一种浓缩咖啡品质的软测量方法技术

本发明专利技术公开了一种浓缩咖啡品质的软测量方法。在咖啡机上搭建传感信息测量系统；所述传感信息测量系统包括称重模块、热电阻、热电偶、压力表和视觉传感器；热电阻用于测量锅炉外壁温度；热电偶用于测量咖啡机出口的咖啡液温度；压力表测量泵出口压力；视觉传感器用于获取出口咖啡液颜色信息。对传感器信息进行处理，计算出平均锅炉温度、平均出口温度、出口温度达到稳定的时间、出水时间、冲煮时长、平均压力、平均流量、流量达到平稳的时间、咖啡出口颜色变化等指标。通过咖啡传感器信息的历史统计数据和咖啡萃取过程机理，确定指标的上下限参考范围。结合先验的统计知识对浓缩咖啡品质进行软测量，消除人工品尝的随意性和经验依赖性。

【技术实现步骤摘要】
一种浓缩咖啡品质的软测量方法
本专利技术属于咖啡机
，尤其涉及一种浓缩咖啡品质的软测量方法。
技术介绍
中国的咖啡市场在近年来逐渐扩大，其中意式浓缩咖啡是一种高压萃取的咖啡，是指热水在9bar左右的压力下流过经烘焙研磨的咖啡，通过机械冲刷和溶解作用，将咖啡粉中的物质萃取到热水中，形成浓缩咖啡饮品。咖啡机经过近一个世纪的不断完善，制作工艺和机械设计已经十分成熟。咖啡机一般包括水箱、锅炉、泵、冲煮头、粉碗等部分。水箱中的冷水在泵的作用下抽取到锅炉中，进行加热。咖啡机工作时，泵开启，锅炉中的热水在泵的驱动作用下流出锅炉，到达冲煮头。在冲煮头处，热水流经分水器变成均匀的数股细小水流，流经装在粉碗中的咖啡粉饼。单片机程控系统在咖啡机上得到广泛使用，并有智能化的发展趋势，体现在冲煮监测、精准控制和品质优化等智能功能的出现和发展。咖啡机参数如温度、压力、咖啡液体积、锅炉液位等得到监测和控制，出现了通过咖啡粉的粒径信息预测咖啡冲煮品质的方法。浓缩咖啡冲煮是一个微观变化十分复杂的过程，人为操作失误又会对咖啡品质产生很大影响。通过对浓缩咖啡冲煮过程宏观参数的测量，可以获取大量有用信息。现有浓缩咖啡机不能通过对冲煮过程可测参数加以利用，分析得到一种较为客观的咖啡品质评估结果，并对使用者提出可行性建议。因而通过指标检测和数据统计，及机理分析，可以消除人工品尝的随意性和经验依赖性，为进一步品质调控和优化建立很好的评估体系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种浓缩咖啡品质的软测量方法，通过收集浓缩咖啡冲煮过程的传感信息，对咖啡品质进行软测量。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种浓缩咖啡品质的软测量方法，该方法包括以下步骤：(1)在咖啡机上搭建具有用户界面的传感信息测量系统，所述传感信息测量系统包括称重模块、热电阻、热电偶、压力表和视觉传感器；所述称重模块用于测量从咖啡机流出的咖啡液的重量；所述热电阻用于测量锅炉外壁温度；所述热电偶用于测量咖啡机出口的咖啡液温度；所述压力表用于测量泵出口压力；所述视觉传感器用于获取出口咖啡液颜色信息；这些测量信息通过用户界面实时显示，便于使用者了解当前冲煮状态；(2)对单次完整冲煮过程的传感器测量信息进行处理，计算出冲煮过程多种指标，包括平均锅炉温度、平均出口温度、出口温度达到稳定的时间、出水时间、冲煮时长、平均压力、平均流量、流量达到平稳的时间、咖啡出口颜色变化；(3)通过传感器测量信息的历史统计数据和咖啡萃取过程机理，确定指标的上下限参考范围；(4)结合先验的统计知识对浓缩咖啡品质进行软测量：通过判断传感器测量曲线是否存在形状异常以及各冲煮指标是否超出上下限参考范围，对浓缩咖啡进行缺陷诊断和品质评估，消除人工品尝的随意性和经验依赖性。进一步地，所述称重模块固定在咖啡出口处，选取量程为1kg的悬臂平行梁称重传感器，对盛有咖啡的杯子称重，和空咖啡杯重量相减得到咖啡重量；由于咖啡密度与水接近，且基本固定，通过咖啡重量信息可以换算得到咖啡体积；对咖啡体积前后两时刻的测量值进行差分运算可以得到咖啡流量。