分离模块（8）的两个输入信号的幅相差异转化为直流电压，并输入运算控制器（5），运算控制器（5）将其进行保存；/nc.计算牛奶成分含量并显示计算结果：运算控制器（5）得到扫频范围内幅相检测模块（10）输出的直流电压，计算待测牛奶的成分含量，并将其显示在显示器（6）上；计算牛奶成分的算法为：/n

【技术特征摘要】
1.一种同轴探头型牛奶成分检测方法，其特征在于：包括以下步骤并按以下顺序进行：
a.准备工作：按下开关（1），打开牛奶成分检测装置，预热3分钟；取牛奶样本，将开路同轴探头（7）浸没于牛奶样本中；
b.测量电参数：按下按键（2）中的第1个按键，运算控制器（5）控制扫频信号源模块（3）输出不同频率的激励信号，激励信号经功分器（4）分为两路，一路最为参考信号输入至幅相检测模块（10），一路经信号分离模块（8）输入至开路同轴探头（7），开路同轴探头（7）与牛奶接触面由阻抗不匹配产生的反射信号输入至至幅相检测模块（10）；幅相检测模块（10）将信号分离模块（8）的两个输入信号的幅相差异转化为直流电压，并输入运算控制器（5），运算控制器（5）将其进行保存；
c.计算牛奶成分含量并显示计算结果：运算控制器（5）得到扫频范围内幅相检测模块（10）输出的直流电压，计算待测牛奶的成分含量，并将其显示在显示器（6）上；计算牛奶成分的算法为：

P=KX

T

+b

式中P为牛奶成分，K为预测模型的系数，X为幅相检测模块（10）输出的直流电压，电压的大小由信号分离模块（8）的两个输入信号的幅相差异决定，b为常数值。

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新华，刘振华，郭文川，朱卓卓，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61