一種安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種安裝于冷庫中的肉品檢測裝置，包括設于冷庫外的電腦，設于冷庫內的高光譜掃描系統、水平移動部件、垂直移動部件和移動平臺；水平移動部件、垂直移動部件分別用于控制高光譜掃描系統的水平、垂直運動，所述高光譜掃描系統、第一電機、第二電機和第三電機分別與電腦連接。本發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，節省了搬運樣品的人力，方便快捷，避免了操作人員進出冷庫遭受的嚴寒之苦。
【專利說明】—種安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發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檢測裝置。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，融合了光譜與空間成像的高光譜技術憑借其定性、定量以及定位的能力，越來越多地被應用到食品及農副產品的質量檢測、分類與分級中，具有快速、無損等突出優勢。目前，肉類的品質檢測上采用高光譜技術的報道持續增多，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及檢測方法；中國專利CN200610097857公布了基于高光譜圖像技術的農畜產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的方法。
[0003]然而，高光譜在生產中應用只處于起步階段，很多方面與實際生產的結合不理想。高光譜檢測的第一步是采集光譜圖像信息。現有的高光譜采集系統大多將高光譜儀置于一個不透光的匣子中(光室)，將物體放于載物臺上，通過平動載物臺，實現高光譜相機對物體的逐行掃描，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，主要表現在:
[0004](I)高光譜匣子的容積以及載物平臺的承重有限，使大塊胴體不能放進匣子內掃描。切割成小塊檢測，則影響商品價值。
[0005](2)高光譜檢測技術以非接觸、快速、無損傷著稱，然后現有的高光譜系統讓食品置于載物臺上掃描，不可避免會讓食品接觸污染物。
[0006](3)動物胴體大多在冷藏庫里低溫冷藏，進行光譜掃描時，將肉品拿入拿出，必將產生溫度波動，易引起肉品腐敗變質。
[0007](4)移動大塊肉品費時、耗力、工作效率低，同時，進出冷庫使工人忍受嚴寒之苦。
【發明內容】

[0008]為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置，在冷庫外可完成對高光譜儀的操作和運算，完成檢測過程，使工人免受嚴寒之苦，可用于肉品的PH、嫩度、微生物等常規指標測量以及肉品分級、宰后成熟狀況等綜合指標檢測。
[0009]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0010]一種安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置，包括設于冷庫外的電腦，設于冷庫內的高光譜掃描系統、水平移動部件、垂直移動部件和移動平臺；
[0011]所述水平移動部件包括兩條水平軌道、兩個固定部件、第一電機、第二電機、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墻壁，所述軸承的兩端分別穿過設置于兩條水平軌道的兩個滑輪，并與兩個滑輪固定連接；所述軸承的兩端分別穿過兩個固定部件；所述第一螺桿的兩端分別與兩個固定部件通過螺紋連接；所述第一螺桿穿過移動平臺，與移動平臺螺紋連接；所述軸承穿過移動平臺；所述軸承在第二電機的驅動下，帶動滑輪沿水平軌道在X軸方向上移動，軸承與移動平臺、固定部件相對滑動；所述第一螺桿在第一電機的驅動下，帶動移動平臺在y軸方向移動；
[0012]所述垂直移動部件包括固定于移動平臺下方的第二螺桿和第三電機，所述高光譜掃描系統固定于第二螺桿上；所述第二螺桿在第三電機的驅動下帶動高光譜掃描系統在垂直方向移動；
[0013]所述高光譜掃描系統、第一電機、第二電機和第三電機分別與電腦連接。
[0014]所述高光譜掃描系統包括掃描平臺、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上。
[0015]所述高光譜儀包括鏡頭、窄縫、光譜儀和CCD數字照相機。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
[0017](I)本發明的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置的掃描系統在冷庫內，可減少外界條件(溫度、濕度、光線等)的干擾，采用高光譜儀移動的方式掃描，節省了搬運樣品的人力，方便快捷。
