本發(fā)明涉及食品檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雪花牛肉檢測裝置和方法。

背景技術(shù)：
高檔牛肉是指制作國際高檔食品的優(yōu)質(zhì)牛肉，要求肌纖維細嫩、多汁，肌肉間含有一定量的脂肪，脂肪顆粒細小，于肌肉組織中分布均勻，成大理石紋理，俗稱“雪花牛肉”。目前，雪花牛肉一般靠人肉眼進行判斷，判斷不夠準確，且容易出現(xiàn)人為失誤。中國專利公開號CN1603794，公開日2005年4月6日，發(fā)明的名稱為近紅外技術(shù)快速檢測牛肉嫩度的方法和裝置，該申請案公開了一種近紅外技術(shù)快速檢測牛肉嫩度的方法和裝置，它由近紅外光源、近紅外檢測器、漫反射光纖設(shè)備、微處理器、顯示和記錄裝置和可轉(zhuǎn)動載物臺組成。其不足之處是，該檢測裝置不能檢測牛肉是否為雪花牛肉。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服目前牛肉檢測裝置不能檢測牛肉是否為雪花牛肉的技術(shù)問題，提供了一種雪花牛肉檢測裝置和方法，其能夠快速、簡便、準確地檢測出牛肉是否為雪花牛肉。為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：本發(fā)明的一種雪花牛肉檢測裝置，包括控制器和檢測平臺，所述控制器包括中央處理單元、觸摸屏和光源控制模塊，所述檢測平臺包括底座，所述底座上設(shè)有樣品托板，所述樣品托板通過第一支撐柱與底座相連，所述樣品托板的中部設(shè)有透明窗口，所述透明窗口上方設(shè)有照射光源，所述透明窗口下方設(shè)有接收器，所述底座上還設(shè)有帶動照射光源移動的第一運動機構(gòu)和帶動接收器移動的第二運動機構(gòu)，所述中央處理單元分別與觸摸屏、光源控制模塊、接收器、第一運動機構(gòu)和第二運動機構(gòu)電連接，所述光源控制模塊還與照射光源電連接。在本技術(shù)方案中，照射光源為鹵素燈或激光發(fā)射器。檢測時，將待測牛肉樣品放置在樣品托板的透明窗口處。中央處理單元通過第一運動機構(gòu)控制照射光源運動，通過第二運動機構(gòu)控制接收器運動，確保接收器始終能夠接收到照射光源發(fā)出的穿過牛肉樣品和透明窗口的檢測光?？刂破骺刂普丈涔庠匆砸欢ㄕ丈浣嵌刃D(zhuǎn)一周，每水平轉(zhuǎn)動5度停下檢測一次光譜數(shù)據(jù)。檢測光譜數(shù)據(jù)時，照射光源發(fā)出的檢測光的強度曲線先從0按照正切曲線上升到最大值，接著從最大值按照余切曲線下降到0。接收器檢測接收到的透射光強度，并將其發(fā)送到控制器，控制器對檢測數(shù)據(jù)進行相應處理后，判斷待測牛肉樣品是否為雪花牛肉。本發(fā)明是采用光強度不斷變化的入射光照射樣品，在入射光的強度漸大或者減小的變化過程中，不同基團對相應波長光的吸收是漸大或者減小的，此時基團的吸收程度處于未飽和、飽和漸弱過程中，透射光中包含更多的檢測信息，從而使得到的檢測信號能夠更準確的表征出牛肉是否為雪花牛肉。作為優(yōu)選，所述第一運動機構(gòu)包括升降機構(gòu)、橫向連桿、縱向連桿、第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機，所述升降機構(gòu)設(shè)置在底座上，所述橫向連桿一端與升降機構(gòu)相連，橫向連桿另一端與第一驅(qū)動電機相連，所述第一驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)軸豎直向下，所述縱向連桿的頂端與第一驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)軸相連，所述縱向連桿的底端與第二驅(qū)動電機相連，所述第二驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)軸水平設(shè)置，所述照射光源與第二驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)軸相連，照射光源的照射方向朝向透明窗口，所述升降機構(gòu)、第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機分別與中央處理單元電連接。