[发明专利]一种牛奶成分快速检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及的关键是同时测量前向和侧斜向散射光对牛乳成分进行检测，根据Mie散射理论，应用线列CCD技术。

背景技术

牛奶是人们生活息息相关的重要食品。作为一种营养丰富而全面的理想食品，牛奶中含有蛋白质、脂肪、乳糖、各种维生素及矿物质等一百多种人体需要的营养元素。无论从生物学价值看，还是从消化利用率，牛奶最接近人奶，牛奶被西方医学之父希波克拉底称为“最接近完善的食品”。因此，从婴幼儿时期开始直至中老年，牛奶是人们生活中最常消费的食品之一。全世界所有国家都非常重视乳品工业的发展，在日本就有一杯牛奶改善一个民族之说。所有发达国家无一例外的大量消费乳制品，无一例外的在从发展中国家向发达国家过渡时期，乳制品工业会得到大力发展。我国自90年代以来，居民对乳品的消费出现高速增长，除鲜牛奶外，市场上出现了形形色色乳制品，如“酸牛乳”“乳饮料”等等。不同类型的鲜牛奶及乳制品，在主要营养物质含量方面差别很大，如乳脂率的一般范围是3.70%～4.80%，乳蛋白是3.10%～3.80%，乳糖是4.60%～4.80%。国家有关标准对牛奶的成分含量作了相关规定，如国家标准GB6914-86生鲜牛乳收购标准中规定，收购的生鲜牛乳的理化指标中蛋白质的含量不得低于2.95%，脂肪含量不得低于3.10%，国家标准GB2746-1999酸牛乳中规定，纯酸牛乳、调味酸牛乳的蛋白质含量分别不得低于2.90%、2.30%，全脂纯酸牛乳、全脂调味酸牛乳的脂肪含量分别不得低于3.10%、2.50%等等。

牛奶成分含量的快速检测是我国乳品工业最薄弱的环节，没有适合我国国情和价位的可以广泛使用的检测仪器已成为制约我国乳品行业的发展、提高乳品质量的瓶颈。而作为牛奶饲养场的重要评价指标，牛奶中脂肪、蛋白质及乳糖等主要成分含量成为奶场管理决策的重要信息，如根据牛奶中脂肪含量能够科学地调控粗饲料和精饲料配比，蛋白质含量能够反映食物中提供的能量是否充分，根据牛奶中乳糖含量能够确定乳牛是否有乳腺炎等。因此，乳品中脂肪、蛋白质、乳糖等主要成分含量的测定倍受关注。

发明内容

本发明的目的是根据Mie散射，应用线列CCD技术、ARM平台实现了牛奶成分快速检测。

解决上述问题所采取的技术方案是：

根据牛奶成分快速测量原理，我们设计了测量装置如图1所示。装置由光源1、温度控制模块2、蠕动泵3、进样口4、出样口5、ARM 6、A/D转换放大电路7、前向光电检测模块8、斜侧向光电传感器9、比色皿10组成。温度控制模块是将测量的样品控制在一定温度下进行测量。光源采用的是波长为635nm的He-Ne激光器，激光照射到盛有牛奶样品的比色皿上，在前向和侧斜向上放置光电检测模块。这些光电探测模块把前向和侧斜向的散射光转换成电信号并放大，放大后的数据利用ARM自带的A/D转换器进行转换，经过数据处理后由LCD显示；牛乳的进出样是通过蠕动泵实现的，蠕动泵的电机正转时进样，反转时出样。

本设计中牛奶成分检测系统的光强检测电路分为前向小角度光散射测量和侧斜向大角度光散射测量两部分，其中前向采用线列CCD(TCD132D) 对散射光进行测量，而侧斜向大角度散射光用8个硅光电池测量。TCD132D的输出信号采用电压跟随器方式，电压跟随器采用的是2SC945。TCD132D输出的信号经过电压跟随器的电流放大后，再经过由ICL7650组成的放大电路将电流信号转变为电压信号。通过调节滑动变阻器的阻值改变放大倍数，使其输出的电压在0～3.3V范围内，接入S3C2440自带的A/D进行模数转换。侧斜向大角度光电传感器选用对635nm波长敏感的BPW34F光电池。运算放大器应用ICL7650集成运算放大器。光电池输出的微弱电流经过ICL7650放大后，通过8通道模拟开关(CD4051)的选择,送给S3C2440进行A/D转换和数据处理。

蠕动泵是通过控制电机的正转和反转控制牛乳的进样和出样的。选用L298N控制电机的正转和反转,用光耦将ARM和电机控制电路隔离。L298N的4脚VS接电源电压，VS电压范围为＋2.5～46 V，输出电流可达2.5 A。5脚和7脚接输入控制电平，控制电机的正反转，6脚接控制使能端，控制电机的停转。加热分为样品加热和样品所在环境加热两部分。