Пристрій для кількісного визначення вмісту компонентів молока

УКРАЇНА (19) UA 14626 (13) (5i)6 G 01 N33/04 ОПИС ДО ПАТЕНТУ ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД без проведення експертизи по суті на підставі Постанови ВерховноТ Ради України І* 3769-ХІІ від 23.XU. 1993 р. Публікується в редакції заявника (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ КІЛЬКІСНОГО ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ КОМПОНЕНТІВ МОЛОКА 1 (21)95041858 (22)21.04.95 (24)20.01.97 (46) 25.04.97. Бюл. № 2 (47)20.01.97 (72) Посудін Юрій Іванович, Мартиненко Іван Іванович, Шевченко Олександр Іванович (73) Національний аграрний університет (UA) (57) Устройство для количественного определения содержания компонентов молока, Изобретение относится к технике измерений состава молока и может быть использовано в сельском хозяйстве, молочной и пищевой промышленности. Известно устройство, предназначенное для количественного определения компонентов молока, содержащее расположенные на одной оптической оси источник инфракрасного излучения (ИК), кюветный блок и фотоприемник, соединенный с индикатором (Патент США N? 4.236.0.: кл. G 01 J 1/00, опубл. 1980). Недостатком данного устройства является невысокая точность измерений, связанная с необходимостью предварительной гомогенизации молока для исключения его неоднородности и вариаций оптической плотности, а также с влиянием воды, полоса содержащее расположенные на одной оптической оси источник инфракрасного излучения, блок изменения диаметра светового луча, кюветный блок, дисперсионный элемент и фотоприемник, соединенный с индикатором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно оснащено двумя каналами (для молока и воды), каждый из которых содержит дополнительно модулятор, блок сменных интерференционных фильтров, усилитель, демодулятор, выход которого соединен со входом блока сравнения, а к выходу блока сравнения подключен индикатор. поглощения которой находится вблизи полос поглощения компонентов молока. Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство, содержащее расположенные на одной оптической оси источник ИК-излучения, блок изменения диаметра светового луча, кюветный блок, полихроматор и фотоприемник, соединенный с индикатором (Корниенко М.Г., Кузьмин З.В. Устройство для количественного определения содержания компонентов молока. Авт.св. СССР N; 1280542. кл. G 01 N 33/04, N; 3895977/28-13, заявл. 17.05.85, опубл. 30.12.86, бюл. № 48). Устройство состоит из источника ИК-излучения, блока изменения диаметра светового луча, кюветного блока, блока прокачки, полихроматора, блока преобразователей, фотоприемника, регистратора импульсов, блок .возведения в третью С > ON 14626 степень, блока суммирования, блока стробирования, вычислителя, индикатора, блока управления и синхронизации. После прохождения кюветы световой луч попадает в полихроматор, который выделяет набор характеристических длин волн поглощения компонентами молока на максимуме и у основания полос поглощения жира (3,5-4 мкм), белка (6,46 и 6,68 мкм), лактозы (9,61 и 7,68 мкм), воды (4,42 и 5,35 мкм). При прохождении светового луча через частицу компонента молока возникает напряжение на выходе фотоприемника, которое затем обрабатывается, давая в конечном итоге информацию о содержании компонента молока. Недостатком устройства является*невысокая точность и сложность, обусловленные следующими факторами: 1. Уменьшение диаметра светового луча до 2-3 мкм существенно снижает уровень поглощения излучения компонентами молока и, тем самым, ослабляет регистрируемый сигнал. 2. Для определения содержания жира в молоке используют спектральную область 3,5-4 мкм, где вода прозрачна; при этом не осуществляют сопоставления максимума полосы поглощения жира с ее основанием, измеряя таким образом некое интегральное поглощение, что приводит к уменьшению .точности (площадь полосы может оставаться постоянной при ее уширении и уменьшении амплитуды, которая пропорциональна содержанию жира). 