本發(fā)明涉及肉類品質(zhì)檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可以準(zhǔn)確、快速地檢測出牛肉是否腐敗的牛肉新鮮度檢測裝置及其檢測方法。

背景技術(shù)：
牛肉具有營養(yǎng)豐富且口感好的特點，深受廣大消費(fèi)者的喜愛。但是，牛肉很容易受到污染而變質(zhì)。在儲存過程中，隨著微生物的增殖和一系列的物理化學(xué)變化，牛肉的新鮮度隨之降低。蛋白質(zhì)、脂肪以及碳水化合物等豐富的營養(yǎng)成分被細(xì)菌和酶利用，產(chǎn)生氨、硫化氨、醛酸、醛、酮、乙基硫醇、醇以及羧酸的酸性氣體。代謝產(chǎn)物中的醛、酮、酯和其它低分子化合物使牛肉產(chǎn)生異味。目前，國內(nèi)外通常采用光譜激勵光源照射被測樣品(即采用一個常開的激光器陣列或者LED燈照在樣品上)，并采集入射光照射到樣品后的漫反射光或者穿過樣品的反射光，對漫反射光譜或者反射光譜進(jìn)行分析，最終實現(xiàn)對樣品品質(zhì)的檢測；但是，該檢測方法存在所采集到的檢測信息量較少，檢測的精度較低的不足。中國專利授權(quán)公告號：CN101769889A，授權(quán)公告日2010年7月7日，公開了一種農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測的電子鼻系統(tǒng)，包括一主要完成對低濃度氣味收集的氣體富集模塊，一主要把氣味信號轉(zhuǎn)化為電信號的氣室氣路模塊及傳感器陣列，一主要對傳感器陣列輸出信號進(jìn)行濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、特征提取的傳感器調(diào)理電路與數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，一對信號進(jìn)行識別和判斷、且?guī)в袛?shù)據(jù)存儲的嵌入式系統(tǒng)，一顯示與結(jié)果輸出模塊；所述的氣體富集模塊由裝填有吸附劑的吸附管、電熱絲和溫控裝置構(gòu)成。該發(fā)明具有功能單一，檢測時間長的不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的檢測方法精度低及耗時長的不足，提供了一種可以準(zhǔn)確、快速地檢測出牛肉是否腐敗的牛肉新鮮度檢測裝置及其檢測方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種牛肉新鮮度檢測裝置，包括不透光殼體，控制器、激光器陣列，光譜儀，光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置，設(shè)于殼體內(nèi)的上端開口的矩形容器、設(shè)于容器內(nèi)的矩形樣品托盤、設(shè)于殼體底板上的支架、設(shè)于支架上的用于向樣品照射光的光發(fā)射頭和用于接收樣品的反射光的光接收頭；光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置、激光器陣列、光發(fā)射頭依次電連接，光接收頭與光譜儀電連接；容器和樣品托盤均由不導(dǎo)磁材料制成，所述容器內(nèi)設(shè)有液體，所述樣品托盤懸浮于液體表面上，容器底部設(shè)有呈m階方陣排列的若干個豎孔，各個豎孔均向上開口并且豎孔內(nèi)均設(shè)有定位用電磁鐵，所述樣品托盤中部內(nèi)設(shè)有定位用磁鐵塊，穿過樣品托盤下表面的金屬柱上端與定位用磁鐵塊相連接，定位用電磁鐵和定位用磁鐵塊相對端的磁極的極性相反；樣品托盤的各個邊緣上均設(shè)有若干塊牽引用磁鐵塊，容器各個側(cè)面上均設(shè)有若干塊牽引用電磁鐵；光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置、光譜儀、各塊定位用電磁鐵和各塊牽引用電磁鐵均與控制器電連接。本發(fā)明的光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)激光器陣列發(fā)出的光源的光強(qiáng)度，各個定位用電磁鐵用于給樣品托盤定位，牽引用電磁鐵用于牽引樣品托盤移動，液體的設(shè)置用于給樣品托盤提供脫離與容器定位連接的浮力，從而使本發(fā)明可以對樣品上的多個點進(jìn)行檢測，并對各個照射點得到的檢測信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并得到牛肉樣品的新鮮度，檢測的范圍更廣，檢測信息更全面，提高了檢測結(jié)果的可靠性。