升降機構(gòu)可帶動橫向連桿升降，從而帶動照射光源在豎直方向上下移動；第一驅(qū)動電機可帶動縱向連桿轉(zhuǎn)動，從而帶動照射光源在水平方向旋轉(zhuǎn)；第二驅(qū)動電機可帶動照射光源在豎直方向旋轉(zhuǎn)?？刂破魍ㄟ^升降機構(gòu)、第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機調(diào)整照射光源的位置及其發(fā)出檢測光的入射角度。作為優(yōu)選，所述第二運動機構(gòu)包括設(shè)置在底座上的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以及設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)頂部的弧形軌道，所述接收器設(shè)置在弧形軌道上，所述弧形軌道的底面設(shè)有兩條相互平行的弧形凹槽，弧形凹槽內(nèi)設(shè)有呈弧形的齒條，所述接收器的底部設(shè)有兩個齒輪以及驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動的第三驅(qū)動電機，所述兩個齒輪分別與兩個齒條嚙合，所述弧形軌道的兩個側(cè)壁上對稱設(shè)有呈弧形的限位槽，所述接收器的兩側(cè)分別設(shè)有與限位槽配合的限位塊，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和第三驅(qū)動電機分別與中央處理單元電連接。照射光源位于弧形軌道的弧心位置，接收器朝向弧形軌道的弧心位置。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)可帶動弧形軌道水平旋轉(zhuǎn)，使照射光源和弧形軌道位于同一平面，因此只要接收器移動到弧形軌道上的對應位置就能接收到照射光源發(fā)出的檢測光。第三驅(qū)動電機可驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，從而使接收器在弧形軌道上運動，限位塊能夠限制接收器的位置，防止接收器離開弧形軌道。作為優(yōu)選，所述光源控制模塊包括NI數(shù)字式采集卡和功放電路，所述NI數(shù)字式采集卡的輸入端與中央處理單元電連接，所述NI數(shù)字式采集卡的輸出端與功放電路的輸入端電連接，所述功放電路的輸出端與照射光源電連接。NI數(shù)字式采集卡采集中央處理單元發(fā)出的控制信號，并通過功放電路控制照射光源發(fā)出不同強度的檢測光。作為優(yōu)選，所述透明窗口為0.4mm-0.5mm的石英玻璃。作為優(yōu)選，所述升降機構(gòu)包括絲桿、支撐桿以及驅(qū)動絲桿轉(zhuǎn)動的第四驅(qū)動電機，絲桿和支撐桿豎直設(shè)置在底座上，橫向連桿與升降機構(gòu)相連的一端設(shè)有套設(shè)在絲桿上的螺紋套以及套設(shè)在支撐桿上的套管，第四驅(qū)動電機與中央處理單元電連接。作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括第二支撐柱以及驅(qū)動第二支撐柱轉(zhuǎn)動的第五驅(qū)動電機，第二支撐柱設(shè)置在底座上，第五驅(qū)動電機與中央處理單元電連接。