3. Использование полихроматора в виде клинового интерференционного фильтра при конечном диаметре проходящего через него светового луча приводит к искажению формы регистрируемого сигнала, поскольку левый и правый края светового луча поглощаются на разных длинах волн. 4. Учет влияния воды осуществляют на длинах волн, соответствующих максимуму (5,35 мкм) и основанию (4,42 мкм) полосы поглощения воды; однако, на длинах волн, соответствующих поглощению белка (6,46 мкм) и лактозы (9,61 мкм) вода также поглощает (фиг. 1), что не учитывается авторами прототипа. 5. Преобразование взаимодействующего с частицей молока светового сигнала в электрический импульс в силу малой интенсивности сигнала требует сложной системы регистрации и обработки сигнала, связанной с необходимостью накопления сигналов и возведением длительности импульсов в третью степень. Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлага 5 10 15 20 25 30 35 40 45 4 емого изобретения, выражается в повышении точности измерений и упрощении конструкции устройства. Данный технический результат достигается за счет того, что на двух параллельных оптических осях располагают источники ИКизлучения, блоки изменения диаметра светового луча, модулятор излучения, кюветный блок (кювета с молоком и кювета с водой), дисперсионный элемент - блок интерференционных фильтров, фотоприемники, выходы которых связаны с усилителями, демодуляторами, блоком сравнения и индикатором. Устройство работает следующим образом (фиг. 2). Излучение от инфракрасных источников 1, 2 попадает на модулятор 3. Промодулированное с частотой 15-20 Гц (такая частота определяется собственными временными характеристиками пироприемников) проходит через блоки изменения диаметра луча 4, 5, после которых диаметр луча увеличивается до 30 мм, и через кюветы 6 (с молоком) и 7 (с водой). Затем излучение проходит через вращающийся блок интерференционных фильтров 8, который выделяет набор аналитических длин волн поглощения компонентов молока (для жира - 5,7 мкм (максимум) и 3,5 мкм (основание), для белка - 6,48 мкм (максимум) и 6,68 мкм (основание), для лактозы - 9,61 мкм (максимум) и 7,68 мкм (основание). За блоком интерференционных фильтров расположены фотоприемники 9, 10, на выходе которых появляются переменные электрические сигналы при попадании оптического излучения на фотоприемник. Выходы фотоприемников связаны со входами усилителей 11, 12, усиливающих амплитуду переменных сигналов. Связанные с усилителями демодуляторы преобразуют переменные электрические сигналы в постоянные. Выходы демодуляторов связаны со входами блока сравнения 15, в котором происходит сравнение интенсивностей принятых сигналов и их обработка, суть которой сводится к следующему: в каждом канале фотоприемники последовательно регистрируют интенсивности Ц|, соответствующие аналитическим длинам волн ДГах максимумов и AfCH оснований полос поглощения компонентов молока, а также интенсивность lo при совпадении сквозных отвер55 стий со световыми лучами. Концентрация каждого компонента молока связана с интенсивностями Uj и lo следующим соотношением 14626 Cx~K • In [ 1 (!Д, О С Н /1о)н 2 О С выхода блока сравнения сигнал подается на измерительный прибор 16. В предлагаемом устройстве используют довольно большие диаметры световых пучков, что позволяет обеспечить высокий уровень поглощения при небольшой толщине 5 зазора в кювете и избежать многократного рассеяния света на частицах молока. Для определения содержания жира предлагается использование линии поглощения при 5,73 мкм, которая является более интенсив- 4п Упорядник Замовлення 4140 ной, чем линия 3,5-4 мкм, используемая авторами прототипа. Использование интерференционных фильтров предпочтительнее полихроматора за счет большей спектральной однородности и возможности работы со световыми лучами больших диаметров. Оснащение устройства вторым каналом, в частности, кюветой с водой, позволяет исключить влияние воды на всех аналитических длинах волн и, таким образом, повысить точность измерений. Техред М.Моргентал Коректор Л. Філь Тираж Підписне Державне патентне відомство УкраТни, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101