CN201819877U - 基于近红外光谱分析技术的牛***分快速监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于化工、食品、液态产品生产快速监测技术领域，具体地说是一种基于近红外光谱分析技术的牛奶成份快速监测装置。由光透射装置、光纤传导、光探测装置、多路数据采集器、微型计算机所组成，光透射装置由全谱光源、透镜、漫反射镜、透射检测器组成。其利用吸收光谱技术、拉曼光谱技术和计算机控制技术搭建了牛***分快速监测装置。光源发出的宽谱光经过牛奶，将透过牛奶的透射光和经牛奶散射的散射光共同通过光纤传递，然后分光得到多路光，每路光透过滤光片后，到达探测器，检测各路光强情况，经计算机实时采集，分析数据得出牛奶的含水量等成份。具有样品无需用溶剂稀释即可以直接实时测定；可以定性分析，也可以得到精度很高的定量结果；不破坏样品，不用试剂，故不污染环境；测定速度极快的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于化工、食品、液态产品生产快速监测技术领域，具体地说是一种基于近红外光谱分析技术的牛奶成份快速监测装置。
背景技术
***于2008年9月指出，甘肃等地报告多例婴幼儿泌尿***结石病例，调查发现患儿多有食用三鹿牌婴幼儿配方奶粉的历史，经相关部门调查，石家庄三鹿集团股份有限公司生产的三鹿牌婴幼儿配方奶粉受到三聚氰胺污染，之后，全国大量婴幼儿泌尿***结石病例被发现。受抨击最多的企业除三鹿外，其它蒙牛、伊利等20多家企业也都卷入这场让世人瞩目的风波中。
随着生活水平的提高，人们对绿色食品的需求越来越迫切，尤其对牛奶更是如此。除了要求新鲜外，要求不能出现农药残留与抗生素及违禁的添加剂(如三聚氰胺)。食品安全已经成为影响农业和食品工业竞争力的关键因素(各乳品厂已将其作为创名牌的一个首要条件来抓)，越来越引起世界各国的重视，因为它与人们的健康有最直接的联系。为了保障消费者健康，解决违禁的添加剂及农药残留和抗生素残留除了要求控制好饲料生产过程、来源与品质及要求农牧场做好抗生素的使用与管理外，必须加强检测环节。
牛奶制品业是我国的重要支柱产业之一，本项目可为我国的经济发展作出贡献。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种测定速度极快可在线监测的基于近红外光谱分析技术的牛奶成份快速监测装置。
实现本实用新型目的的具体技术方案是：由光透射装置、光纤传导、光探测装置、多路数据采集器、微型计算机所组成，光透射装置由全谱光源、透镜、漫反射镜、透射检测器组成，光探测装置由滤光片、探测器组成，全谱光源通过透镜照射透过被测牛奶到达透射检测器后经光纤传导束过滤光片至探测器再到达数据采集器信号转换后转入计算机处理，全谱光源通过透镜照射透过被测牛奶后产生的反射光经温反射镜由光纤传导过滤光片至探测器再到达数据采集器信号转换后转入计算机处理。
本实用新型的一种基于近红外光谱分析技术的牛奶成份快速监测装置，利用吸收光谱技术、拉曼光谱技术和计算机控制技术搭建了牛***分快速监测装置。光源发出的宽谱光经过牛奶，将透过牛奶的透射光和经牛奶散射的散射光共同通过光纤传递，然后分光得到多路光，每路光透过滤光片后，到达探测器，检测各路光强情况，经计算机实时采集，分析数据得出牛奶的含水量，通过控制***的分析后，进行报警或控制加水机构的加水量。其特点是有：①样品无需用溶剂稀释即可以直接实时测定。近红外区根据所使用的谱带和测试物含量的高低，光程可以是1～100mm。②近红外光可以在玻璃或石英介质中穿透，使得在过程分析及有毒材料或恶劣环境中的样品的远程分析得以实现。③可以定性分析，也可以得到精度很高的定量结果：采用多元校正方法及一组已知的同类样品所建立的定量模型，可以快速得到相对误差小于0.5％的测量结果。④不破坏样品，不用试剂，故不污染环境。⑤测定速度极快。所以用近红外光谱技术实现牛奶成分的现场快速检测是一种创新性方法。
附图说明
图1是水和不同物质含量的近红外吸收光谱
图2是本实用新型实施例的线监测与控制***原理图
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型也不仅限于实施例的内容。
如图1和图2所示，本实用新型的基于近红外光谱分析技术的牛奶成份快速监测装置由光透射装置、光纤传导、光探测装置、多路数据采集器、微型计算机所组成，光透射装置由全谱光源、透镜、漫反射镜、透射检测器组成，光探测装置由滤光片、探测器组成，全谱光源通过透镜照射透过被测牛奶到达透射检测器后经光纤传导束过滤光片至探测器再到达数据采集器信号转换后转入计算机处理，全谱光源通过透镜照射透过被测牛奶后产生的反射光经温反射镜由光纤传导过滤光片至探测器再到达数据采集器信号转换后转入计算机处理。
