本發(fā)明涉及光譜檢測技術(shù)，尤其涉及一種在線批量快速檢測三文魚肉的裝置和方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著生活水平的提高，肉制品受到人們的青睞。其中，三文魚肉因其高蛋白、低脂肪的優(yōu)點(diǎn)，在肉制品中尤其受到消費(fèi)者歡迎。但隨著需求量的增加，三文魚肉的品質(zhì)越來越受到關(guān)注和重視。

目前，全球范圍內(nèi)的檢測方式大多停留在化學(xué)方法。這種方式帶來了較高的檢測精度，卻同時(shí)伴有成本高、操作難、檢測周期長及破壞檢測樣本品質(zhì)的弊端。肉制品的無損檢測技術(shù)成為了研究熱點(diǎn)，而光譜技術(shù)成為了最具潛力的無損檢測方法。近年來，光譜技術(shù)被國內(nèi)外學(xué)者和研究人員廣泛應(yīng)用于檢測肉制品品質(zhì)方面并取得良好效果。但光譜檢測更多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，需要操作者具備非常專業(yè)光譜知識(shí)，而且全譜數(shù)據(jù)多，分析慢，三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮在線大批量快速檢測的裝置和方法仍未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種檢測分析速度快、利于大批量檢測的三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮檢測裝置和方法。

一種基于光譜分析的三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮在線批量檢測裝置，包括：

檢測傳送帶，用于連續(xù)傳輸三文魚肉；

光譜探頭，架設(shè)在所述檢測傳送帶的上方，用以采集三文魚肉的光譜信息；

主機(jī)，用于接收來自光譜探頭的光譜信息并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比獲得檢測結(jié)果；

分揀機(jī)械手，依據(jù)所述檢測結(jié)果，對(duì)所述檢測傳送帶上的三文魚肉進(jìn)行分揀以區(qū)分合格品與不合格品。

本發(fā)明中，待檢測的三文魚肉隨檢測傳送帶連續(xù)移動(dòng)，在經(jīng)過光譜探頭時(shí)，進(jìn)行光譜信息的采集，主機(jī)獲得測量值(即光譜信息)后，再將測量值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比，獲得三文魚肉是合格品或?yàn)椴缓细衿返臋z測結(jié)果，并據(jù)此控制分揀機(jī)械手。

關(guān)于揮發(fā)性鹽基氮含量測定本身，可以采用現(xiàn)有技術(shù)，主機(jī)可以僅僅是依照現(xiàn)有方法獲得測量值并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)然，在下文中，本發(fā)明還提供一種改進(jìn)的測定方法。

作為優(yōu)選，還設(shè)有：

合格品傳送帶，承接所述檢測傳送帶以輸出合格品

不合格品傳送帶，用于承接來自所述分揀機(jī)械手所挑選出的不合格品。

獲得合格品與否的結(jié)論后，分揀機(jī)械手將三文魚肉分揀至對(duì)應(yīng)的傳送帶上，有關(guān)分揀機(jī)械手的控制，既可以依照檢測結(jié)果人工控制，也可以是主機(jī)利用檢測結(jié)果進(jìn)行控制。

合格品可以不經(jīng)分揀直接由檢測傳送帶傳遞至合格品傳送帶，而分揀機(jī)械手僅僅是挑選出的不合格品。當(dāng)然也可以是分揀機(jī)械手挑選和抓取每一塊三文魚肉，或者是分揀機(jī)械手僅僅是挑選出合格品。

作為優(yōu)選，還設(shè)有：

送料傳送帶，用于輸送待檢測的三文魚肉；

送料機(jī)械手，用于將送料傳送帶上的三文魚肉轉(zhuǎn)移到所述檢測傳送帶上。

送料傳送帶可以連續(xù)的供應(yīng)三文魚肉，送料機(jī)械手可以根據(jù)需要抽檢，將抽檢到的三文魚肉轉(zhuǎn)移至檢測傳送帶，當(dāng)然也可以每塊三文魚肉都進(jìn)行檢測。

作為優(yōu)選，所述送料傳送帶與檢測傳送帶之間呈第一l形布置，所述送料機(jī)械手位于該第一l形的拐角部位；所述檢測傳送帶與不合格品傳送帶之間呈第二l形布置，所述分揀機(jī)械手位于該第二l形的拐角部位。

