一種安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種安裝于冷庫中的肉品檢測裝置，包括設(shè)于冷庫外的電腦，設(shè)于冷庫內(nèi)的高光譜掃描系統(tǒng)、水平移動(dòng)部件、垂直移動(dòng)部件和移動(dòng)平臺(tái)；水平移動(dòng)部件、垂直移動(dòng)部件分別用于控制高光譜掃描系統(tǒng)的水平、垂直運(yùn)動(dòng)，所述高光譜掃描系統(tǒng)、第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)分別與電腦連接。本發(fā)明的安裝于冷庫中的肉品檢測裝置可減少外界條件的干擾，節(jié)省了搬運(yùn)樣品的人力，方便快捷，避免了操作人員進(jìn)出冷庫遭受的嚴(yán)寒之苦。
【專利說明】—種安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采集肉品高光譜信息的裝置，特別涉及一種安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，融合了光譜與空間成像的高光譜技術(shù)憑借其定性、定量以及定位的能力，越來越多地被應(yīng)用到食品及農(nóng)副產(chǎn)品的質(zhì)量檢測、分類與分級(jí)中，具有快速、無損等突出優(yōu)勢。目前，肉類的品質(zhì)檢測上采用高光譜技術(shù)的報(bào)道持續(xù)增多，且檢測精度越來越高、檢測范圍越來越廣。如中國專利CN200710178609.8公布了一種利用超光譜成像系統(tǒng)檢測肉制品嫩度的方法；中國專利CN200710178609公布了肉制品嫩度無損檢測的超光譜成像系統(tǒng)及檢測方法；中國專利CN200610097857公布了基于高光譜圖像技術(shù)的農(nóng)畜產(chǎn)品無損檢測方法及裝置。中國專利CN201110060095.2公布了快速無損傷檢測冷卻肉菌落總數(shù)的方法。
[0003]然而，高光譜在生產(chǎn)中應(yīng)用只處于起步階段，很多方面與實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)合不理想。高光譜檢測的第一步是采集光譜圖像信息。現(xiàn)有的高光譜采集系統(tǒng)大多將高光譜儀置于一個(gè)不透光的匣子中(光室)，將物體放于載物臺(tái)上，通過平動(dòng)載物臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高光譜相機(jī)對物體的逐行掃描，最后獲得高光譜圖像。這種高光譜采集裝置在肉品檢測，尤其在屠宰場的大宗肉品檢測中有諸多不便之處，主要表現(xiàn)在:
[0004](I)高光譜匣子的容積以及載物平臺(tái)的承重有限，使大塊胴體不能放進(jìn)匣子內(nèi)掃描。切割成小塊檢測，則影響商品價(jià)值。
[0005](2)高光譜檢測技術(shù)以非接觸、快速、無損傷著稱，然后現(xiàn)有的高光譜系統(tǒng)讓食品置于載物臺(tái)上掃描，不可避免會(huì)讓食品接觸污染物。
[0006](3)動(dòng)物胴體大多在冷藏庫里低溫冷藏，進(jìn)行光譜掃描時(shí)，將肉品拿入拿出，必將產(chǎn)生溫度波動(dòng)，易引起肉品腐敗變質(zhì)。
[0007](4)移動(dòng)大塊肉品費(fèi)時(shí)、耗力、工作效率低，同時(shí)，進(jìn)出冷庫使工人忍受嚴(yán)寒之苦。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置，在冷庫外可完成對高光譜儀的操作和運(yùn)算，完成檢測過程，使工人免受嚴(yán)寒之苦，可用于肉品的PH、嫩度、微生物等常規(guī)指標(biāo)測量以及肉品分級(jí)、宰后成熟狀況等綜合指標(biāo)檢測。
[0009]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]一種安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置，包括設(shè)于冷庫外的電腦，設(shè)于冷庫內(nèi)的高光譜掃描系統(tǒng)、水平移動(dòng)部件、垂直移動(dòng)部件和移動(dòng)平臺(tái)；
[0011]所述水平移動(dòng)部件包括兩條水平軌道、兩個(gè)固定部件、第一電機(jī)、第二電機(jī)、第一螺桿、軸承和滑輪，所述兩條水平軌道分別固定于冷庫的兩側(cè)墻壁，所述軸承的兩端分別穿過設(shè)置于兩條水平軌道的兩個(gè)滑輪，并與兩個(gè)滑輪固定連接；所述軸承的兩端分別穿過兩個(gè)固定部件；所述第一螺桿的兩端分別與兩個(gè)固定部件通過螺紋連接；所述第一螺桿穿過移動(dòng)平臺(tái)，與移動(dòng)平臺(tái)螺紋連接；所述軸承穿過移動(dòng)平臺(tái)；所述軸承在第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)滑輪沿水平軌道在X軸方向上移動(dòng)，軸承與移動(dòng)平臺(tái)、固定部件相對滑動(dòng)；所述第一螺桿在第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)在y軸方向移動(dòng)；