所述热电阻传感器用于测量锅炉温度，精度为0.1℃，便于应用于温度控制；将热电阻安装到锅炉壁上时，为增强传热效果，采用导热胶，并贴近锅炉；热电阻体积小以减少温度测量滞后；为与数据采集装置(单片机)相连，热电阻搭配变送模块；所述热电偶传感器用于出口咖啡温度，热响应速度快；热电偶在出口处固定好以保证冲煮过程中热电偶感温端与咖啡液充分接触；热电偶的体积小以减少温度测量滞后，且外壳和固定装置满足食品卫生要求；热电偶搭配变送模块，与数据采集装置(单片机)相连；所述压力表具有数字远传功能；对于一般的9bar咖啡机，压力表量程选择0-1.6MPA；压力表采用防振动安装方式，连接压力表的管路具有承压功能。进一步地，所述视觉传感器安装在咖啡机出口处，测量从咖啡机中流出的咖啡液的颜色；使咖啡液流经一段不透光的白色管道防止环境光干扰，管道两端用带有筛孔的金属片封住，减少环境中的光线；管道内在管道中段开两个孔，照相机通过其中一个孔拍摄咖啡的照片，以获取咖啡颜色，以RGB值表示；另一个孔处放置LED灯，进行照明；视觉传感器具备颜色区分功能，对分辨率要求不高。进一步地，所述步骤(2)中，进行数据处理前，先对传感器的原始测量信息进行剔除野值和低通滤波的预处理。锅炉温度在烧水阶段上升到初始冲煮温度，在冲煮阶段根据锅炉热容、流量、加热功率的不同会升温或降温；咖啡机出口温度在烧水阶段测量的是出口处的空气温度，根据空气温度可以判断手柄和管路预热是否充分；开始冲煮咖啡后，出口温度能够反应咖啡液的温度，出口温度逐渐上升，当粉饼和管路已经充分传热后，出口温度达到稳定，基本保持恒定；咖啡流量在烧水阶段为0，咖啡冲煮开始后，经过3-5秒，出口有咖啡液流出，称重模块开始检测到流量；随着咖啡冲煮的进行，流量先增大，后达到平稳，基本保持恒定；对于泵后方压力，在管路充满水的情况下，它与咖啡粉饼处压力基本相等；在烧水阶段，管路压力来自于锅炉中的水蒸气，其大小与加热时间有关；开始冲煮后，出口阀门打开瞬间，压力降低到接近零；当锅炉流出的热水与粉饼充分接触后，压力迅速回升；咖啡机一般装有泄压阀，在整个冲煮阶段，压力维持在泄压阀的额定压力；对于咖啡流出液的颜色，其变化规律是从不透明的黑色或深棕色渐渐转为浅棕色，然后转为半透明的黄色或淡黄色，如果萃取时间足够长，最终会为透明的无色液体；由于采用白色背景，咖啡流出液颜色的亮度递增，可以以咖啡黄色分量的变化来测量咖啡颜色变化的进程。选取的方便计算的指标包括平均锅炉温度、平均出口温度、出口温度达到稳定的时间、出水时间、冲煮时长、平均压力、平均流量、流量达到平稳的时间、咖啡出口颜色变化。进一步地，所述步骤(2)中，所述平均锅炉温度是指冲煮阶段热电阻测量值稳定后的锅炉温度的平均值，其中将开始冲煮后第x秒(x为常数，通过经验得到)作为锅炉温度达到稳定的时间；所述平均出口温度指冲煮阶段热电偶温度达到平稳后温度的平均值，先根据冲煮阶段后半段出口温度线性拟合出一条直线，然后以热电偶测量曲线接近这条直线的时间作为出口温度达到稳定的时间；所述出水时间指冲煮开始到称重模块检测到咖啡液的时间；所述冲煮时长指整个冲煮过程的时间长度；所述平均压力指冲煮阶段压力的平均值；所述平均流量指冲煮阶段流量达到平稳后流量的平均值，先根据冲煮阶段后半段的流量线性拟合出一条直线，然后以流量测量曲线接近这条直线的时间作为流量达到平稳的时间；所述咖啡出口颜色变化指视觉传感器获取的咖啡流出液颜色黄色分量的变化。进一步地，所述步骤(3)中，对于商品咖啡机，指标的上下限参考范围可以由出厂前的测试得到；使用者也可以根据自己的喜好对指标的上下限参考范围进行调整。进一步地，所述步骤(3)中，为确定各指标的参考范围，先使用咖啡机根据标准操作流程冲煮出一杯比较满意的咖啡，并将这杯咖啡冲煮时所用的条件定为标准条件；使用标准条件冲煮出50杯咖啡，得到的测量值数据记为A组；在标准条件的基础上，对各参数进行微小的调整，冲煮出50杯与标准操作略微不同的咖啡，得到的测量数据记为B组；将A组和B组的共100组历史数据作为确定各指标范围的统计样本；计算各指标在统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浓缩咖啡品质的软测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在咖啡机上搭建具有用户界面的传感信息测量系统，所述传感信息测量系统包括称重模块、热电阻、热电偶、