УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01N33/02 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к аналитической аппаратуре, предназначенной для определения свойств, состава и строения веществ в промышленном производстве и в научных исследованиях.

2. Уровень техники

Существующие методы анализа качества продуктов питания используют стандартные современные аналитические приемы, такие как газовая хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография, масс-спектрометрия; употребление разнообразных хроматографических детекторов. Эти методы весьма трудоемки и длительны.

В качестве аналогов предлагаемого устройства рассматриваются технические средства для измерения вязкости. К аналогам можно отнести следующие: технические средства вискозиметрии, позволяющие оценить вязкость жидких сред в соответствии с гидродинамической теорией, и технические средства, основанные на измерении скорости распространения поверхностной акустической волны по поверхности исследуемой ткани (ультразвуковая вискозиметрия).

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство, принцип работы которого основан на измерении скорости распространения поверхностной акустической волны по поверхности исследуемой ткани. Недостатком устройства-аналога является наличие только двух пьезопреобразователей, что создает сложности регистрации поверхностных сдвиговых волн из-за быстрого их затухания, с одной стороны, и необходимость проведения измерений для малых амплитуд смещения частиц исследуемой среды, с другой.

3. Раскрытие изобретения

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что контактная измерительная головка, накладываемая на исследуемую поверхность, содержит пять пьезопреобразователей со щупами. Один из них, расположенный в центре, является источником поверхностных сдвиговых волн, а остальные четыре преобразователя, установленные по окружности на одинаковом расстоянии от первого, являются приемниками этих волн (фиг.1). Это обеспечивает пространственное и временное суммирование колебаний, что повышает чувствительность прибора, помехоустойчивость и достоверность измерений. К тому же устройство является компактным, носимым, с малым потреблением тока и с автономным источником питания.

В основе разработанного устройства лежит метод оценки вязкоупругих свойств биоткани, основанный на измерении скорости распространения в ней поверхностной сдвиговой волны. В отличие от продольных акустических волн, распространяющихся в объеме среды, поверхностные сдвиговые волны затухают на расстоянии, равном нескольким длинам волны, что создает определенные трудности в изучении особенностей их распространения. Получают и регистрируют эти волны с помощью преобразователей биморфного типа, в которых используются пластины из пьезоэлектрического материала. Преобразователи снабжаются щупами, которые позволяют осуществить точечный контакт с исследуемым участком ткани. Исследования показывают, что сдвиговая упругость биологических тканей для малых амплитуд смещения частиц среды прямо пропорциональна квадрату распространения в ней акустической волны, возбуждаемой точечным осциллирующим преобразователем:

Е=ρkc²,

где Е - динамический модуль сдвига; k - коэффициент пропорциональности, зависящий от направления колебательного смещения частиц среды; ρ - плотность среды; c - скорость распространения сдвиговой волны.

4. Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена контактная измерительная головка. Структурная схема устройства для экспресс-оценки качества продуктов питания представлена на фиг.2.

5. Осуществление изобретения

Устройство работает следующим образом. На поверхность, например, мяса, накладывается контактная головка измерительного преобразователя (фиг.1, 1 - щуп пьезопреобразователя; 2 - пьезопреобразователи; 3 - кабель отведения). Контактная головка включает в себя пять преобразователей (ПП1-ПП5) 9-13 со щупами на концах для контакта с мясом, причем один из них (ПП1) 9, расположенный в центре, является источником поверхностных сдвиговых волн, а остальные, установленные по окружности на одинаковом расстоянии от первого, являются приемниками этих волн. Это обеспечивает пространственное и временное суммирование колебаний, что повышает чувствительность прибора, помехоустойчивость и достоверность измерений.