[0012]所述垂直移動(dòng)部件包括固定于移動(dòng)平臺(tái)下方的第二螺桿和第三電機(jī)，所述高光譜掃描系統(tǒng)固定于第二螺桿上；所述第二螺桿在第三電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)高光譜掃描系統(tǒng)在垂直方向移動(dòng)；
[0013]所述高光譜掃描系統(tǒng)、第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)分別與電腦連接。
[0014]所述高光譜掃描系統(tǒng)包括掃描平臺(tái)、高光譜儀、光源和攝像頭，所述高光譜儀、光源和攝像頭固定安裝在掃描平臺(tái)上。
[0015]所述高光譜儀包括鏡頭、窄縫、光譜儀和CCD數(shù)字照相機(jī)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0017](I)本發(fā)明的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置的掃描系統(tǒng)在冷庫內(nèi)，可減少外界條件(溫度、濕度、光線等)的干擾，采用高光譜儀移動(dòng)的方式掃描，節(jié)省了搬運(yùn)樣品的人力，方便快捷。
[0018](2)本發(fā)明的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置的操作系統(tǒng)、運(yùn)算系統(tǒng)在冷庫外，避免了操作人員遭受冷庫嚴(yán)寒之苦。
[0019](3)本發(fā)明的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置在采集光譜過程中，移動(dòng)高光譜儀而保持畜肉胴體懸掛于冷庫中始終不動(dòng)，避免肉品溫差變動(dòng)和接觸污染。
[0020](4)本發(fā)明的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置，利用不透光的冷藏庫形成天然的光室，因此本裝置不需要專門搭建光室。
[0021 ] ( 5 )本發(fā)明中高光譜儀可沿水平軌道和垂直軌道，運(yùn)動(dòng)至冷庫任意位置、任意高度對肉品進(jìn)行掃描、檢測，攝像頭可以幫助操作人員確定高光譜儀所在的位置和高度，確?？焖佟?zhǔn)確移動(dòng)高光譜儀并使其正對目標(biāo)胴體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置的俯視圖。
[0024]圖3為采用本實(shí)施例的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置對冷藏庫中肉品進(jìn)行檢測的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0026]實(shí)施例
[0027]如圖1?2所示，本實(shí)施例的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置，包括設(shè)于冷庫外的電腦1，設(shè)于冷庫內(nèi)的高光譜掃描系統(tǒng)、水平移動(dòng)部件、垂直移動(dòng)部件和移動(dòng)平臺(tái)8 ;所述水平移動(dòng)部件包括兩條水平軌道3、兩個(gè)固定部件17、第一電機(jī)6、第二電機(jī)4、第一螺桿7、軸承5和滑輪，所述兩條水平軌道3分別固定于冷庫的兩側(cè)墻壁，所述軸承5的兩端分別穿過設(shè)置于兩條水平軌道3的兩個(gè)滑輪18，并與兩個(gè)滑輪18固定連接；所述軸承5的兩端分別穿過兩個(gè)固定部件17 ;所述第一螺桿7的兩端分別與兩個(gè)固定部件17通過螺紋連接；所述第一螺桿17穿過移動(dòng)平臺(tái)8，與移動(dòng)平臺(tái)8螺紋連接；所述軸承5穿過移動(dòng)平臺(tái)8 ;所述軸承5在第二電機(jī)4的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)滑輪18沿水平軌道3在X軸方向上移動(dòng)，軸承5與移動(dòng)平臺(tái)8、固定部件17相對滑動(dòng)；所述第一螺桿7在第一電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)8在y軸方向移動(dòng)；所述高光譜掃描系統(tǒng)包括掃描平臺(tái)10、高光譜儀15、光源13和攝像頭14，所述高光譜儀15、光源13和攝像頭14固定安裝在掃描平臺(tái)10上；所述高光譜儀15包括鏡頭、窄縫、光譜儀和CCD數(shù)字照相機(jī)。