光檢測學(xué)牛肉新鮮度的原理：一束光照射被測樣品后，由于不同新鮮度樣品中所包含的不同化學(xué)特征性基團(tuán)是不同的，因此對于不同波長入射光的吸收程度是不同的，因而反射光中各波長光的強(qiáng)度是不同的，因此可以根據(jù)這些信息去表征樣品的新鮮度。但是，如果入射光的光強(qiáng)度固定，則入射光穩(wěn)定地照射在樣品上，樣品中的各個化學(xué)基團(tuán)對于不同波長光的吸收程度處于飽和狀態(tài)，雖然可以得到檢測信息，但是信息量并不豐富，檢測的準(zhǔn)確定較低。本發(fā)明是采用光強(qiáng)度不斷變化的入射光照射樣品，在入射光的強(qiáng)度漸大或者減小的變化過程中，不同基團(tuán)對相應(yīng)波長光的吸收是漸大或者減小的，此時基團(tuán)的吸收程度處于未飽和、飽和漸弱過程中，反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(zhǔn)確的表征出牛肉的新鮮度。因此，本發(fā)明具有檢測速度快，檢測點更多，檢測數(shù)據(jù)的可靠性和精度更高的特點。作為優(yōu)選，各個豎孔下方的容器內(nèi)均設(shè)有電機(jī)，各個定位用電磁鐵分別與各個電機(jī)的豎向轉(zhuǎn)軸相連接，定位用電磁鐵上設(shè)有定位件，定位件上端開設(shè)有米字形凹槽，金屬柱下端設(shè)有與米字形凹槽相對應(yīng)的米字形突起，各個電機(jī)與控制器電連接。金屬柱上設(shè)有彈簧，定位件采用金屬材料制成。電機(jī)用于帶動樣品托盤旋轉(zhuǎn)，從而使入射光照射到樣品的不同點上，檢測過程中被檢測的點更多，獲得的檢測信號中包含更多地新鮮度信息。作為優(yōu)選，所述激光器陣列包括6個捆綁在一起并且波長依次排列的單波長激光器，各個單波長激光器的波長分別為630nm、925nm、534nm、780nm、610nm和730nm。本發(fā)明針對牛肉的理化性質(zhì)，選擇以上6個波長的激光器進(jìn)行檢測，可以更加突出牛肉的檢測特征，提高檢測的準(zhǔn)確度。作為優(yōu)選，所述光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置包括數(shù)據(jù)采集卡和功率放大器，所述數(shù)據(jù)采集卡上設(shè)有用于與控制器電連接的信號輸入接口，所述數(shù)據(jù)采集卡與功率放大器的輸入端電連接，所述功率放大器的輸出端與激光器陣列的電源電連接?？刂破鳟a(chǎn)生用于控制光強(qiáng)度變化的波形，數(shù)據(jù)采集卡將該波形信號采集，并輸出到功率放大器上，功率放大器的輸出端與激光器陣列的電源電連接，從而通過控制激光器陣列的電源實現(xiàn)對激光器陣列發(fā)出的光源的光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，并通過光發(fā)射頭向樣品照射強(qiáng)度變化的入射光。作為優(yōu)選，支架呈L形，包括水平桿和立柱；光發(fā)射頭和光接收頭分別通過豎桿與水平桿相連接；各塊牽引用磁鐵塊均呈條形，各塊牽引用磁鐵塊外側(cè)的磁極極性相同。一種牛肉新鮮度檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：(6-1)依據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5009.44-2003，檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發(fā)性鹽基氮TVB-N值，并得到與m2個樣品檢測點分別對應(yīng)的新鮮度閾值；(6-2)樣品制備：從待檢測的牛肉中選取片狀肉作為待檢測樣品；(6-3)進(jìn)行檢測：將控制器與光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置、光譜儀、各塊定位用電磁鐵和各塊牽引用電磁鐵電連接，將樣品平放到樣品托盤上；(6-3-1)控制器通過給各個各塊定位用電磁鐵和各塊牽引用電磁鐵通電及斷電，控制樣品托盤沿弓字形移動至各個豎孔；(6-3-2)每當(dāng)金屬柱插入一個豎孔之后，控制器通過光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)激光器陣列輸出的檢測光，檢測光從0按照正弦曲線上升到最大值MAT，然后從最大值MAT按照正弦曲線下降至0；檢測完后光譜儀得到m2個檢測信號Spect(t)；(6-4)控制器對m2個檢測信號Spect(t)均做如下數(shù)據(jù)處理：將檢測信號Spect(t)輸入一層隨機(jī)共振模型：中，控制器計算V(x，t，α)對于x的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