[0018](2)本發明的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置的操作系統、運算系統在冷庫外，避免了操作人員遭受冷庫嚴寒之苦。
[0019](3)本發明的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置在采集光譜過程中，移動高光譜儀而保持畜肉胴體懸掛于冷庫中始終不動，避免肉品溫差變動和接觸污染。
[0020](4)本發明的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置，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 )本發明中高光譜儀可沿水平軌道和垂直軌道，運動至冷庫任意位置、任意高度對肉品進行掃描、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，確保快速、準確移動高光譜儀并使其正對目標胴體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置的結構示意圖。
[0023]圖2為本發明的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置的俯視圖。
[0024]圖3為采用本實施例的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置對冷藏庫中肉品進行檢測的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0026]實施例
[0027]如圖1?2所示，本實施例的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置，包括設于冷庫外的電腦1，設于冷庫內的高光譜掃描系統、水平移動部件、垂直移動部件和移動平臺8 ;所述水平移動部件包括兩條水平軌道3、兩個固定部件17、第一電機6、第二電機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墻壁，所述軸承5的兩端分別穿過設置于兩條水平軌道3的兩個滑輪18，并與兩個滑輪18固定連接；所述軸承5的兩端分別穿過兩個固定部件17 ;所述第一螺桿7的兩端分別與兩個固定部件17通過螺紋連接；所述第一螺桿17穿過移動平臺8，與移動平臺8螺紋連接；所述軸承5穿過移動平臺8 ;所述軸承5在第二電機4的驅動下，帶動滑輪18沿水平軌道3在X軸方向上移動，軸承5與移動平臺8、固定部件17相對滑動；所述第一螺桿7在第一電機6的驅動下，帶動移動平臺8在y軸方向移動；所述高光譜掃描系統包括掃描平臺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10上；所述高光譜儀15包括鏡頭、窄縫、光譜儀和CCD數字照相機。
[0028]所述垂直移動部件包括固定于移動平臺下方的第二螺桿12和第三電機11，所述高光譜掃描系統固定于第二螺桿12上；所述第二螺桿12在第三電機11的驅動下帶動高光譜掃描系統沿垂直軌道9在垂直方向移動；
[0029]所述高光譜掃描系統、第一電機6、第二電機4和第三電機11分別通過數據線2與電腦連接。
[0030]本實施例的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置的操作過程如下:
[0031]在冷庫墻壁某處涂抹標準白板和黑板，掃描樣品前，打開電腦I及其操作系統，移動高光譜儀15到黑、白板處。打開光源13掃描標準白板，關閉光源13后掃描標準黑板，完成高光譜的光譜校對。
[0032]掃描肉品時，打開光源13，操作第二電機4帶動滑輪18在水平軌道3 (x軸方向)上移動。操作第一電機6可使第一螺桿7轉動,使移動平臺8在y軸方向上移動。通過攝像頭14的觀察選擇要掃描的目標胴體16，讓移動平臺8達到適合掃描的位點，操作第三電機11使第二螺桿12轉動，使掃描平臺10沿垂直軌道9自上而下移動，掃描平臺10上的高光譜儀15從而完成對胴體16的光譜圖像采集。光譜圖像通過數據線2傳送到電腦I中，進行光譜分析，對肉品進行相應處理。
[0033]下面采用本實施例的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置對冷藏庫中肉品的成熟度進行檢測:
[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擊暈、放血、剝皮、分離內臟、劈半等流程后入冷藏庫，冷藏庫溫度設定為4°C，濕度為85%。立即對肉品進行PH值、嫩度的檢測及光譜掃描。可以以某一特定部位代表胴體的成熟度，本實施例中以臀肉代表胴體成熟度。