[0028]所述垂直移動(dòng)部件包括固定于移動(dòng)平臺(tái)下方的第二螺桿12和第三電機(jī)11，所述高光譜掃描系統(tǒng)固定于第二螺桿12上；所述第二螺桿12在第三電機(jī)11的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)高光譜掃描系統(tǒng)沿垂直軌道9在垂直方向移動(dòng)；
[0029]所述高光譜掃描系統(tǒng)、第一電機(jī)6、第二電機(jī)4和第三電機(jī)11分別通過數(shù)據(jù)線2與電腦連接。
[0030]本實(shí)施例的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置的操作過程如下:
[0031]在冷庫墻壁某處涂抹標(biāo)準(zhǔn)白板和黑板，掃描樣品前，打開電腦I及其操作系統(tǒng)，移動(dòng)高光譜儀15到黑、白板處。打開光源13掃描標(biāo)準(zhǔn)白板，關(guān)閉光源13后掃描標(biāo)準(zhǔn)黑板，完成高光譜的光譜校對。
[0032]掃描肉品時(shí)，打開光源13，操作第二電機(jī)4帶動(dòng)滑輪18在水平軌道3 (x軸方向)上移動(dòng)。操作第一電機(jī)6可使第一螺桿7轉(zhuǎn)動(dòng),使移動(dòng)平臺(tái)8在y軸方向上移動(dòng)。通過攝像頭14的觀察選擇要掃描的目標(biāo)胴體16，讓移動(dòng)平臺(tái)8達(dá)到適合掃描的位點(diǎn)，操作第三電機(jī)11使第二螺桿12轉(zhuǎn)動(dòng)，使掃描平臺(tái)10沿垂直軌道9自上而下移動(dòng)，掃描平臺(tái)10上的高光譜儀15從而完成對胴體16的光譜圖像采集。光譜圖像通過數(shù)據(jù)線2傳送到電腦I中，進(jìn)行光譜分析，對肉品進(jìn)行相應(yīng)處理。
[0033]下面采用本實(shí)施例的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置對冷藏庫中肉品的成熟度進(jìn)行檢測:
[0034]在屠宰場收集100頭牛肉屠宰信息，通過安全檢疫適合屠宰的牛經(jīng)擊暈、放血、剝皮、分離內(nèi)臟、劈半等流程后入冷藏庫，冷藏庫溫度設(shè)定為4°C，濕度為85%。立即對肉品進(jìn)行PH值、嫩度的檢測及光譜掃描?？梢砸阅骋惶囟ú课淮黼伢w的成熟度，本實(shí)施例中以臀肉代表胴體成熟度。
[0035]用本實(shí)施例的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置對肉品進(jìn)行高光譜掃描，高光譜儀由近紅外光譜儀(芬蘭Spectral Imaging有限公司，波長900-2500nm,波長分辨率是6nm)和CCD相機(jī)(比利時(shí)Xenics Infrared Solutions公司，像素是320X 300)構(gòu)成。相機(jī)曝光速度為2ms/次，高光譜為近紅外波長(900-1700nm)，像素是320 X 256，波長分辨率是6nm。掃描后，從牛胴體后臀處切下長寬高分別為6Cm、3Cm、3Cm的牛肉塊。使用pH值測儀器(0rion3Star, Thermo Fisher Scientific Inc.,美國)測量樣品的 pH 值,將探頭插入到肉樣中，使PH值計(jì)電極與肌肉中的組織液充分接觸，待pH值計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后記錄，每個(gè)樣品在不同部位測量3次，取測量平均值該樣品的pH值。再進(jìn)行嫩度測量，按農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一 NY/T1180 一 2006《肉嫩度的測定剪切力測定法》進(jìn)行，用質(zhì)構(gòu)儀(Instron，Model4301,英國)對每個(gè)樣品重復(fù)測量3次，均值作為該樣品的嫩度(單位N)。[0036]四小時(shí)后再次對牛肉進(jìn)行高光譜掃描和屬性測量。此后定時(shí)重復(fù)數(shù)據(jù)采集，屠宰后前2天為4小時(shí)采集一次，2天后8小時(shí)采集一次。當(dāng)肉品的pH值、嫩度值恢復(fù)到變化幅度很小時(shí)，人工判別肉品成熟，將肉品運(yùn)出冷庫，結(jié)束數(shù)據(jù)采集?？紤]屠宰場的經(jīng)濟(jì)因素，定18天冷藏期限，結(jié)束全部樣品的數(shù)據(jù)采集。