压力表和视觉传感器；所述称重模块用于测量从咖啡机流出的咖啡液的重量；所述热电阻用于测量锅炉外壁温度；所述热电偶用于测量咖啡机出口的咖啡液温度；所述压力表用于测量泵出口压力；所述视觉传感器用于获取出口咖啡液颜色信息；(2)对单次完整冲煮过程的传感器测量信息进行处理，计算出冲煮过程多种指标，包括平均锅炉温度、平均出口温度、出口温度达到稳定的时间、出水时间、冲煮时长、平均压力、平均流量、流量达到平稳的时间、咖啡出口颜色变化；(3)通过传感器测量信息的历史统计数据和咖啡萃取过程机理，确定指标的上下限参考范围；(4)结合先验的统计知识对浓缩咖啡品质进行软测量：通过判断传感器测量曲线是否存在形状异常以及各冲煮指标是否超出上下限参考范围，对浓缩咖啡进行缺陷诊断和品质评估。

【技术特征摘要】
1.一种浓缩咖啡品质的软测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在咖啡机上搭建具有用户界面的传感信息测量系统，所述传感信息测量系统包括称重模块、热电阻、热电偶、压力表和视觉传感器；所述称重模块用于测量从咖啡机流出的咖啡液的重量；所述热电阻用于测量锅炉外壁温度；所述热电偶用于测量咖啡机出口的咖啡液温度；所述压力表用于测量泵出口压力；所述视觉传感器用于获取出口咖啡液颜色信息；(2)对单次完整冲煮过程的传感器测量信息进行处理，计算出冲煮过程多种指标，包括平均锅炉温度、平均出口温度、出口温度达到稳定的时间、出水时间、冲煮时长、平均压力、平均流量、流量达到平稳的时间、咖啡出口颜色变化；(3)通过传感器测量信息的历史统计数据和咖啡萃取过程机理，确定指标的上下限参考范围；(4)结合先验的统计知识对浓缩咖啡品质进行软测量：通过判断传感器测量曲线是否存在形状异常以及各冲煮指标是否超出上下限参考范围，对浓缩咖啡进行缺陷诊断和品质评估。2.根据权利要求1所述的浓缩咖啡品质的软测量方法，其特征在于，所述称重模块固定在咖啡出口处，对盛有咖啡的杯子称重，和空咖啡杯重量相减得到咖啡重量；通过咖啡重量信息换算得到咖啡体积；对咖啡体积前后两时刻的测量值进行差分运算得到咖啡流量；所述视觉传感器安装在咖啡机出口处，测量从咖啡机中流出的咖啡液的颜色；使咖啡液流经一段不透光的白色管道，管道两端用带有筛孔的金属片封住；管道内在管道中段开两个孔，照相机通过其中一个孔拍摄咖啡的照片，以获取咖啡颜色，以RGB值表示；另一个孔处放置LED灯，进行照明。3.根据权利要求1所述的浓缩咖啡品质的软测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，进行数据处理前，先对传感器的原始测量信息进行剔除野值和低通滤波的预处理。4.根据权利要求1所述的浓缩咖啡品质的软测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述平均锅炉温度是指冲煮阶段热电阻测量值稳定后的锅炉温度的平均值；所述平均出口温度指冲煮阶段热电偶温度达到平稳后温度的平均值，先根据冲煮阶段后半段出口温度线性拟合出一条直线，然后以热电偶测量曲线接近这条直线的时间作为出口温度达到稳定的时间；所述出水时间指冲煮开始到称重模块检测到咖啡液的时间；所述冲煮时长指整个冲煮过程的时间长度；所述平均压力指冲煮阶段压力的平均值；所述平均流量指冲煮阶段流量达到平稳后流量的平均值，先根据冲煮阶段后半段的流量线性拟合出一条直线，然后以流量测量曲线接近这条直线的时间作为流量达到平稳的时间；所述咖啡出口颜色变化指视觉传感器获取的咖啡流出液颜色黄色分量的变化。5.根据权利要求1所述的浓缩咖啡品质的软测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对于商品咖啡机，指标的上下限参考范围可以由出厂前的测试得到；使用者也可以根据自己的喜好对指标的上下限参考范围进行调整。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：邵之江，张舵，朱晟华，刘乐文，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33