此處的“第一”、“第二”僅僅為了區(qū)分和便于描述，對(duì)傳送帶以及布置方式本身并沒有限定。

l形布置可靈活利用場地，便于操作人員進(jìn)行干預(yù)操作，減少空間上的干涉。

作為優(yōu)選，所述送料機(jī)械手以及分揀機(jī)械手分別包括：

基座；

旋轉(zhuǎn)氣缸，安裝在所述基座上，且旋轉(zhuǎn)軸線豎直布置；

擺臂，固定在所述旋轉(zhuǎn)氣缸的旋轉(zhuǎn)軸上；

氣動(dòng)夾指，安裝在所述擺臂上，用以夾持三文魚肉。

送料機(jī)械手以及分揀機(jī)械手可以采用更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但會(huì)增加成本不便維護(hù)，本發(fā)明的兩個(gè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，通過旋轉(zhuǎn)氣缸可將擺臂指向不同的傳送帶，繼而利用氣動(dòng)夾指夾持或松開三文魚肉。

其中氣動(dòng)夾指部分可以采用現(xiàn)有技術(shù)，在避免空間干涉的情況下，氣動(dòng)夾指的夾持口朝向可是水平朝向也可以豎直向下。

為了便于采集光譜信息，作為優(yōu)選，所述檢測傳送帶的上方倒扣有暗箱，該暗箱內(nèi)設(shè)有照亮三文魚肉的光源，所述光譜探頭安裝在暗箱內(nèi)。

暗箱四周和頂部封閉、底部開放，通過光源作為采集光譜信息的照明。

為了感測三文魚肉的移動(dòng)位置，進(jìn)而觸發(fā)各機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，作為優(yōu)選，在送料傳送帶的側(cè)邊設(shè)有用于感測三文魚肉位置的第一傳感器，所述送料機(jī)械手依據(jù)該第一傳感器的信號(hào)而相應(yīng)動(dòng)作；

在檢測傳送帶的側(cè)邊且位于暗箱內(nèi)位置處，設(shè)有用于感測三文魚肉位置的第二傳感器，所述光譜探頭依據(jù)該第二傳感器的信號(hào)而開始采集光譜信息；

在檢測傳送帶的側(cè)邊且位于暗箱下游處，設(shè)有用于感測三文魚肉位置的第三傳感器，所述分揀機(jī)械手依據(jù)該第三傳感器的信號(hào)以及來自主機(jī)的檢測結(jié)果而相應(yīng)動(dòng)作。

作為優(yōu)選，還設(shè)有主機(jī)，用于接收來自光譜儀的光譜信息并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比獲得檢測結(jié)果，并相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)分揀機(jī)械手。

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，所述光源、光譜儀、送料機(jī)械手、分揀機(jī)械手、各傳感器以及各傳送帶的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等用電設(shè)備均接入主機(jī)。

作為優(yōu)選，所述暗箱內(nèi)安裝有接入并受控于所述主機(jī)的二維碼識(shí)別器?？梢酝ㄟ^三文魚肉上的二維碼識(shí)別該三文魚肉的生產(chǎn)、物流等相關(guān)信息。

本發(fā)明在現(xiàn)有光譜信息采集方式的基礎(chǔ)上，對(duì)采集的光譜波段進(jìn)行了優(yōu)選，作為優(yōu)選，所述光譜探頭中設(shè)有濾光片以及光電傳感器，來自三文魚肉的光線經(jīng)由濾光片進(jìn)入所述光電傳感器，所述濾光片共面的排布有九個(gè)，分別選擇相應(yīng)波長的光線通過，所述光電傳感器有九個(gè)，分別接收來自對(duì)應(yīng)一個(gè)濾光片的光線。

九個(gè)濾光片對(duì)應(yīng)的波長分別為800nm、852nm、1252nm、1426nm、1670nm、1998nm、2006nm、2191nm和2245nm。

所述光譜探頭包括外殼即探頭本體，探頭本體的內(nèi)腔中依次設(shè)有底片、方孔夾層片、圓孔夾層片和頂片。

所述底片設(shè)有透光孔；

所述方孔夾層片設(shè)有九個(gè)安裝方孔，分別安裝對(duì)應(yīng)的濾光片；

所述圓孔夾層片設(shè)有九個(gè)圓孔，分別安裝對(duì)應(yīng)的光電傳感器；

所述頂片設(shè)有光電傳感器穿線用小孔；

光線從透光孔進(jìn)入，經(jīng)由濾光片入射至光電傳感器。

當(dāng)然所述方孔、圓孔也可以依照器件的形狀做適應(yīng)性調(diào)整。

本發(fā)明還提供了一種基于光譜分析的三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮在線批量檢測方法，包括：