[0037]單個(gè)時(shí)間點(diǎn)的回歸模型建立方法如下(如圖3所示):(I)光譜預(yù)處理，對牛胴體臀肉處的光譜進(jìn)行平均化。(2)對所有樣本的光譜進(jìn)行PCA分析，提取前10個(gè)主成分。(3)通過支持向量機(jī)(SVM)分別建立光譜10個(gè)主成分與肉品pH值、嫩度值光譜回歸模型，SVM常見的核函數(shù)有四種，本案例中選用徑向基函數(shù)作為核函數(shù)。(4)支持向量機(jī)的懲罰參數(shù)C和核參數(shù)g是決定訓(xùn)練精確度的重要參數(shù)，本發(fā)明中通過粒子群算法(POS)對光譜模型的2個(gè)參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，以第4小時(shí)嫩度模型為例，優(yōu)化結(jié)果是C=2.37g=77.52時(shí)，模型的回歸效果最好，留一法交叉驗(yàn)證(Leave-One-Out Cross-Validation)的相關(guān)系數(shù)R=0.91。(5)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，將預(yù)測值與測量值進(jìn)行相關(guān)性分析，達(dá)到顯著相關(guān)水平的認(rèn)為模型成功，未達(dá)到顯著相關(guān)水平的調(diào)整建模參數(shù)，重新建模。
[0038]依照時(shí)間順序，重復(fù)以上建模步驟，建立不同時(shí)間點(diǎn)的肉品pH值、嫩度值與光譜回歸模型。
[0039]新樣品成熟度的測量:對新樣品進(jìn)行定時(shí)光譜掃描，將不同時(shí)間點(diǎn)光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的光譜模型，計(jì)算出肉品PH值、嫩度值。按時(shí)間順序?qū)㈩A(yù)測值連接起來，繪制牛肉的PH值、嫩度值變化曲線，根據(jù)變化曲線判別肉品的成熟是否完成。肉品的排酸、嫩化到何種程度定義為成熟，每個(gè)廠家可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。本實(shí)例中將PH值回升后，pH值大于6，且最后三次測量值相差不大于0.3 ;同時(shí)嫩度比最大嫩度下降超過30%，且最后三次測量值偏差不大于5%。成熟的出廠銷售，未成熟的繼續(xù)冷藏、檢測，直至冷藏最后期限。
`[0040]本實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)備了 40頭新樣本，進(jìn)行光譜掃描和分析，有31頭牛在14天內(nèi)提前完成了成熟，人工檢測和判別該31頭樣品中有29頭成熟，判別正確93.5%。證明本實(shí)施例的肉品品質(zhì)檢測裝置在實(shí)際生產(chǎn)中可行。
[0041]表1采用本發(fā)明進(jìn)行光譜判別與人工檢測結(jié)果的對比
【權(quán)利要求】
1.一種安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置，其特征在于，包括設(shè)于冷庫外的電腦，設(shè)于冷庫內(nèi)的高光譜掃描系統(tǒng)、水平移動(dòng)部件、垂直移動(dòng)部件和移動(dòng)平臺(tái)； 所述水平移動(dòng)部件包括兩條水平軌道、兩個(gè)固定部件、第一電機(jī)、第二電機(jī)、第一螺桿、軸承和滑輪，所述兩條水平軌道分別固定于冷庫的兩側(cè)墻壁，所述軸承的兩端分別穿過設(shè)置于兩條水平軌道的兩個(gè)滑輪，并與兩個(gè)滑輪固定連接；所述軸承的兩端分別穿過兩個(gè)固定部件；所述第一螺桿的兩端分別與兩個(gè)固定部件通過螺紋連接；所述第一螺桿穿過移動(dòng)平臺(tái)，與移動(dòng)平臺(tái)螺紋連接；所述軸承穿過移動(dòng)平臺(tái)；所述軸承在第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)滑輪沿水平軌道在X軸方向上移動(dòng)，軸承與移動(dòng)平臺(tái)、固定部件相對滑動(dòng)；所述第一螺桿在第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)在y軸方向移動(dòng)； 所述垂直移動(dòng)部件包括固定于移動(dòng)平臺(tái)下方的第二螺桿和第三電機(jī)，所述高光譜掃描系統(tǒng)固定于第二螺桿上；所述第二螺桿在第三電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)高光譜掃描系統(tǒng)在垂直方向移動(dòng)； 所述高光譜掃描系統(tǒng)、第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)分別與電腦連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置，其特征在于，所述高光譜掃描系統(tǒng)包括掃描平臺(tái)、高光譜儀、光源和攝像頭，所述高光譜儀、光源和攝像頭固定安裝在掃描平臺(tái)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安裝于冷庫中的肉品品質(zhì)檢測裝置，其特征在于，所述高光譜儀包括鏡頭、窄縫、光譜儀和CCD數(shù)字照相機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK103776775SQ201410040300
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】孫大文, 謝安國, 曾新安, 王啟軍 申請人:華南理工大學(xué)