[实用新型]近红外牛奶成分快速测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及近红外光谱分析技术领域，属于一种利用有限个吸收波长点快速分析牛奶成分的仪器。

背景技术

在奶牛的优良品种培育、筛选，牛奶的原料收购、生产加工、商品流通等环节，准确、快速分析牛奶成分具有重要意义。它不仅对奶牛的品种培育提供科学的指导，而且为产品的质量管理、成品的质量控制、商品的品质监测提供真实的数据，也便于工商人员及时发现伪劣产品，打击制假贩假的不法行为，保障食品安全，维护消费者利益。

传统的牛奶成分分析采用分析化学方法，如脂肪采用盖勃法测量，蛋白质采用凯氏定氮法测量，乳糖采用莱茵-埃农氏法滴定，乳固体采用干燥称重法测得。整个分析过程耗时费力，并且要使用多种分析仪器或装置，操作复杂，测量精度差，而且测量过程中还要消耗多种化学试剂，污染环境，更无法在现场使用。

牛奶品质分析除了分析化学方法外，目前主要有红外光谱法和超声波法，所涉及的仪器有丹麦福斯(Foss)公司生产的乳品成分分析仪和采用钨灯为光源的超声波牛奶成分检测仪。上述仪器均为台式仪器，体积大、功耗高，无法满足现场使用的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对已有仪器难以现场使用的弊端，提供一种近红外牛奶成分快速分析装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种近红外牛奶成分快速分析装置。

一种近红外牛奶成分快速测量装置，由恒流驱动单元、LED组件单元、样品池单元、光电检测单元、信号处理与控制单元、人机接口单元构成；

所述的恒流驱动单元，由数字/模拟转换器、电压/电流转换电路、镜像恒流源、多路开关、数字接口电路顺序连接构成；恒流驱动单元的输入端和信号处理与控制单元相连，其输出端与LED组件单元相连，用来驱动16路LED工作；

其中数字/模拟转换器、多路开关、数字接口电路均为市售通用器件。电压/电流转换电路、镜像恒流源等均由通用电路结构组成。

所述的LED组件单元，包括16路近红外波段的LED及与LED发光波长对应的窄带干涉滤光片，滤光片的中心波长分别为747nm、760nm、870nm、880nm、910nm、920nm、930nm、937nm、950nm、970nm、980nm、990nm、1017nm、1047nm、1055nm、1065nm；

所述的样品池单元，由样品池、测量室和遮光罩组成，测量室为一个积木式装配的机械部件，其一侧用螺纹连接LED组件单元，另一侧用螺纹连接光电检测单元。测量室底部与机壳相连；测量时，样品池置于测量室内，遮光罩罩在测量室外；

所述的光电检测单元，安装在一个机械密封的金属盒内部，金属盒设计有导线出入口。光电检测单元由光电二极管检测器、电流/电压转换电路、滤波电路、A/D转换电路等顺序连接构成；

其中光电二极管检测器和A/D转换电路均为市售通用器件，电流/电压转换电路和滤波电路均由通用电路结构组成。

所述信号处理与控制单元，以通用微处理器为核心；

所述的人机接口单元，包括四个按键开关、液晶显示器、微型打印机接口和标准的USB接口；它们分别经缓冲器电路与微处理器连接。

本实用新型的样品池，为长方形，厚度为20mm，材料为普通玻璃或石英玻璃；所述的测量室，在底部设计有液体泄放孔，可以在样品池发生意外破裂时，防止样品液体进入仪器内部，造成仪器故障；所述的遮光罩，由黑色不透光材料加工而成。

本实用新型的微处理器，最好选用ARM公司的型号为AT91SAM7S256的微处理器。

本实用新型的近红外牛奶成分快速分析装置，可以快速分析牛奶样品中的脂肪、蛋白质、乳糖、非脂乳固体、总乳固体、水分等含量数据。具体操作包括以下步骤：

步骤A：将空的样品池置于测量室，盖上遮光罩，接通恒流驱动单元驱动16路LED按照不同大小的恒定电流顺序发光，并照射到样品池上，经过样品池的光信号被光电检测器接收，转换成电信号；经过信号处理，信号处理与控制单元采集16个波长处的空白光谱信息；

步骤B：将经过均质的牛奶样品放入样品池并置于测量室，盖上遮光罩，接通恒流驱动单元驱动16路LED按照与空白样品室测量时对应的恒定电流顺序发光，并照射到样品池上，经样品的漫透射后，载带了样品信息的光信号被光电检测器接收，转换成与样品含量相关的电信号，经过信号处理，信号处理与控制单元采集16个波长处的样品光谱信息；

步骤C：微处理器自动计算16个波长处的样品吸光度值；