)和三階導(dǎo)數(shù)，并且使等式等于0，得到二層隨機(jī)共振模型：設(shè)定噪聲強(qiáng)度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；計算得到A的臨界值為將A的臨界值代入一層隨機(jī)共振模型中，并設(shè)定X0(t)＝0，sn0＝0，用四階瓏格庫塔算法求解一層隨機(jī)共振模型，得到n＝0，1，…，N-1其中待定系數(shù)：(k1)n＝a(αxn-1(t))2-b(αxn-1(t))3+snn-1其中，xn(t)為x(t)的n階導(dǎo)數(shù)，snn+1是S(t)的n-1階導(dǎo)數(shù)在t＝0處的值，snn+1是S(t)的n+1階導(dǎo)數(shù)在t＝0處的值，n＝0，1，…，N-1；得到x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)的值；控制器對x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)進(jìn)行積分，得到x(t)，并得到x(t)在一層隨機(jī)共振模型和二層隨機(jī)共振模型組成的雙層隨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生隨機(jī)共振時刻的最優(yōu)檢測時刻時間t1，最優(yōu)瞬時運(yùn)動加速度α1，并確定t1和α1所對應(yīng)的噪聲D1；控制器利用公式計算雙層隨機(jī)共振系統(tǒng)輸出的信噪比；其中，△U＝a2/4b；得到m2個輸出信噪比(6-5)控制器利用公式計算第k組旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)所對應(yīng)的輸出信噪比誤差QEk，其中，k＝1，…，m2；控制器計算滿足QEk≤5％的輸出信噪比誤差的個數(shù)M1；控制器計算滿足QEk＞5％的輸出信噪比誤差的個數(shù)M2；(6-6)若則控制器做出樣品新鮮的判斷；若則控制器做出樣品不新鮮的判斷；否則，返回步驟(6-3-1)，對樣品重新檢測并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。作為優(yōu)選，各個豎孔下方的容器內(nèi)均設(shè)有電機(jī)，各個定位用電磁鐵分別與各個電機(jī)的豎向轉(zhuǎn)軸相連接，定位用電磁鐵上設(shè)有定位件，定位件上端開設(shè)有米字形凹槽，金屬柱下端設(shè)有與米字形凹槽相對應(yīng)的米字形突起，各個電機(jī)與控制器電連接；步驟(6-3-2)由下述步驟代替：每當(dāng)金屬柱插入一個豎孔之后，控制器通過光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)激光器陣列輸出的檢測光，所述檢測光從0按照正弦曲線上升到最大值MAT，然后從最大值MAT按照正弦曲線下降至0；在檢測過程中，控制器控制與金屬柱所插入豎孔相對應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)軸帶動樣品托盤旋轉(zhuǎn)1至2周，光譜儀得到檢測信號Spect(t)。作為優(yōu)選，所述片狀肉的厚度為26至68mm。作為優(yōu)選，光發(fā)射頭的入射角度為15至60度。作為優(yōu)選，MAT的取值范圍為98勒克斯至210勒克斯。因此，本發(fā)明具有如下有益效果：(1)檢測速度快；(2)檢測點更多，檢測數(shù)據(jù)的可靠性和精度更高。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)明的樣品托盤的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的金屬柱、豎孔、電機(jī)、定位用電磁鐵和定位件的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的實施例1的一種原理框圖；圖5是本發(fā)明的檢測光的強(qiáng)度變化示意圖；圖6是本發(fā)明的實施例1的一種流程圖。圖中：光譜儀1、光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置2、容器3、樣品托盤4、支架5、光發(fā)射頭6、光接收頭7、豎孔8、定位用電磁鐵9、金屬柱11、牽引用磁鐵塊12、牽引用電磁鐵13、電機(jī)14、定位件15、米字形凹槽16、米字形突起17、數(shù)據(jù)采集卡18、功率放大器19、激光器陣列20、殼體底板21、彈簧23、控制器24。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。