[0035]用本實施例的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置對肉品進行高光譜掃描，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(比利時Xenics Infrared Solutions公司，像素是320X 300)構成。相機曝光速度為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值計電極與肌肉中的組織液充分接觸，待pH值計讀數穩定后記錄，每個樣品在不同部位測量3次，取測量平均值該樣品的pH值。再進行嫩度測量，按農業部行業標準一 NY/T1180 一 2006《肉嫩度的測定剪切力測定法》進行，用質構儀(Instron，Model4301,英國)對每個樣品重復測量3次，均值作為該樣品的嫩度(單位N)。[0036]四小時后再次對牛肉進行高光譜掃描和屬性測量。此后定時重復數據采集，屠宰后前2天為4小時采集一次，2天后8小時采集一次。當肉品的pH值、嫩度值恢復到變化幅度很小時，人工判別肉品成熟，將肉品運出冷庫，結束數據采集。考慮屠宰場的經濟因素，定18天冷藏期限，結束全部樣品的數據采集。
[0037]單個時間點的回歸模型建立方法如下(如圖3所示):(I)光譜預處理，對牛胴體臀肉處的光譜進行平均化。(2)對所有樣本的光譜進行PCA分析，提取前10個主成分。(3)通過支持向量機(SVM)分別建立光譜10個主成分與肉品pH值、嫩度值光譜回歸模型，SVM常見的核函數有四種，本案例中選用徑向基函數作為核函數。(4)支持向量機的懲罰參數C和核參數g是決定訓練精確度的重要參數，本發明中通過粒子群算法(POS)對光譜模型的2個參數進行尋優，以第4小時嫩度模型為例，優化結果是C=2.37g=77.52時，模型的回歸效果最好，留一法交叉驗證(Leave-One-Out Cross-Validation)的相關系數R=0.91。(5)檢驗模型，將預測值與測量值進行相關性分析，達到顯著相關水平的認為模型成功，未達到顯著相關水平的調整建模參數，重新建模。
[0038]依照時間順序，重復以上建模步驟，建立不同時間點的肉品pH值、嫩度值與光譜回歸模型。
[0039]新樣品成熟度的測量:對新樣品進行定時光譜掃描，將不同時間點光譜數據導入相應時間點的光譜模型，計算出肉品PH值、嫩度值。按時間順序將預測值連接起來，繪制牛肉的PH值、嫩度值變化曲線，根據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，每個廠家可根據實際情況調整。本實例中將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，未成熟的繼續冷藏、檢測，直至冷藏最后期限。
`[0040]本實驗中準備了 40頭新樣本，進行光譜掃描和分析，有31頭牛在14天內提前完成了成熟，人工檢測和判別該31頭樣品中有29頭成熟，判別正確93.5%。證明本實施例的肉品品質檢測裝置在實際生產中可行。
[0041]表1采用本發明進行光譜判別與人工檢測結果的對比
【權利要求】
1.一種安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置，其特征在于，包括設于冷庫外的電腦，設于冷庫內的高光譜掃描系統、水平移動部件、垂直移動部件和移動平臺； 所述水平移動部件包括兩條水平軌道、兩個固定部件、第一電機、第二電機、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墻壁，所述軸承的兩端分別穿過設置于兩條水平軌道的兩個滑輪，并與兩個滑輪固定連接；所述軸承的兩端分別穿過兩個固定部件；所述第一螺桿的兩端分別與兩個固定部件通過螺紋連接；所述第一螺桿穿過移動平臺，與移動平臺螺紋連接；所述軸承穿過移動平臺；所述軸承在第二電機的驅動下，帶動滑輪沿水平軌道在X軸方向上移動，軸承與移動平臺、固定部件相對滑動；所述第一螺桿在第一電機的驅動下，帶動移動平臺在y軸方向移動； 所述垂直移動部件包括固定于移動平臺下方的第二螺桿和第三電機，所述高光譜掃描系統固定于第二螺桿上；所述第二螺桿在第三電機的驅動下帶動高光譜掃描系統在垂直方向移動； 所述高光譜掃描系統、第一電機、第二電機和第三電機分別與電腦連接。
2.根據權利要求1所述的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置，其特征在于，所述高光譜掃描系統包括掃描平臺、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上。
3.根據權利要求1所述的安裝于冷庫中的肉品品質檢測裝置，其特征在于，所述高光譜儀包括鏡頭、窄縫、光譜儀和CCD數字照相機。
【文檔編號】G01N21/84GK103776775SQ201410040300
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月27日 優先權日:2014年1月27日
【發明者】孫大文, 謝安國, 曾新安, 王啟軍 申請人:華南理工大學