本發(fā)明的一種雪花牛肉檢測方法，包括以下步驟：S1：制備片狀牛肉樣品，將牛肉樣品放置在樣品托板的透明窗口處，使牛肉樣品的中心位于縱向連桿的正下方；S2：控制器通過第二驅(qū)動電機控制照射光源轉(zhuǎn)動，使照射光源與豎直方向的夾角為20-40度，控制器通過第二運動機構(gòu)調(diào)整接收器的位置，使接收器能夠接收到照射光源發(fā)出的穿過牛肉樣品和透明窗口的檢測光；S3：控制器通過光源控制模塊控制照射光源發(fā)出特定光強的檢測光照射在牛肉樣品上，檢測光強度曲線先從0按照正切曲線上升到最大值，接著從最大值按照余切曲線下降到0，控制器采集透射光譜數(shù)據(jù)Spect(t)，然后控制器通過第一驅(qū)動電機控制縱向連桿轉(zhuǎn)動5度，使照射光源水平旋轉(zhuǎn)5度，控制接收器運動到對應位置，采集此時照射光源照射點的光譜數(shù)據(jù)，如此控制照射光源水平旋轉(zhuǎn)一周，每水平轉(zhuǎn)動5度停下檢測一次光譜數(shù)據(jù)，從而在牛肉樣品上采集72個不同位置的光譜數(shù)據(jù)Spect(t)；S4：將采集到的72個光譜數(shù)據(jù)Spect(t)均進行同樣的數(shù)據(jù)處理，計算出72個信噪比特征值，對每個光譜數(shù)據(jù)Spect(t)進行的數(shù)據(jù)處理包括以下步驟：采用輸入信號作為輸入矩陣，勢函數(shù)V(x，t)與輸入信號協(xié)同為一層隨機共振模型：其中，V(x，t)為勢函數(shù)，x(t)為布朗粒子運動軌跡函數(shù)，t為運動時間，為周期性正弦信號，N(t)為內(nèi)秉噪聲，A是信號幅度，f是信號頻率，D是外噪聲強度，ξ(t)是外噪聲，為相位，計算V(x，t)對于x的一階導數(shù)和二階導數(shù)，并且使等式等于0，得到二層隨機共振模型：設(shè)定噪聲強度D=0，Spect(t)=0，N(t)=0，B=1，計算得到A的臨界值為將Ac代入公式(1)中，并設(shè)定x0(t)=0，sn0=0，采用四階瓏格庫塔算法求解公式(1)，得到：n=0，1，…，N-1(3)待定系數(shù)：其中，xn(t)為x(t)的n階導數(shù)，snn是S(t)的n階導數(shù)在t=0處的值，a、b為設(shè)定的常數(shù)，計算得到x1(t)，x2(t)…xn+1(t)的值，對x1(t)，x2(t)…xn+1(t)進行積分得到x(t)，并得到x(t)在一層隨機共振模型和二層隨機共振模型組成的雙層隨機共振系統(tǒng)產(chǎn)生共振時刻的位置xm值、與xm相對應的共振時刻t1以及與t1相對應的噪聲D1，D1為D中的一個值，通過公式計算得到信噪比特征值SNR特征，其中，ΔU＝a2／4b；S5：將計算出的72個信噪比特征值SNR特征分別與設(shè)定的閾值比較，如果SNR特征>-68.74判斷該信噪比特征值對應的檢測點為白色光譜點，如果SNR特征<-77.49判斷該信噪比特征值對應的檢測點為紅色光譜點；S6：統(tǒng)計白色光譜點的個數(shù)N1和紅色光譜點的個數(shù)N2，如果則判斷該牛肉是雪花牛肉，否則判斷該牛肉不是雪花牛肉。作為優(yōu)選，所述步驟S2中控制器通過第二運動機構(gòu)調(diào)整接收器的位置包括以下步驟：照射光源持續(xù)發(fā)射強度不變的照射光，控制器根據(jù)照射光源轉(zhuǎn)動方向控制接收器朝對應方向運動，并監(jiān)測接收器接收到的照射光強度，最后使接收器停留在接收到的照射光強度最大的位置。作為優(yōu)選，所述步驟S3中控制器控制接收器運動到對應位置包括以下步驟：控制器根據(jù)縱向連桿的轉(zhuǎn)動角度通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動弧形軌道轉(zhuǎn)動相應角度。本發(fā)明的實質(zhì)效果是：能夠快速、簡便、準確地檢測出牛肉是否為雪花牛肉。