(1)红外光谱分析技术对牛奶成分进行分析检测原理
由于近红外吸收漫反射光谱谱带都很宽且重叠严重，如图1所示某物质不同含量与水的近红外光谱谱图。这是限制近红外光谱技术应用的关键，如何从测定数据中提取信息，建立主成分分析模型，也是关键内容之一。首先分析和研究牛奶成分的主要成分与近红外光的作用机理，研究近红外光谱数据的采集和处理光谱数据的计量方法。
要充分利用光谱所提供的信息必须采用多波长数据，采用全谱数据或几个特定波段的吸收数据，数据进行密集采集。在未知样品分析前，选定一组样品作为一个校正集，对校正集的每一个样品测量其光谱和对应的组成或性质，与单波长测定建立校正曲线一样，事先必须用多元校正方法将测量的光谱与性质或组成数据关联，建立校正模型。在需要测定未知样品时，必须使用这一模型及测定的未知样品的光谱，计算其组成或性质。近红外光谱分析技术实际上是一个二级分析方法，它所能得到的准确度不能超过在建立模型时所用测定组成或性质方法的准确度。
(2)近红外光谱分析技术的光纤牛奶成分的检测***原理和传感***结构优化
在深入研究基于近红外光谱技术的牛奶成分的检测原理的基础上，利用光纤传感器技术实现光的传输、信号的接收；对基于光纤技术的传感器整体结构进行优化设计。如图2所示为牛奶成分检测***原理图。
(3)建立近红外光谱分析技术的牛奶成分的检测分析校正模型
根据检测机理和测得的样品的数字化光谱信号，利用神经网络、模式识别的拓扑计算原理和方法建立校正模型。并对模型的稳定性(能长期使用的模型)、模型共享性(同一模型能在不同仪器上使用)、自适应性、自学习性进行研究，利用数据融合原理进一步研究模型传递技术。
(4)测量数据动态补偿方法：
测量结果不可避免地会存在一些由于环境条件波动引起的测量误差，由于是对牛奶成分进行现场计量检测，需要测试设备具有较高的灵敏度和检测精度，因此，必须在测量方法和测试数据的处理上分别采用动态补偿方法，以减小环境干扰的影响。
实施方式
(1)近红外光谱分析技术对牛奶成分进行分析检测的原理研究及传感***的结构优化：
分析和研究牛奶成分的主要成分与近红外光的作用机理，研究近红外光谱数据的采集和处理光谱数据的化学计量方法。在此基础上，利用光纤传感器技术实现光的传输、信号的接收；对基于光纤技术的传感器整体结构进行优化设计研究。
(2)建立近红外光谱分析技术的牛奶成分的检测分析校正模型：
由于近红外吸收漫反射光谱谱带都很宽且重叠严重，根据检测机理和测得的样品的数字化光谱信号，利用神经网络、模式识别的拓扑计算原理和方法建立校正模型。并对模型的稳定性、模型共享性、自适应性、自学习性进行研究，进一步研究模型传递技术。
(3)测量数据动态补偿方法：
测量结果不可避免地会存在一些由于环境条件波动引起的测量误差，由于本项目是对牛奶成分进行现场计量检测，需要测试设备具有较高的灵敏度和检测精度，因此，必须在测量方法和测试数据的处理上分别采用适当的补偿方法，以减小环境干扰的影响。
(4)实验***的建立：
设计和建立一套实验***，通过检测和分析牛奶及牛奶制品的近红外光谱特性，对测试数据进行误差分析，不断修正分析校正模型。
牛奶成份快速监测仪，利用吸收光谱技术、拉曼光谱技术和计算机控制技术搭建了牛***分快速监测装置。光源发出的宽谱光经过牛奶，将透过牛奶的透射光和经牛奶散射的散射光共同通过光纤传递，然后分光得到多路光，每路光透过滤光片后，到达探测器，检测各路光强情况，经计算机实时采集，分析数据得出牛奶的含水量，通过控制***的分析后，进行报警或控制加水机构的加水量。其特点是有：①样品无需用溶剂稀释即可以直接实时测定。近红外区根据所使用的谱带和测试物含量的高低，光程可以是1～100mm。②近红外光可以在玻璃或石英介质中穿透，使得在过程分析及有毒材料或恶劣环境中的样品的远程分析得以实现。③可以定性分析，也可以得到精度很高的定量结果：采用多元校正方法及一组已知的同类样品所建立的定量模型，可以快速得到相对误差小于0.5％的测量结果。④不破坏样品，不用试剂，故不污染环境。⑤测定速度极快。所以用近红外光谱技术实现牛奶成分的现场快速检测是一种创新性方法。
Claims (1)
1.一种基于近红外光谱分析技术的牛奶成份快速监测装置，其特征在于：由光透射装置、光纤传导、光探测装置、多路数据采集器、微型计算机所组成，光透射装置由全谱光源、透镜、漫反射镜、透射检测器组成，光探测装置由滤光片、探测器组成，全谱光源通过透镜照射透过被测牛奶到达透射检测器后经光纤传导束过滤光片至探测器再到达数据采集器信号转换后转入计算机处理，全谱光源通过透镜照射透过被测牛奶后产生的反射光经温反射镜由光纤传导过滤光片至探测器再到达数据采集器信号转换后转入计算机处理。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110504 Termination date: 20120330 |