基于耦合仿生的食品脆性测试仪及测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于耦合仿生的食品脆性测试仪，包括用于实现模拟人类咀嚼系统咀嚼破碎食物的咀嚼模拟器、用于采集咀嚼模拟器咀嚼时产生的压力信号和声音信号的脆裂信号采集系统和用于接收信号并进行数据处理分析获取食品脆性预测结果的数据处理分析系统；本发明专利技术采用通过仿生技术模拟人类咀嚼系统与听觉系统建立耦合仿生测试装置，获取食物咀嚼时的力学、声学信号，并建立脆性感官评定与力、声信号间的预测模型，利用此模型综合判断出食物的脆性。构建成以低能耗获取最大环境适应性为特征的人工技术集成系统。本发明专利技术从脆性形成机理出发进行测试，要优于从裂纹等其它指标进行脆性评定；优于单纯从力学信号评判。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于耦合仿生的食品脆性测试仪，包括用于实现模拟人类咀嚼系统咀嚼破碎食物的咀嚼模拟器、用于采集咀嚼模拟器咀嚼时产生的压力信号和声音信号的脆裂信号采集系统和用于接收信号并进行数据处理分析获取食品脆性预测结果的数据处理分析系统；本专利技术采用通过仿生技术模拟人类咀嚼系统与听觉系统建立耦合仿生测试装置，获取食物咀嚼时的力学、声学信号，并建立脆性感官评定与力、声信号间的预测模型，利用此模型综合判断出食物的脆性。构建成以低能耗获取最大环境适应性为特征的人工技术集成系统。本专利技术从脆性形成机理出发进行测试，要优于从裂纹等其它指标进行脆性评定；优于单纯从力学信号评判。【专利说明】
本专利技术涉及食品检测领域，特别涉及一种。
技术介绍
食品的脆性是食品的重要感官指标，对食品物料的新鲜度、贮藏性、安全性等有重要影响。目前，对食品脆性的测定主要有感官评价法、仪器测定法。感官评价是人类通过对口腔咀嚼食物时力和声音的感知，然后分析判断，它是最准确的脆性评价方法。但是，感官评价不仅需要具有一定判断能力的评价人员，而且评价过程也费时费力，其结果还带有主观因素，评价很不稳定。脆性的仪器测定法有通用的食品质构仪测定和一些脆性专用测试仪器测定。通用食品质构仪多是采用探头刺压食物块，通过获取力学信号曲线，按照TPA分析法从曲线上获取食物脆性数据；这种方法有时并不能获取食物脆性值，只能得到硬度值，而且在探头运动方式上、温湿环境上与人类口腔存在很大的区别，不能反映真实的脆性。其它的用于食品质地评价和咀嚼模拟的装置有:专利技术专利201180036198.3公开了一种食品脆度测定法，即利用一个有刃的刀侵入多孔性食品进行破碎，用与刀密接的振动检测器对基于破碎被测定物之际产生裂纹的裂纹振动进行检测，计算机从检测出的裂纹振动抽出各个裂纹持续时间内的裂纹振动所含有的给定振动功率以下的小裂纹振动，根据对所抽出的小裂纹振动计数得到的计数(裂纹数)计测脆度。这种脆度测试方法是通过食品破碎的裂纹来判断食物的脆性的，没有模拟人类咀嚼食物时对脆性的感知，而且这种方法只能用于油炸食品等多孔性食品脆性的测定；专利技术专利201010255196.0公开了一种食品物性仿生检测机器人，该机器人包括控制装置与仿生口腔，所述的仿生口腔由上颚与下巴组成，上颚的上牙与下巴的下牙相配合；上颚顶部固定在机架的上部，下巴底部固定在动平台上，动平台与机架底座之间通过若干个球副一移动副一球副机构连接；在口腔内部不同位置设置有若干传感器；所述控制装置控制所述移动副的运动，并且从传感器接收数据并存储处理。该机器人能够对食品物性作出科学、客观地评价。食品物性仿生检测机器人虽然模拟了人类的口腔咀嚼情况，但是只是从力学传感器中获取食物物性的数据，没有获取食物破碎时的声音，而且主要适合测定硬度、弹性、韧性等质地指标测定，对脆性的测定没有优势，甚至不能测定。专利技术专利201010115381.X公开了一种柔索驱动的冗余并联咀嚼机器人，该机器人由机架、电机、减速器、索轮、柔索、人类下颌骨模型和颅骨牙齿模型组成。机架为整个机器人的支撑平台，安装有可移动横梁，电机通过电机座固定在横梁上。电机通过减速器与索轮相连，索轮上缠有柔索，柔索另一端与下领骨模型相连，驱动下领骨模型实现三维空间内的咀嚼运动。颅骨牙齿模型通过机架的固定支架固定。该专利技术采用的柔索驱动具有对肌肉模拟更真实、柔顺性更好等特点，整体结构相对紧凑，工作空间大，冗余机构也更符合人类咀嚼系统的实际情况。该专利技术主要模拟人类咀嚼情况，没有设置传感器，不能用于感知食品质地，也不能用于食品脆性的测定。