移動(dòng)待檢測的三文魚肉；

三文魚肉運(yùn)動(dòng)至指定位置后在線采集其光譜信息；

根據(jù)所述光譜信息計(jì)算該三文魚肉的揮發(fā)性鹽基氮含量；

將其揮發(fā)性鹽基氮含量與預(yù)設(shè)值對(duì)比，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行分揀；

所述揮發(fā)性鹽基氮含量的計(jì)算式為：

y＝3.1913x1+4.5437x2+2.9287x3-3.4758x4+7.8498x5-5.8928x6+7.7325x7+5.5217x8-7.9474x9+25.92；

式中：y為揮發(fā)性鹽基氮含量；

x1～x9分別為波長800nm、852nm、1252nm、1426nm、1670nm、1998nm、2006nm、2191nm和2245nm所對(duì)應(yīng)的反射率。

本發(fā)明通過連續(xù)送料、分揀，可實(shí)現(xiàn)三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮的大批量自動(dòng)檢測，省卻了人為記錄的失誤率和勞動(dòng)強(qiáng)度；分析最能反應(yīng)三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮的特征波長，采集對(duì)應(yīng)波長濾光片的光照強(qiáng)度，利用多元線性回歸方法確定了揮發(fā)性鹽基氮的計(jì)算公式，減少采集光譜數(shù)據(jù)，簡化計(jì)算模型，達(dá)到快速檢測的目的；9個(gè)濾光片的光譜探頭，省卻了光譜光纖等專業(yè)設(shè)備，減少了設(shè)備投入成本。還可以利用二維碼標(biāo)簽將三文魚肉信息錄入數(shù)據(jù)庫，便于跟蹤。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例檢測裝置(暗箱僅示意框架)的軸測圖；

圖2為本發(fā)明檢測裝置中送料機(jī)械手的軸測圖；

圖3為本發(fā)明檢測裝置中光譜探頭的軸測圖；

圖4為本發(fā)明檢測裝置中底片的軸測圖；

圖5為本發(fā)明檢測裝置中方孔夾層片的軸測圖；

圖6為本發(fā)明檢測裝置中圓孔夾層片的軸測圖；

圖7為本發(fā)明檢測裝置中頂片的軸測圖。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明，參見圖1至圖7：

本發(fā)明三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮的在線批量檢測裝置，包括有支架10，支架10固定安裝在地面基礎(chǔ)上，支架10采用型材連接，拆裝方便。

為了節(jié)省人力，可以采用全自動(dòng)上料、檢測、分揀、記錄，提高檢測效率，以實(shí)現(xiàn)在線大批量檢測。

支架10上安裝有四條傳送帶，各傳送帶分別匹配有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均可才用調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，方便調(diào)節(jié)皮帶的速度。

四條傳送帶分別為送料傳送帶1，檢測傳送帶3，合格品傳送帶7，不合格品傳送帶8。

送料傳送帶1和檢測傳送帶3成l形布置，便于騰出空間讓操作者向送料傳送帶1放入待測樣品。拐角處設(shè)置送料機(jī)械手2，用于將送料傳送帶1上的三文魚肉轉(zhuǎn)移到檢測傳送帶3上。

檢測傳送帶3上方設(shè)有暗箱5(圖中僅示意了其框架部分)，暗箱5頂面以及四周封閉，下方開口。暗箱5內(nèi)設(shè)有光譜探頭4以及光源6，用以采集三文魚肉的光譜信息。

光源6為鹵素?zé)簦u素?zé)敉ǔＳ糜谛枰姓丈涞膱龊?，具有亮度易調(diào)整、顯色性好，而且使用壽命長于一般白熾燈，發(fā)光效率高。

結(jié)合圖3～圖7，光譜探頭4包括有鐘形的探頭本體，采用三明治的結(jié)構(gòu)將濾光片和光電傳感器固定安裝，探頭本體內(nèi)設(shè)有底片401、方孔夾層片402、圓孔夾層片403、頂片404，且從下至上依次布置。

底片401設(shè)有透光孔，方孔夾層片402設(shè)有安裝方孔且安裝有濾光片，圓孔夾層片403設(shè)有圓孔且安裝有光電傳感器，頂片404設(shè)有光電傳感器穿線用的小孔。