實施例1如圖1、圖2、圖3、圖4所示的實施例是一種牛肉新鮮度檢測裝置，如圖4所示，包括不透光殼體，控制器24、激光器陣列20，光譜儀1，光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置2，如圖1所示，設(shè)于殼體內(nèi)的上端開口的矩形容器3、設(shè)于容器內(nèi)的矩形樣品托盤4、設(shè)于殼體底板21上的支架5、設(shè)于支架上的用于向樣品照射光的光發(fā)射頭6和用于接收樣品的反射光的光接收頭7；光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置、激光器陣列、光發(fā)射頭依次電連接，光接收頭與光譜儀電連接；容器和樣品托盤均由塑料材料制成，容器內(nèi)設(shè)有液體，樣品托盤懸浮于液體表面上，如圖1所示，容器底部設(shè)有呈4階方陣排列的16個豎孔8，各個豎孔均向上開口并且豎孔內(nèi)均設(shè)有定位用電磁鐵9，樣品托盤中部內(nèi)設(shè)有定位用磁鐵塊，如圖3所示的穿過樣品托盤下表面的金屬柱11上端與定位用磁鐵塊相連接，定位用電磁鐵和定位用磁鐵塊相對端的磁極的極性相反；如圖2所示，樣品托盤的各個邊緣上均設(shè)有4塊牽引用磁鐵塊12，容器各個側(cè)面上均設(shè)有4塊牽引用電磁鐵13；如圖4所示，光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置、光譜儀、各塊定位用電磁鐵和各塊牽引用電磁鐵均與控制器電連接。激光器陣列包括6個捆綁在一起并且波長依次排列的單波長激光器，各個單波長激光器的波長分別為630nm、925nm、534nm、780nm、610nm和730nm。如圖4所示，光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置包括數(shù)據(jù)采集卡18和功率放大器19，數(shù)據(jù)采集卡上設(shè)有用于與控制器電連接的信號輸入接口，所述數(shù)據(jù)采集卡與功率放大器的輸入端電連接，功率放大器的輸出端與激光器陣列的電源電連接。支架呈L形，包括水平桿和立柱；光發(fā)射頭和光接收頭分別通過豎桿與水平桿相連接；各塊牽引用磁鐵塊均呈條形，各塊牽引用磁鐵塊外側(cè)的磁極極性相同。電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。一種牛肉新鮮度檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：依據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5009.44-2003，檢測不同存放時間牛肉樣品的揮發(fā)性鹽基氮TVB-N值，并得到與16個樣品檢測點分別對應(yīng)的新鮮度閾值SNRthre1，SNRthre1，...，SNRthre16；新鮮度閾值SNRthre1，SNRthre1，...，SNRthre16獲得的方法如下：檢測剛宰殺的新鮮牛肉的揮發(fā)性鹽基氮數(shù)值，檢測完后將牛肉放到冷藏裝置中存儲，第二天，第三天，......取出牛肉繼續(xù)檢測牛肉的揮發(fā)性鹽基氮數(shù)值，每次檢測完均放入冷藏裝置中存儲，當(dāng)某天樣品的揮發(fā)性鹽基氮數(shù)值第一次超標(biāo)，則將該天的樣品采用下述步驟進(jìn)行檢測，得到的16個SNR即為新鮮度閾值SNRthre1，SNRthre1，...，SNRthre16。新鮮度閾值與儲存環(huán)境是相關(guān)的，對在某種溫度、壓強(qiáng)及濕度存儲的牛肉樣品進(jìn)行檢測所得到的新鮮度閾值SNRthre1，SNRthre1，...，SNRthre16，只能用于檢測在相同條件下存儲的牛肉的新鮮度。檢測之前，調(diào)節(jié)容器中的水位高度，使光發(fā)射頭發(fā)射的反射光經(jīng)樣品反射后可以正好進(jìn)入光接收頭中；如圖6所示，步驟100，樣品制備：從待檢測的牛肉中選取40mm厚的片狀肉作為待檢測樣品；步驟200，進(jìn)行檢測：將控制器與光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置、光譜儀、各塊定位用電磁鐵和各塊牽引用電磁鐵電連接，將樣品平放到樣品托盤上；步驟210，控制器通過給各個各塊定位用電磁鐵和各塊牽引用電磁鐵通電及斷電，控制樣品托盤按照如圖1中箭頭所示的順序呈弓字形移動至各個豎孔；步驟220，每當(dāng)金屬柱插入一個豎孔之后，控制器通過光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)激光器陣列輸出的檢測光，檢測光從