一种生鲜肉品质参数多点同时检测的系统及方法技术方案

本发明专利技术属于检测领域，提供一种生鲜肉品质参数多点同时检测的系统，包括输送生鲜肉样品的输送单元、测距单元、多根分叉光纤、第一光谱仪和第二光谱仪、处理器、光源；所述输送单元包括高度调节装置、位于高度调节装置顶部的托盘，所述测距单元与处理器连接；多根光纤的探头用多探头定位夹持部件固定，每一根光纤中的接收光纤通过圆转线光纤分别连接在第一光谱仪和第二光谱仪上。本发明专利技术还提出一种生鲜肉品质参数多点同时检测的方法。本发明专利技术提出的一种生鲜肉品质多点同时光谱无损检测系统和方法中，通过圆转线光纤将样品多点漫反射光信号一次进入光谱仪，系统只需要一套光谱仪，设备简便紧凑。

【技术实现步骤摘要】
一种生鲜肉品质参数多点同时检测的系统及方法
本专利技术属于检测领域，具体涉及一种利用光谱学手段检测生鲜肉品质的系统和方法。
技术介绍
随着经济快速发展，人民生活水平提高，市场上对猪牛羊等生鲜肉的需求量不断增加，消费者对生鲜肉的品质更加关注。体现生鲜肉品质的参数包括肉的颜色、pH值、嫩度、多汁性、水分和脂肪的含量、蛋白质和热量等。九十年代,有学者(MITSUMOTOMJet.al,Nearinfraredspectroscopydeterminationofphysicalandchemicalcharacteristicsinbeefcuts[J].JournalofFoodScience,1991,56(6):149321496.)报道了利用近红外光谱分析牛肉分割肉的物理和化学特性,以及应用近红外反射模式分析牛肉肌内脂肪含量的研究。近红外光谱技术在此领域的发展比较成熟,对不同种类的生鲜肉均有相关的应用实例。刘炜等(傅里叶变换近红外光谱法快速检测鲜猪肉中肌内脂肪、蛋白质和水分含量，养猪,2005,(3))应用傅里叶变换近红外光谱法检测肌内脂肪、蛋白质和水分含量,分别在鲜猪肉和鲜鸡肉中均建立了良好的模型。生鲜肉品质的好坏及性是否符合我国及国际的标准，直接影响到消费者的生活质量和健康，且严重影响我国生鲜肉在国内外的销售价格。传统的生鲜肉品质检测方法主要有感官评定法和理化分析方法。感光评定方法需要培训评定人员，且评定结果容易受评定人员的技术水平和经验等影响。理化分析方法费时费力，且对样品具有破坏性。目前生鲜肉品质无损在线检测系统为了多点检测以提高检测精度，一种方式是使用多根分叉光纤、多个光源和多套光谱仪，每根分叉光纤分别与一套光谱仪连接；另一种方式使用多根分叉光纤、多个光源、一套光谱仪和一个光纤轮多路复用器，多个光源与复用器光源入口连接，分叉光纤的照明光纤与复用器光源出口连接。第一种在线检测方式成本较高，第二种在线检测方式由于光纤多路复用器转换光学通路的时间间隔使单个样品的检测时间较长。
技术实现思路
针对本领域存在的问题，本专利技术的目的是提出一种生鲜肉品质参数多点同时检测的系统。本专利技术提供的生鲜肉品质多点同时光谱无损检测系统，用以解决现有技术中在线无损检测成本高和检测时间较长的技术问题。本专利技术的另一目的是提出一种生鲜肉品质参数多点同时检测的方法。实现本专利技术目的的技术方案为：一种生鲜肉品质参数多点同时检测的系统，包括输送生鲜肉样品的输送单元、测距单元、多根分叉光纤、第一光谱仪和第二光谱仪、处理器、光源；所述输送单元包括高度调节装置、位于高度调节装置顶部的托盘，所述测距单元与处理器通过扩展口连接；所述分叉光纤有2-8根，光纤的探头用多探头定位夹持部件固定，每根分叉光纤的两个接收光纤通过圆转线光纤分别连接在第一光谱仪和第二光谱仪上；所述托盘与多探头定位夹持部件围成封闭的暗环境；所述光源位于多探头定位夹持部件正上方；所述第一光谱仪和第二光谱仪与所述处理器通过USB数据线连接；所述第一光谱仪和第二光谱仪通过同步线连接。