暗箱5內(nèi)還安裝有二維碼識(shí)別器，可以進(jìn)行三文魚肉身份信息的確定。

合格品傳送帶7處在檢測傳送帶3的延長線，檢測傳送帶3與不合格品傳送帶8呈l形布置，拐角處設(shè)置分揀機(jī)械手9，用于根據(jù)檢測結(jié)果將不合格品挑選至不合格品傳送帶8上。待檢測的三文魚肉中，一般合格品占大多數(shù)，所以上述布置的好處是：合格品會(huì)從檢測傳送帶3上順延至合格品傳送帶7上，然后輸送至下個(gè)工位去包裝，這樣分揀機(jī)械手9的動(dòng)作頻率低，減少了故障幾率。

送料機(jī)械手2與分揀機(jī)械手9機(jī)構(gòu)相同，參見圖2，包括：

基座；

旋轉(zhuǎn)氣缸201，安裝在基座上，且旋轉(zhuǎn)軸線豎直布置；

板狀的擺臂202，固定在旋轉(zhuǎn)氣缸的旋轉(zhuǎn)軸上；

氣動(dòng)夾指，安裝擺臂202上，用以夾持三文魚肉。

氣動(dòng)夾指包括：

固定夾指，固定在擺臂202上；

導(dǎo)軌205，固定在擺臂202上；

活動(dòng)夾指203，沿導(dǎo)軌205運(yùn)動(dòng)，且與固定夾指相配合；

氣缸204，安裝在擺臂202上以驅(qū)動(dòng)活動(dòng)夾指203。

為了感測三文魚肉的移動(dòng)位置，進(jìn)而觸發(fā)各機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，在送料傳送帶1的側(cè)邊設(shè)有用于感測三文魚肉位置的傳感器101，送料機(jī)械手1依據(jù)該傳感器101的信號(hào)而相應(yīng)動(dòng)作；

在檢測傳送帶3的側(cè)邊且位于暗箱5內(nèi)，設(shè)有用于感測三文魚肉位置的傳感器102，光譜探頭依據(jù)該傳感器102的信號(hào)而開始采集光譜信息；

在檢測傳送帶3的側(cè)邊且位于暗箱5下游處，設(shè)有用于感測三文魚肉位置的傳感器105，分揀機(jī)械手9依據(jù)該傳感器103的信號(hào)以及來自主機(jī)的檢測結(jié)果而相應(yīng)動(dòng)作。

在合格品傳送帶7，不合格品傳送帶8上也分別設(shè)有傳感器105和傳感器104，用于感測三文魚肉位置以觸發(fā)下一動(dòng)作。

利用本發(fā)明檢測裝置進(jìn)行三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮在線批量檢測時(shí)，包括以下步驟：

s1步驟，材料準(zhǔn)備：將待測三文魚肉裝入托盤，托盤底部貼上二維碼標(biāo)簽，用二維碼掃描器掃描二維碼后并與對(duì)應(yīng)的三文魚肉信息錄入主機(jī)系統(tǒng)；在主機(jī)控制界面，打開電源并調(diào)節(jié)光源的光照強(qiáng)度，啟動(dòng)各傳送帶并調(diào)節(jié)適宜的速度；

s2步驟，白板黑板矯正：白板和黑板分別與托盤高度平齊放置，進(jìn)行光譜白板黑板矯正，以對(duì)光譜反射率進(jìn)行歸一化；

s3步驟，上料：將托盤呈隊(duì)列地放置在送料傳送帶上，托盤經(jīng)過傳感器101時(shí)，傳感器101將信號(hào)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)控制送料傳送帶停止，控制送料機(jī)械手抓緊托盤，將托盤轉(zhuǎn)移至檢測傳送帶上繼續(xù)移動(dòng)，直至到達(dá)暗箱的光譜探頭正下方，傳感器102發(fā)出信號(hào)，檢測傳送帶停止；

s4步驟，檢測：延時(shí)2～10秒，暗箱內(nèi)光源照射至待檢測的三文魚肉后，反射光依次經(jīng)透光孔、濾光片入射至光電傳感器，光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給主機(jī)。

延時(shí)的作用是保證檢測傳送帶以及托盤停穩(wěn)，避免三文魚肉晃動(dòng)帶來的檢測噪聲。延時(shí)的時(shí)間也可以依據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

主機(jī)按預(yù)設(shè)公式：

y＝3.1913x1+4.5437x2+2.9287x3-3.4758x4+7.8498x5-5.8928x6+7.7325x7+5.5217x8-7.9474x9+25.92，計(jì)算得出三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮，式中y為三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮，x1～x9分別為波長800nm、852nm、1252nm、1426nm、1670nm、1998nm、2006nm、2191nm和2245nm所對(duì)應(yīng)反射率。

