一种基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置与方法。本发明专利技术的装置由光源系统、样品室、分光系统、数据传输线、计算机和显示器组成。本发明专利技术的方法为：通过光源系统，样品室系统和分光采集系统对样本的原始光信息进行获取。然后对原始光谱数据进行预处理包括数据的平滑和滤波，然后对滤波后的信号进行特征提取，对提取的特征值进行归一化，然后使用主成分分析对归一化后的特征值进行降维，根据提取样品的特征值数据建立预测和分类模型。通过得到的模型实现针对新的液态乳制品样本中脂肪、蛋白质和乳糖含量的定量检测与类别分类。近红外光谱分析具有无环境污染、测速度快、准确、成本低等优点。为乳制品质量检测工作带来很大的便利。

A device and method for quality detection of liquid dairy products based on near infrared transmission technology

The invention relates to a device and method for the quality detection of liquid dairy products based on the near infrared transmission technology. The device of the invention is composed of a light source system, a sample room, a light splitting system, a data transmission line, a computer and a display. The method of the invention is to obtain the original light information of the sample by the light source system, the sample room system and the optical acquisition system. Then the original spectral data preprocessing including smoothing and filtering data, and then the filtered signal feature extraction, the extracted feature values were normalized, and then use the principal component analysis of the characteristics of the normalized value of dimension reduction, feature extraction based on the samples of data to establish a prediction and classification model. The quantitative detection and classification of fat, protein and lactose content in new liquid dairy samples were achieved by the obtained model. Near infrared spectrum analysis has the advantages of no environmental pollution, fast measurement, accurate, low cost and so on. It brings great convenience to the quality testing of dairy products.

【技术实现步骤摘要】
一种基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置与方法
本专利技术涉及机器学习、模式识别、近红外技术和质量检测领域，尤其涉及一种基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置与方法。
技术介绍
乳制品中有效营养成分包含蛋白质、脂肪、乳糖等营养元素，营养成分的含量直接影响到乳制品的质量。目前对乳制品质量检测的方法主要有化学检测方法和物理方法。传统的化学评定方法耗时长，操作繁琐，实时性差，而物理方法仪器贵重，技术要求高，难以得到广泛的应用。研究开发一套实时性好，无损且低成本的乳制品检测系统是乳制品行业的迫切需求。近红外光是指波长范围在780nm到2526nm之间的电磁波，波数范围为4000～13000cm-1。对样品检测时，使用近红外光对样品照射。当光通过样品时，由于不同分子团对不同波段的光吸收作用不同，得到的光就包含了样品的各种信息。通过采集反射光或透射光，对这些光中包含的信息进行提取处理，则可以定量或定性的分析出样品的属性。近红外光谱检测技术有着高效、快速、方便、无损等优点，在乳制品质量检测上有重要的应用前景。然而以下问题制约了近红外光谱检测技术在乳制品检测中的应用：1)乳制品检测要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置，其特征在于：包括光源系统(近红外短波段)、样品室、分光系统(光信号接收)、数据传输线、计算机和显示器。所述光源系统包括光源室外壁、灯支架、碘钨灯、调焦镜筒、调焦透镜、调节滑杆、开关、变压器、整流电路和风扇，所述光源室外壁用于保护内部元器件和防止外界光源干扰，所述灯支架固定于光源室的底部，所述碘钨灯固定于灯支架上，用于提供原始光源，所述调焦镜筒固定于灯支架下方，所述调焦透镜安放于调焦镜筒中，所述调节滑杆固定于调焦镜筒侧壁，用于调节调焦透镜的位置，进而对原始光源进行调节，所述开关固定于光源室外壁，用于控制近红外透射光谱仪的电源，所述变压器固定于光源...

【技术特征摘要】
1.一种基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置，其特征在于：包括光源系统(近红外短波段)、样品室、分光系统(光信号接收)、数据传输线、计算机和显示器。所述光源系统包括光源室外壁、灯支架、碘钨灯、调焦镜筒、调焦透镜、调节滑杆、开关、变压器、整流电路和风扇，所述光源室外壁用于保护内部元器件和防止外界光源干扰，所述灯支架固定于光源室的底部，所述碘钨灯固定于灯支架上，用于提供原始光源，所述调焦镜筒固定于灯支架下方，所述调焦透镜安放于调焦镜筒中，所述调节滑杆固定于调焦镜筒侧壁，用于调节调焦透镜的位置，进而对原始光源进行调节，所述开关固定于光源室外壁，用于控制近红外透射光谱仪的电源，所述变压器固定于光源室外壁，用于调节电压，所述整流电路固定于光源室外壁，用于将交流电转换成直流电，所述风扇固定于光源室侧壁，用于将碘钨灯散发出的热量排出光源室，防止温度过高损坏元器件，所述样品室包括样品室外壁、卡槽、圆形透光孔和狭缝，所述样品室外壁用于保护样本和防止外界光源干扰，所述卡槽(3个)固定于调焦镜筒下方的左上、右上和中上方，用于固定样品池的位置，使样品池正对调焦镜筒，所述原型透光孔固定于样品池上方，所述狭缝固定于样品池下方，用于使光源进入分光系统，所述分光系统包括入射狭缝、透镜、凹面反射镜、光栅和线阵CCD检测器，所述入射狭缝位于分光室上部，用于给光路系统提供一个的入射点，所述透镜安放于入射狭缝下方，用于聚光，所述凹面反射镜斜放于透镜下方，用于保证射向光栅的光是平行的，所述光栅固定于凹面反射镜反射方向，用于分光，所述线阵CCD检测器固定于分光系统的底部，用于将光信号转换为电信号，所述数据传输线将近红外透射光谱仪连接到计算机，用于传输数据，所述计算机用于处理从近红外透射光谱仪获得的光谱数据，所述显示器与计算机相连，用来显示软件操作界面和数据处理结果。2.根据权利要求1所述的基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置，其特征在于：变压器输入电压220V，输出电压12V，整流电路将交流电转换为直流电。3.根据权利要求1所述的基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置，其特征在于：碘钨灯色温3000～3400K，电压选择为50W，电压过低不能够把牛奶穿透，电压过高检测器处于饱和状态。4.根据权利要求1所述的基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置，其特征在于：风扇为直流电，电压12V，固定风扇的光源室外壁开有散热孔，方便热量排出光源室。5.根据权利要求1所述的基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置，其特征在于：光源焦距调节部分由直径30mm透镜和一个可调透镜架构成。此部分用于调节透镜和光源的距离，用以调节对样品照射的光强。6.根据权利要求1所述的基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置，其特征在于：样本室盛放样本的样本池使用比色皿。7.根据权利要求1所述的基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的装置，其特征在于：所述线阵CCD检测器型号为TCD1501D，5000个像素点，通过USB接口与信息处理系统相连，电源为外接12V，5V直流稳压电源，再使用天津耀辉的AD16S-USB型数据采集卡将模拟信号转换为数字信号传输给计算机供其进行分析识别。A/D采样精度为16bit，AD最高采样速率为125kMHz。8.一种基于近红外透射技术的液态乳制品质量检测的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)实验样品的制取，购买某品牌同一批次250ml盒装纯牛奶，用化学手段测定每100ml该牛奶中脂肪、蛋白质和乳糖含量(g)，添加水配制牛奶稀释溶液用于实验建模和检测；(2)向比色皿中装载样品，将比色皿放入卡槽中；(3)打开光谱仪开关，碘钨灯开始发热直至状态稳定，光线通过调焦镜筒入射到样品室；(4)光通过样品室透射穿过样品再入射到分光系统中，分...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丽敏，蒋强，蒋苹，王田子，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11