附圖說明圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的第二運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的弧形軌道的截面圖；圖4是本發(fā)明的電路原理連接框圖；圖5是檢測時照射光源發(fā)出的檢測光的光強曲線圖。圖中：1、中央處理單元，2、觸摸屏，3、光源控制模塊，4、底座，5、第二支撐柱，6、樣品托板，7、透明窗口，8、照射光源，9、接收器，10、升降機構(gòu)，11、橫向連桿，12、縱向連桿，13、第一驅(qū)動電機，14、第二驅(qū)動電機，15、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，16、弧形軌道，17、弧形凹槽，18、齒輪，19、第三驅(qū)動電機，20、限位槽，21、限位塊，22、NI數(shù)字式采集卡，23、功放電路，24、第一支撐柱，25、絲桿，26、支撐桿，27、螺紋套，28、套管。具體實施方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例：本實施例的一種雪花牛肉檢測裝置，如圖1、圖2、圖3所示，包括控制器和檢測平臺，控制器包括中央處理單元1、觸摸屏2和光源控制模塊3，光源控制模塊3包括NI數(shù)字式采集卡22和功放電路23，檢測平臺包括底座4，底座4上設(shè)有樣品托板6，樣品托板6通過第一支撐柱24與底座4相連，樣品托板6的中部設(shè)有透明窗口7，透明窗口7上方設(shè)有照射光源8，透明窗口7下方設(shè)有接收器9，底座4上還設(shè)有帶動照射光源8移動的第一運動機構(gòu)和帶動接收器9移動的第二運動機構(gòu)。第一運動機構(gòu)包括升降機構(gòu)10、橫向連桿11、縱向連桿12、第一驅(qū)動電機13和第二驅(qū)動電機14，升降機構(gòu)10設(shè)置在底座4上，橫向連桿11一端與升降機構(gòu)10相連，橫向連桿11另一端與第一驅(qū)動電機13相連，第一驅(qū)動電機13的轉(zhuǎn)軸豎直向下，縱向連桿12的頂端與第一驅(qū)動電機13的轉(zhuǎn)軸相連，縱向連桿12的底端與第二驅(qū)動電機14相連，第二驅(qū)動電機14的轉(zhuǎn)軸水平設(shè)置，照射光源8與第二驅(qū)動電機14的轉(zhuǎn)軸相連，照射光源8的照射方向朝向透明窗口7。第二運動機構(gòu)包括設(shè)置在底座4上的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)15以及設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)15頂部的弧形軌道16，接收器9設(shè)置在弧形軌道16上，弧形軌道16的底面設(shè)有兩條相互平行的弧形凹槽17，弧形凹槽17內(nèi)設(shè)有呈弧形的齒條，接收器9的底部設(shè)有兩個齒輪18以及驅(qū)動齒輪18轉(zhuǎn)動的第三驅(qū)動電機19，兩個齒輪18分別與兩個齒條嚙合，弧形軌道16的兩個側(cè)壁上對稱設(shè)有呈弧形的限位槽20，接收器9的兩側(cè)分別設(shè)有與限位槽20配合的限位塊21。如圖4所示，中央處理單元1分別與觸摸屏2、接收器9、升降機構(gòu)10、第一驅(qū)動電機13、第二驅(qū)動電機14、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)15、第三驅(qū)動電機19、NI數(shù)字式采集卡22的輸入端電連接，NI數(shù)字式采集卡22的輸出端與功放電路23的輸入端電連接，功放電路23的輸出端與照射光源8電連接。透明窗口7為0.4mm的石英玻璃，照射光源8為高亮度鹵素燈。