傳統(tǒng)的近紅外光譜檢測方法是780-2526nm區(qū)域的電磁輻射波吸收檢測，近紅外光譜區(qū)與有機(jī)分子中含氫基團(tuán)(o-h、n-h、c-h)振動(dòng)的合頻和各級(jí)倍頻的吸收區(qū)一致，通過掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機(jī)分子含氫基團(tuán)的特征信息，全譜數(shù)據(jù)檢測建模變量維度高，分析速度慢。

本發(fā)明通過樣本建模分析，針對(duì)不同指標(biāo)選取相應(yīng)的特征波長，再通過多元線性回歸建模，計(jì)算指標(biāo)值。由于濾光片數(shù)量少，計(jì)算結(jié)果比全譜快速的多，使得大批量快速檢測成為可能，下表是本發(fā)明利用9個(gè)濾光片選取的特征波長建模相關(guān)指標(biāo)。9個(gè)濾波片通過的中心波峰值分別為800nm、852nm、1252nm、1426nm、1670nm、1998nm、2006nm、2191nm和2245nm。

s5步驟，分揀：檢測完成后，檢測傳送帶繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直至傳感器103檢測到托盤，測量值大于或等于預(yù)設(shè)值時(shí)，分揀機(jī)械手不動(dòng)作，托盤直接傳送至合格品傳動(dòng)帶，否則傳感器103檢測到托盤時(shí)分揀機(jī)械手將托盤抓取至不合格傳送帶。

s6步驟，記錄：將不合格傳送帶的托盤掃描，輸入至主機(jī)數(shù)據(jù)庫；

重復(fù)s3～s6步驟，直至所有樣品測量完畢。

從微觀上說，組成三文魚肉的分子的活動(dòng)狀態(tài)受到檢測光的能量激發(fā)，產(chǎn)生不同的能級(jí)躍遷，吸收和釋放能量，形成與分子對(duì)應(yīng)的的反射光譜和吸收光譜。不同的化學(xué)鍵，如n-h、c＝o、s-h、c-h等，化學(xué)鍵的轉(zhuǎn)動(dòng)以及伸縮振動(dòng)，在能級(jí)間的躍遷會(huì)吸收特定波長的光，并激發(fā)產(chǎn)生特征峰，依據(jù)特征峰的強(qiáng)度以及波數(shù)可以判斷物質(zhì)的組成。

所用波長與三文魚肉的水分相關(guān)成分中的o-h等化學(xué)鍵的振動(dòng)信息相關(guān)，這些信息能夠反映三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮的多少。例如800nm反映了三文魚肉的胺基信息，852nm反映了三文魚肉的芳烴信息，1426nm反映了三文魚肉的伯酰胺信息，2006nm反映了三文魚肉的伯酰胺和羥基信息，2191nm和2245nm反映了三文魚肉的胺基信息，這些波長和基團(tuán)ch3、ch2、roh、nh2、conhr、conh2和arch信息相關(guān)，反映了三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮的信息。應(yīng)用多元線性回歸算法對(duì)上述特征波長進(jìn)行建模分析，建立三文魚肉的含量與特征波長的線性方程。

本發(fā)明所選定的特征波長僅針對(duì)三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮的快速檢測，如果需要測量其他指標(biāo)，需要重新選定特定波長，通過多元線性回歸，建立模型，計(jì)算得到相應(yīng)的指標(biāo)值。

利用本發(fā)明提供的方法建立模型的相關(guān)指標(biāo)見表1，其中，建模集表示建立模型時(shí)，利用三文魚肉的反射率以及現(xiàn)有方法測試得到的三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮擬合得到模型方程，預(yù)測集表示，預(yù)測時(shí)，即建立完模型后，依據(jù)模型方程，將三文魚肉光譜的特征波長反射率代入模型方程計(jì)算得到的三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮。

表1

實(shí)施例1～10

利用本發(fā)明提供的檢測裝置和方法對(duì)三文魚肉揮發(fā)性鹽基氮進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2

由表2數(shù)據(jù)，可以看出，利用本發(fā)明方法測得的三文魚肉的揮發(fā)性鹽基氮與現(xiàn)有方法測試得到的數(shù)據(jù)接近，利用本發(fā)明可以快速測定三文魚肉的揮發(fā)性鹽基氮，結(jié)果可靠。

以上公開的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是本發(fā)明并非局限于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。顯然這些改動(dòng)和變型均應(yīng)屬于本發(fā)明要求的保護(hù)范圍保護(hù)內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何特殊限制。