0按照正弦曲線上升到最大值MAT，然后從最大值MAT按照正弦曲線下降至0；檢測完后光譜儀得到m2個檢測信號Spect(t)；步驟300，數(shù)據(jù)處理：控制器對m2個檢測信號Spect(t)均做如下數(shù)據(jù)處理：將檢測信號Spect(t)輸入一層隨機(jī)共振模型：中，其中，V(x，t，α)為勢函數(shù)，x(t)為布朗運(yùn)動粒子運(yùn)動軌跡函數(shù)，a，b為設(shè)定的常數(shù)，ξ(t)是外噪聲，D是在[0，1]范圍內(nèi)以0.01步進(jìn)的外噪聲強(qiáng)度，N(t)為內(nèi)秉噪聲，為周期性正弦信號，A是信號幅度，f是信號頻率，t為運(yùn)動時間，為相位，設(shè)控制器計算V(x，t，α)對于x(t)的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)和三階導(dǎo)數(shù)，并且使等式等于0，得到二層隨機(jī)共振模型：設(shè)定噪聲強(qiáng)度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；計算得到A的臨界值為將A的臨界值代入一層隨機(jī)共振模型中，并設(shè)定X0(t)＝0，sn0＝0，用四階瓏格庫塔算法求解一層隨機(jī)共振模型，得到n＝0，1，…，N-1并計算待定系數(shù)：(k1)n＝a(αxn1(t))2-b(αxn1(t))3+snn-1其中，xn(t)為x(t)的n階導(dǎo)數(shù)，snn+1是S(t)的n-1階導(dǎo)數(shù)在t＝0處的值，snn+1是S(t)的n+1階導(dǎo)數(shù)在t＝0處的值，n＝0，1，…，N-1；得到x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)的值；控制器對x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)進(jìn)行積分，得到x(t)，并得到x(t)在一層隨機(jī)共振模型和二層隨機(jī)共振模型組成的雙層隨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生隨機(jī)共振時刻的最優(yōu)檢測時刻時間t1，最優(yōu)瞬時運(yùn)動加速度α1，并確定t1和α[1所對應(yīng)的噪聲D1；D1為D中的一個值；D是在[0，1]范圍內(nèi)以0.01周期循環(huán)步進(jìn)的一個函數(shù)，D的取值與時間相關(guān)，知道了t1時刻，D1就確定了。控制器利用公式計算雙層隨機(jī)共振系統(tǒng)輸出的信噪比；其中，△U＝a2/4b；得到m2個輸出信噪比步驟400，誤差計算：控制器利用公式計算第k組旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)所對應(yīng)的輸出信噪比誤差QEk，其中，k＝1，…，m2；控制器計算滿足QEk≤5％的輸出信噪比誤差的個數(shù)M1；控制器計算滿足QEk＞5％的輸出信噪比誤差的個數(shù)M2；步驟500，做出判斷：若則控制器做出樣品新鮮的判斷；若則控制器做出樣品不新鮮的判斷；否則，返回步驟210，對樣品重新檢測并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本實施例中M1＝14，因此，控制器做出樣品新鮮的判斷。實施例2實施例2中，如圖3所示，豎孔下方的容器內(nèi)設(shè)有電機(jī)14，定位用電磁鐵與電機(jī)的豎向轉(zhuǎn)軸相連接，定位用電磁鐵上設(shè)有定位件15，定位件上端開設(shè)有米字形凹槽16，金屬柱下端設(shè)有與米字形凹槽相對應(yīng)的米字形突起17，電機(jī)上設(shè)有用于與控制器電連接的信號輸出端口。金屬柱上設(shè)有彈簧23。實施例2中的步驟220由下述步驟代替：每當(dāng)金屬柱插入一個豎孔之后，控制器通過光強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)激光器陣列輸出的檢測光，所述檢測光從0按照正弦曲線上升到最大值MAT，然后從最大值MAT按照正弦曲線下降至0；在檢測過程中，控制器控制與金屬柱所插入的豎孔相對應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)軸帶動樣品托盤旋轉(zhuǎn)1周，光譜儀得到檢測信號Spect(t)。實施例2中的其它結(jié)構(gòu)和方法部分與實施例1中相同。應(yīng)理解，本實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。