升降機構(gòu)包括絲桿25、支撐桿26以及驅(qū)動絲桿25轉(zhuǎn)動的第四驅(qū)動電機，絲桿25和支撐桿26豎直設(shè)置在底座4上，橫向連桿11與升降機構(gòu)10相連的一端設(shè)有套設(shè)在絲桿25上的螺紋套27以及套設(shè)在支撐桿26上的套管28，第四驅(qū)動電機與中央處理單元1電連接。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)15包括第二支撐柱5以及驅(qū)動第二支撐柱5轉(zhuǎn)動的第五驅(qū)動電機，第二支撐柱5設(shè)置在底座4上，第五驅(qū)動電機與中央處理單元1電連接。升降機構(gòu)10可帶動橫向連桿11升降，從而帶動照射光源8在豎直方向上下移動；第一驅(qū)動電機13可帶動縱向連桿12轉(zhuǎn)動，從而帶動照射光源8在水平方向旋轉(zhuǎn)；第二驅(qū)動電機14可帶動照射光源8在豎直方向旋轉(zhuǎn)?？刂破魍ㄟ^升降機構(gòu)10、第一驅(qū)動電機13和第二驅(qū)動電機14調(diào)整照射光源8的位置及其發(fā)出檢測光的入射角度。照射光源8位于弧形軌道16的弧心位置，接收器9朝向弧形軌道16的弧心位置。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)15可帶動弧形軌道16水平旋轉(zhuǎn)，使照射光源8和弧形軌道16位于同一平面，因此只要接收器9移動到弧形軌道16上的對應位置就能接收到照射光源8發(fā)出的檢測光。第三驅(qū)動電機19可驅(qū)動齒輪18轉(zhuǎn)動，從而使接收器9在弧形軌道16上運動，限位塊21能夠限制接收器9的位置，防止接收器9離開弧形軌道16。NI數(shù)字式采集卡22采集中央處理單元1發(fā)出的控制信號，并通過功放電路23控制照射光源8發(fā)出不同強度的檢測光。檢測時，將待測牛肉樣品放置在樣品托板6的透明窗口7處。中央處理單元1通過第一運動機構(gòu)控制照射光源8運動，通過第二運動機構(gòu)控制接收器9運動，確保接收器9始終能夠接收到照射光源8發(fā)出的穿過牛肉樣品和透明窗口7的檢測光。控制器控制照射光源8以一定照射角度旋轉(zhuǎn)一周，每水平轉(zhuǎn)動5度停下檢測一次光譜數(shù)據(jù)。檢測光譜數(shù)據(jù)時，照射光源8發(fā)出的檢測光的強度曲線先從0按照正切曲線上升到最大值，接著從最大值按照余切曲線下降到0，如圖5所示。接收器9檢測接收到的透射光強度，并將其發(fā)送到控制器，控制器對檢測數(shù)據(jù)進行相應處理后，判斷待測牛肉樣品是否為雪花牛肉。本發(fā)明是采用光強度不斷變化的入射光照射樣品，在入射光的強度漸大或者減小的變化過程中，不同基團對相應波長光的吸收是漸大或者減小的，此時基團的吸收程度處于未飽和、飽和漸弱過程中，透射光中包含更多的檢測信息，從而使得到的檢測信號能夠更準確的表征出牛肉是否為雪花牛肉。本實施例的一種雪花牛肉檢測方法，包括以下步驟：S1：制備厚度為10mm-11mm的牛肉樣品，將牛肉樣品放置在樣品托板的透明窗口處，使牛肉樣品的中心位于縱向連桿的正下方；S2：控制器通過第二驅(qū)動電機控制照射光源轉(zhuǎn)動，使照射光源與豎直方向的夾角為30度，控制器通過第二運動機構(gòu)調(diào)整接收器的位置，使接收器能夠接收到照射光源發(fā)出的穿過牛肉樣品和透明窗口的檢測光；S3：控制器通過光源控制模塊控制照射光源發(fā)出特定光強的檢測光照射在牛肉樣品上，檢測光強度曲線先從0按照正切曲線上升到最大值，接著從最大值按照余切曲線下降到0，控制器采集透射光譜數(shù)據(jù)Spect(t)，然后控制器通過第一驅(qū)動電機控制縱向連桿轉(zhuǎn)動5度，使照射光源水平旋轉(zhuǎn)5度，控制接收器運動到對應位置，采集