所述第一光谱仪与多个卤钨灯光源通过控制线连接。其中，所述输送单元为包括输送样品水平移动的环形输送带和高度调节装置，所述高度调节装置包括驱动托盘垂直移动的步进电机、丝杠螺母副和上下限位开关。其中，所述测距单元包括激光位移传感器，与处理器通讯输出方式采用RS232、RS422、RS485协议中的一种或多种；为了将多个激光位移传感器信号传至处理器，优选使用PCI转多个串口扩展卡，串口选择与传感器输出方式对应，可减少处理器通讯接口的数量。其中，所述激光位移传感器个数与分叉光纤个数一致，与所述光纤的探头在同一水平上(即，信号接收位置与所述光纤探头端面在同一水平上)；激光位移传感器检测点分布方式和光纤探头分布方式一致(在一个水平高度，都是环形分布、或都是矩形分布)，所述激光位移传感器与探头位于同一水平。其中，所述第一光谱仪和第二光谱仪互相独立地为全波段光谱仪，所述光谱仪的光谱范围分别为300-1100nm和950-1700nm或为了检测生鲜肉更多的品质参数，所述光谱仪的光谱范围分别为300-1100nm和950-2500nm。其中，所述光源为多个卤钨灯，每个卤钨灯为每根分叉光纤的照明光纤提供内置光源；所述分叉光纤为3叉光纤，光纤的照明光纤与所述光源连接；进一步地，所述卤钨灯下放置滤光片，滤光片采用带通滤波片，滤除掉两个光谱仪接收光谱范围以外的光谱数据。或，所述光源为外置光源，由多个卤钨灯珠组成环形光源，各个卤钨灯珠参数一致；环形的直径大于样品光谱检测范围，直径大小应保证检测点范围内的光均匀。一种生鲜肉品质参数多点同时检测的方法，使用本专利技术提出的系统，包括步骤：1)托盘上放置标准漫反射参考白板，通过输送单元水平输送到测距单元下方，调整标准漫反射参考白板和测距传感器距离为标准距离，所述标准距离为80-150mm；读取白参考和黑参考数据并储存，取下白板；例如，所述标准距离可选120mm；2)将生鲜肉样品置于托盘上，多个激光测距传感器同时测量样品上相应点到测距传感器的距离，传感器将测得的数据上传至处理器；3)处理器取多个测距传感器信号，确定中间距离点，并控制高度调整装置，使中间距离点与探头的距离为标准距离；4)生鲜肉高度调整完成后，通过输送单元水平输送到光谱采集下方，光源将光照射在样品上，分叉光纤和圆型转线型光纤将样品对光的响应信号导入第一光谱仪和第二光谱仪；5)光谱仪将光谱数据传至处理器，处理器对光谱数据进行预处理，预处理方法可以使用多元散射校正、变量标准化、平滑等。6)将预处理后的光谱数据输入到品质参数预测模型获得生鲜肉品质数值；所述生鲜肉品质参数包括嫩度、含水量、pH值、颜色、挥发性盐基氮中的一种或多种。通过步骤3)的距离调整，保证探头对应的检测点中至少有一个不会失焦，有精确的测量值；而其他测点偏差为最小。进一步地，所述的方法通过多元散射校正、变量标准化、平滑等方法预处理光谱数据；在建立模型之前选用逐步回归法和/或连续投影算法，确定各品质参数对应的特征波长选取方法选取的特征波长；每个品质参数使用的建模方法为多元线性回归或支持向量机。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的一种生鲜肉品质多点同时光谱无损检测系统和方法中，通过圆转线光纤将样品多点漫反射光信号一次进入光谱仪，系统只需要一套光谱仪，设备简便紧凑。本专利技术进一步在光源下放置滤光片，过滤掉干扰信号；多点同时测量，可以提高检测效率和准确度。另外，系统中有高度调解装置，消除了由于生鲜肉表面不平造成的光谱数据误差。因此，本专利技术中的系统和方法可以降低系统成本，提高检测效率和准确性。附图说明图1为生鲜肉多点同时光谱无损快速检测方法的基本流程示意图。