[发明专利]一种牛奶品质检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种牛奶品质检测装置，其特征是，包括集气装置和测气装置;所述集气装置包括气体采集腔(1)、样品腔(2)、设于气体采集腔和样品腔上部之间的上连通管(3)和设于气体采集腔和样品腔下部之间的下连通管(4);气体采集腔上设有进气管(5)，进气管上设有第一电磁阀(6)，上连通管上设有第一气泵(8)，下连通管上设有出气口，出气口上设有第二电磁阀(7)，样品腔位于气体采集腔的斜下方;

所述测气装置包括采样探头(11)、清洗探头(12)、模数转换器(21)和传感器阵列(13);采样探头和清洗探头上均设有第二气泵(14)，

传感器阵列包括若干个气体传感器，各个传感器分别位于独立的气室内;传感器阵列与模数转换器电连接，第一电磁阀、第二电磁阀、第一气泵、第二气泵和模数转换器上均设有用于与计算机(15)电连接的数据接口。

2.根据权利要求1所述的一种牛奶品质检测装置，所述样品腔内设有竖筒(10)和下端开口的T形搅拌管(17)，T形搅拌管的下端位于竖筒内，T形搅拌管的下端设有向外水平延伸的环形边，竖筒内周面上部设有与环形边相适配的凸环(18)，环形边下表面与凸环上表面相接触;

竖筒上端设有挡圈(19)，挡圈的横截面呈向下开口的U形，挡圈包括内环形圈和外环形圈，内环形圈与竖筒内周面相接触，外环形圈与竖筒外周面相接触，内环形圈的下边缘与环形边上表面间隙配合;竖筒下部与下连通管相连接;

T形搅拌管一端的外周面后部设有若干个出气孔(9)，T形搅拌管的另一端的外周面前部设有若干个出气孔。

3.根据权利要求2所述的一种牛奶品质检测装置，其特征是，所述T形搅拌管的横截面呈圆形或矩形，T形搅拌管的外周面下部设有若干个出气孔。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种牛奶品质检测装置，其特征是，所述传感器阵列包括8个气体传感器，分别为用于检测丙烷及液化气的第一传感器，用于检测酒精的第二传感器，用于检测氮氧化物的第四传感器，用于检测碳氧化物的第五传感器，用于检测氢气的第六传感器，用于检测碳氢气体的第七传感器，用于检测硫化物的第八传感器，用于检测液化气、丁烷和丙烷的第三传感器。

5.一种根据权利要求1所述的一种牛奶品质检测装置的检测方法，其特征是，包括如下步骤:

(5-1)将若干克奶粉溶解于水中，得到奶粉奶;将纯牛奶与奶粉奶进行按照一定比例进行混合，得到若干种混合奶;取一定量的纯牛奶、奶粉奶及混合奶分别制成待测试的牛奶样品;待测试的牛奶样品为n个;设定牛奶样品的序号为i，i＝1;

(5-2)依次以空气、活性炭过滤的空气及氮气分别作为载气，进行检测:

(5-2-1)计算机将第一和第二电磁阀打开，载气通过进气管通入气体采集腔中28至34分钟:

(5-2-2)将牛奶样品i放入样品腔内，计算机控制第一、第二电磁阀关闭，并开动第一气泵;第一气泵带动牛奶产生的挥发性气体在上、下连通管、气体采集腔和样品腔内循环20至30分钟;

(5-2-3)计算机控制清洗探头上的第二气泵工作，清洗探头将洁净空气吸入各个气室中，对各个传感器进行清洗;

(5-2-4)计算机将第一电磁阀打开，采样探头通过进气管插入气体采集腔中，计算机控制采样探头上的第二气泵工作，采样探头将牛奶产生的挥发性气体吸入各个气室内，挥发性气体与设于气室内的传感器接触，各个传感器分别产生模拟响应信号;计算机对各个模拟响应信号取平均，得到传感器阵列的响应信号;

(5-3)对以空气、活性炭过滤的空气及氮气分别作为载气而得到的传感器阵列的响应信号依次进行如下处理:

(5-3-1)模数转换器将响应信号转换为数字响应信号eNOSE(t)，将eNOSE(t)存储到计算机中;

(5-3-2)计算机内预先设有随机共振系统模型dxdt=ax-bx3+MI(t)+Dξ(t),]]>将输入随机共振系统模型中，使随机共振系统模型产生随机共振;

计算机利用公式计算输出信噪比SNR;其中，A、M为常数，t是布朗运动粒子运动时间，x是粒子运动的坐标，f是信号频率，D是外噪声强度，N(t)为内秉噪声，ΔU为势垒高度，a和b为双稳态势阱参数，ξ(t)是输入外噪声;

(5-3-3)计算机画出牛奶样品的输出信噪比谱图，在信噪比-50dB至-63dB区间内选取信噪比特征值，根据信噪比谱图得到所述信噪比特征值的噪声宽度w1，并将w1存储到计算机中;

(5-4)当i＜n-1，使i值增加1，并重复步骤(5-2)至(5-3);

得到n个与奶粉奶含量相关联的w1，将w1和与其相关联的奶粉奶含量E构成点(w1，E)，根据n个点(w1，E)拟合出检测模型，并计算拟合精度R;

(5-5)当3种载气的拟合精度R均大于0.9，则重复步骤(5-2)采集挥发性气体，并将3种载气的挥发性气体按照1:16的比例进行稀释，再将挥发性气体通入各个气室内，并重复步骤(5-3)至(5-4);

当3种载气的R均小于0.9或2种载气的R小于0.9，则重复步骤(5-2)采集挥发性气体，其中，步骤(5-2-2)中的挥发性气体在上、下连通管、气体采集腔和样品腔内循环中的循环时间增加10至18分钟;并重复步骤(5-3)至(5-4);

当3种载气中只有一个R值小于0.9，则计算机选取R值最大的检测模型作为牛奶品质预测模型;

(5-6)选取待检测的牛奶K，选择与牛奶品质预测模型相同的载气，重复步骤(5-2)至(5-3)，得到牛奶K的信噪比宽度w1_K;

(5-7)计算机利用牛奶品质预测模型计算牛奶K的奶粉奶含量E，并计算出奶粉含量。