При нажатии кнопки «Пуск» происходит (см. фиг.2) счет импульсов счетчиком (СЧ) 5 от генератора (ГИС) 2. С выхода двоично-десятичного счетчика (СЧ) 5 импульсы подаются на дешифратор (ДШ) 7 и на четырехразрядный жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) 14 для визуализации. Одновременно на выходе формирователя (ФИВ) 4 формируется огибающая радиоимпульсов питания центрального пьезопреобразователя (ПП1) 9. Импульсы питания формируются на выходе смесителя (С) 6, на второй вход которого подаются высокочастотные электрические колебания от генератора (ГВЧ) 1. Далее эти импульсы поступают на вход преобразователя (ПП) 9, который возбуждает сдвиговые колебания на поверхности мяса. В зависимости от вязкости мяса скорость распространения поверхностной волны имеет разные значения, эквивалентные текущей вязкости, фактически фиксируемой данным прибором. Для этого электрический сигнал с выхода суммирующего усилителя (СУ) 15 подается на вход интегратора (И) 16 и далее на триггер Шмидта (ТШ) 17, где формируется импульс, передним фронтом которого посредством триггера (Т) 3 останавливается счет.

Источники информации

1. Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 222 с.

2. Фридман Ф.Е., Гундорова Р.А., Кодзов М.Б. Ультразвук в офтальмологии. М.: Медицина, 1989. - 254 с.

3. Статья «Методики и технические средства оценки качества продуктов питания» в сб. научных статей в XXI Международной научно-практической конференции. - Пенза: ПДЗ, 2011. - 120 с.

Изобретение относится к аналитической аппаратуре. Устройство для экспресс-оценки качества продуктов питания включает в себя пьезоэлектрические преобразователи со щупами, генератор высокой частоты, генератор импульсов низкой частоты, смеситель, усилитель, преобразователь выходного сигнала, блок отображения информации. Смеситель выполнен с возможностью формирования на выходе сигнала для возбуждения сдвиговых поверхностных волн. Для этого первый его вход соединен с генератором низкой частоты через формирователь импульсного воздействия, выполненного с возможностью подачи низкочастотных прямоугольных импульсов, а второй вход соединен с выходом генератора высокочастотных синусоидальных колебаний. Счетчик соединен с двоично-десятичным дешифратором, выход которого соединен с входом блока отображения информации, выполненного в виде жидкокристаллического индикатора. Выход смесителя соединен с первым преобразователем из пяти, помещенным в центре контактной головки и являющимся источником поверхностных сдвиговых волн, приемниками которых одновременно являются четыре других преобразователя, установленных по окружности на одинаковом расстоянии от центрального, выходы которых соединены с усилителем в виде суммирующего усилителя. Усилитель соединен с преобразователем выходного сигнала, включающего интегратор, соединенный с входом триггера Шмидта, выход которого соединен с входом триггера для остановки счета. Достигается упрощение и повышение надежности оценки качества. 2 ил.

Устройство для экспресс-оценки качества продуктов питания, включающее пьезоэлектрические преобразователи со щупами, генератор высокой частоты, генератор низкой частоты, смеситель, усилитель, преобразователь выходного сигнала, блок отображения информации, отличающееся тем, что смеситель выполнен с возможностью формирования на выходе сигнала для возбуждения сдвиговых поверхностных волн, для чего первый его вход соединен с генератором низкой частоты через формирователь импульсного воздействия, выполненного с возможностью подачи низкочастотных прямоугольных импульсов, а второй вход соединен с выходом генератора высокочастотных синусоидальных колебаний; вход счетчика соединен с двоично-десятичным дешифратором, выход которого соединен с входом блока отображения информации, выполненного в виде жидкокристаллического индикатора; выход смесителя соединен с первым преобразователем из пяти, помещенным в центре контактной головки и являющимся источником поверхностных сдвиговых волн, приемниками которых являются четыре других преобразователя, установленных по окружности на одинаковом расстоянии от центрального, выходы которых соединены с усилителем, выполненным в виде суммирующего усилителя, соединенного с преобразователем выходного сигнала, включающего интегратор, соединенный с входом триггера Шмидта, выход которого соединен с входом триггера для остановки счета.