图2为生鲜肉多点同时光谱无损快速检测系统的结构图。图3为3叉光纤的连接示意图。图4为实施例2光纤的连接示意图。图中，1为输送单元，2为高度调节装置，3为托盘，4为测距单元，5为多探头定位夹持部件，6为光纤探头，7为分叉光纤，8为光源，9为圆转线光纤，10为第一光谱仪，11为处理器，12为USB数据线，13为同步线，14为控制线。具体实施方式现以以下实施例来说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例中使用的手段，如无特别说明，均使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生鲜肉品质参数多点同时检测的系统，其特征在于，包括输送生鲜肉样品的输送单元(1)、测距单元(4)、多根分叉光纤(7)、第一光谱仪和第二光谱仪、处理器(11)、光源(8)；所述输送单元包括高度调节装置(2)、位于高度调节装置顶部的托盘(3)，所述测距单元(4)与处理器(2)通过扩展口连接；所述分叉光纤有2‑8根，光纤的探头(6)用多探头定位夹持部件(5)固定，每根分叉光纤的两个接收光纤通过圆转线光纤(9)分别连接在第一光谱仪和第二光谱仪上；所述托盘(3)与多探头定位夹持部件(5)围成封闭的暗环境；所述光源(8)位于多探头定位夹持部件(5)正上方，或者与所述分叉光纤连接；所述第一光谱仪和第二光谱仪与所述处理器通过USB数据线(12)连接；所述第一光谱仪和第二光谱仪通过同步线(13)连接。

【技术特征摘要】
1.一种生鲜肉品质参数多点同时检测的方法，使用一种生鲜肉品质参数多点同时检测的系统，其包括输送生鲜肉样品的输送单元(1)、测距单元(4)、多根分叉光纤(7)、第一光谱仪和第二光谱仪、处理器(11)、光源(8)；所述输送单元包括高度调节装置(2)、位于高度调节装置顶部的托盘(3)，所述测距单元(4)与处理器(11)通过扩展口连接；所述分叉光纤有2-8根，光纤的探头(6)用多探头定位夹持部件(5)固定，每根分叉光纤的两个接收光纤通过圆转线光纤(9)分别连接在第一光谱仪和第二光谱仪上；所述托盘(3)与多探头定位夹持部件(5)围成封闭的暗环境；所述光源(8)位于多探头定位夹持部件(5)正上方，或者与所述分叉光纤连接；所述第一光谱仪和第二光谱仪与所述处理器通过USB数据线(12)连接；所述第一光谱仪和第二光谱仪通过同步线(13)连接；所述方法包括步骤：1)托盘上放置标准漫反射参考白板，通过输送单元水平输送到测距单元下方，调整标准漫反射参考白板和测距传感器距离为标准距离，所述标准距离为80-150mm；读取白参考和黑参考数据并储存，取下白板；2)将生鲜肉样品置于托盘上，多个激光测距传感器同时测量样品上相应点到测距传感器的距离，传感器将测得的数据上传至处理器；3)处理器取多个测距传感器信号，确定中间距离点，控制高度调整装置，使中间距离点与探头的距离为标准距离；4)生鲜肉高度调整完成后，通过输送单元水平输送到光谱采集下方，光源将光照射在样品上，分叉光纤和圆型转线型光纤将样品漫反射光谱数据导入第一光谱仪和第二光谱仪；5)光谱仪将光谱数据传至处理器，处理器对光谱数据进行预处理，预处理方法使用多元散射校正、变量标准化、平滑中的一种或多种；6)将预处理后的光谱数据输入到品质参数预测模型获得生鲜肉品质数值；所述生鲜肉品质参数包括嫩度、含水量、pH值、颜色、挥发...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭彦昆，刘媛媛，王文秀，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11