此外，国内外还有一些咀嚼模拟器或仿生口腔，大体上是模拟人类咀嚼动作制成的，在牙齿形态、口腔温室环境上与人类口腔有较大差异，主要用于医疗领域、食物咀嚼时食物团以及挥发气味分析。通过以上分析研究，目前国内外还没有准确的食品脆性测试方法和测试仪器，更没有通过人类咀嚼食物时的力、声来判断食物脆性的仿生检测方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种。本专利技术的目的之一是提出一种基于耦合仿生的食品脆性测试仪；本专利技术的目的之二是提出一种基于耦合仿生的食品脆性测试方法。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案来实现的:本专利技术提供的一种基于耦合仿生的食品脆性测试仪，包括咀嚼模拟器、脆裂信号采集系统和数据处理分析系统；所述咀嚼模拟器，用于实现模拟人类咀嚼系统咀嚼破碎食物；所述脆裂信号采集系统包括力学脆裂信号采集单元和声音脆裂信号采集单元；所述力学脆裂信号采集单元，用于采集咀嚼模拟器咀嚼时产生的压力信号；所述声音脆裂信号采集单元，用于采集咀嚼模拟器咀嚼时产生的声音信号；所述数据处理分析系统，用于接收从脆裂信号采集系统输入的脆裂信号并进行数据处理分析获取食品脆性预测结果。进一步，所述咀嚼模拟器包括仿生颌骨、仿生牙齿、仿生颞下颌关节、仿生咀嚼肌和驱动机构；所述仿生颌骨包括仿生上颌骨和仿生下颌骨；所述驱动机构包括可调速电动机、传动轴、偏心轮、凸轮和压板；所述仿生颞下颌关节包括仿生髁突和颞骨关节窝；所述仿生牙齿依次设置于仿生上颌骨和仿生下颌骨的牙槽中；所述仿生髁突与颞骨关节窝分别设置于仿生颌骨上；所述仿生髁突与颞骨关节窝实现转动配合；所述仿生上颌骨通过压板与偏心轮接触，所述偏心轮通过凸轮与传动轴连接，所述传动轴与可调速电动机的转轴连接；所述仿生咀嚼肌一端设置于仿生上颌骨上，另一端设置于仿生下颌骨上，所述仿生咀嚼肌设置位置和驱动机构的设置位置分别位于所述仿生颞下颌关节的两侧，使得所述仿生上颌骨和仿生下颌骨实现模拟人咀嚼运动动作。进一步，所述咀嚼模拟器还包括设置于咀嚼模拟器上的仿生口腔温湿环境部件；所述仿生口腔温湿环境部件包括人工唾液分泌装置和自动调温设备；所述人工唾液分泌装置包括计量泵、输液管和人造唾液输液器；所述自动调温设备包括自控温电热带、温度传感器和温度控制器；所述输液管按牙列形状设置于仿生牙齿根部内侧，所述输液管外侧刺有小孔；所述人造唾液输液器通过计量泵控制将人造唾液输入到仿生牙齿上；所述自控温电热带和温度传感器分别设置于仿生颌骨内侧，所述自控温电热带和温度传感器分别与温度控制器连接，所述温度传感器用于获取仿生颌骨内腔的温度信号并将温度信号输入到温度控制器，所述温度控制器通过信号处理产生用于控制自控温电热带的工作命令并将工作命令输入到自控温电热带中。进一步，所述仿生咀嚼肌为数根碳素弹簧钢丝的拉簧。进一步，所述脆裂信号采集单元还包括设置于仿生牙齿上的仿生牙周膜和仿生听觉采集器；所述仿生牙周膜，用于采集食品脆裂时力学信号；所述仿生听觉采集器，用于采集食品脆裂时声音信号；所述仿生牙周膜包括压电薄膜传感器、多通道信号采集器和仿生牙周膜转换放大电路；所述压电薄膜传感器设置于仿生牙齿的周围或底部用于获取仿生牙齿咀嚼食品时的压力信号；所述多通道信号采集器与压电薄膜传感器连接用于接收压电薄膜传感器获取的压力信号；所述仿生牙周膜转换放大电路，用于将力学信号进行信号处理后输入到数据处理分析系统中；所述仿生听觉采集器包括声音传感器和声音采集卡；所述声音传感器设置于仿生牙齿的周围用于获取仿生牙齿咀嚼食品时的声音信号;所述声音采集卡与声音传感器连接用于接收声音传感器获取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于耦合仿生的食品脆性测试仪，其特征在于：包括咀嚼模拟器、脆裂信号采集系统和数据处理分析系统；所述咀嚼模拟器，用于实现模拟人类咀嚼系统咀嚼破碎食物；所述脆裂信号采集系统包括力学脆裂信号采集单元和声音脆裂信号采集单元；所述力学脆裂信号采集单元，用于采集咀嚼模拟器咀嚼时产生的压力信号；所述声音脆裂信号采集单元，用于采集咀嚼模拟器咀嚼时产生的声音信号；所述数据处理分析系统，用于接收从脆裂信号采集系统输入的脆裂信号并进行数据处理分析获取食品脆性预测结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙钟雷，李宇，李昌满，李敏，冉景盛，
申请(专利权)人：长江师范学院，
类型：发明
国别省市：