此時照射光源照射點的光譜數(shù)據(jù)，如此控制照射光源水平旋轉(zhuǎn)一周，每水平轉(zhuǎn)動5度停下檢測一次光譜數(shù)據(jù)，從而在牛肉樣品上采集72個不同位置的光譜數(shù)據(jù)Spect(t)；S4：將采集到的72個光譜數(shù)據(jù)Spect(t)均進行同樣的數(shù)據(jù)處理，計算出72個信噪比特征值，對每個光譜數(shù)據(jù)Spect(t)進行的數(shù)據(jù)處理包括以下步驟：采用輸入信號作為輸入矩陣，在絕熱近似條件下，假設(shè)信號幅度極小(A<<1)，雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)在沒有足夠能量驅(qū)動的情況下，布朗運動粒子偏置于一側(cè)勢阱中，信號周期比一些典型勢阱內(nèi)系統(tǒng)弛豫時間要長的多，此時周期性驅(qū)動力的出現(xiàn)使勢函數(shù)發(fā)生傾斜，最終導致布朗運動粒子從一個勢阱到另外一個勢阱的躍遷，因此勢函數(shù)V(x，t)與輸入信號協(xié)同為一層隨機共振模型：其中，V(x，t)為勢函數(shù)，x(t)為布朗粒子運動軌跡函數(shù)，t為運動時間，為周期性正弦信號，N(t)為內(nèi)秉噪聲，A是信號幅度，f是信號頻率，D是外噪聲強度，ξ(t)是外噪聲，為相位，計算V(x，t)對于x的一階導數(shù)和二階導數(shù)，并且使等式等于0，得到二層隨機共振模型：設(shè)定噪聲強度D=0，Spect(t)=0，N(t)=0，B=1，計算得到A的臨界值為在A<Ac的情況下，布朗運動粒子在其原始位置左右進行徘徊，并不能實現(xiàn)兩個勢阱之間的躍遷，但是粒子在得到外噪聲干預的情況下，即便是A<Ac其也能完成勢阱之間的躍遷，這就是隨機共振的發(fā)生過程，將Ac代入公式(1)中，并設(shè)定x0(t)=0，sn0=0，采用四階瓏格庫塔算法求解公式(1)，得到：n=0，1，…，N-1(3)待定系數(shù)：其中，xn(t)為x(t)的n階導數(shù)，snn是S(t)的n階導數(shù)在t=0處的值，a、b為設(shè)定的常數(shù)，計算得到x1(t)，x2(t)…xn+1(t)的值，對x1(t)，x2(t)…xn+1(t)進行積分得到x(t)，并得到x(t)在一層隨機共振模型和二層隨機共振模型組成的雙層隨機共振系統(tǒng)產(chǎn)生共振時刻的位置xm值、與xm相對應的共振時刻t1以及與t1相對應的噪聲D1，D1為D中的一個值，通過公式計算得到信噪比特征值SNR特征，其中，ΔU＝a2／4b；S5：將計算出的72個信噪比特征值SNR特征分別與設(shè)定的閾值比較，如果SNR特征>-68.74判斷該信噪比特征值對應的檢測點為白色光譜點(肥肉)，如果SNR特征<-77.49判斷該信噪比特征值對應的檢測點為紅色光譜點(瘦肉)；S6：統(tǒng)計白色光譜點的個數(shù)N1和紅色光譜點的個數(shù)N2，如果則判斷該牛肉是雪花牛肉，否則判斷該牛肉不是雪花牛肉。步驟S2中控制器通過第二運動機構(gòu)調(diào)整接收器的位置包括以下步驟：照射光源持續(xù)發(fā)射強度不變的照射光，控制器根據(jù)照射光源轉(zhuǎn)動方向控制接收器朝對應方向運動，并監(jiān)測接收器接收到的照射光強度，最后使接收器停留在接收到的照射光強度最大的位置。步驟S3中控制器控制接收器運動到對應位置包括以下步驟：控制器根據(jù)縱向連桿的轉(zhuǎn)動角度通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動弧形軌道轉(zhuǎn)動相應角度。在本實施例中，統(tǒng)計白色光譜點的個數(shù)N1=20和紅色光譜點的個數(shù)N2＝52，20%,|N272|=72%<75%,]]>判斷牛肉樣品是雪花牛肉。