毕业答辩-牛肉味觉品质自动检测装置设计.ppt

牛肉味觉品质自动检测装置研究,姓名：学号：专业：食品科学与工程指导教师：,主要研究内容,主要研究内容,1.研究目的与意义,1.将味觉传感器应用于牛肉味觉检测方向，设计牛肉自动化、连续化检测装置，实现对牛肉味觉品质准确快速的检测评价；2.我国在牛肉味觉检测方面仍存在较大空白，希望本文能够为牛肉味觉检测进一步的发展提供一定的经验和借鉴作用。,主要研究内容,2.国内外研究现状,目前牛肉品质检测方法快速发展，但主要针对牛肉嫩度、大理石花纹和牛肉分级，味觉品质检测仍处于起步阶段。,主要研究内容,3.味觉品质自动检测装置设计,装置采用步进电机驱动，以单片机程序控制；装置分上下两部分，下部为基座，安装电机、水平转动机构和试样盒；上部为转盘，安装上下移动机构、工作电极和参比电极；工作电极（共12支）均匀布置在转盘上，水平方向转动靠主轴带动转盘转动实现；竖直方向移动，靠每支电极上方的液压油缸实现；参比电极（共1支）安装在副轴平台上，依靠副轴转动实现水平转动，竖直方向移动依靠液压油缸实现。,设计思路,装置结构组成,（1）味觉传感器探针固定及移动部件：转盘、味觉传感器探针、液压油缸、主轴、轴承、滚珠及其它固定装置；（2）参比电极固定及移动部件：副轴平台、副旋转轴、参比电极、液压油缸、连杆、轴承、滚珠及其它固定装置；（3）样品盛放平台：试样盒、洗液烧杯及固定装置（4）传动机构：皮带轮机构、直齿锥齿轮组合、转动轴、轴承及其它固定装置；（5）驱动器：合适功率的电动机；（6）机架：底座、电机支撑架和固定连接件等。,图-1装置装配图,图-1装置装配图,主轴设计,为使转盘和轴能够平稳旋转，增强稳定性，方便拆装，同时减少轴的长度以减小轴中部挠度，因此并不将轴与底座载台和转盘焊接在一起，在装置底座上采用圆柱载台设计，并铸出主轴孔，将轴安装进载台的孔中。在载台和主旋转轴间安装推力球轴承，实现主轴的固定。同时为减小轴在旋转中所受摩擦阻力，减小主轴磨损，放入滚珠，并进行润滑。,图-2主轴装配图,副轴设计,控制工作电极的电机与参比电极电机并非同时启停。参比探针电机先启动，使其转动到试样盒上方后停止，然后工作探针电机启动。检测后，参比探针电机先启动，带动参比探针转动60度，进行清洗，完成后，电机反向转动，参比探针反向转动60度，再次到达试样盒上方。此时工作探针电机才再次启动。,图-3副轴图,传动设计,传动轴由底座支架通过角接触球轴承固定安装。角接触球轴承通过底座支架实现周向固定，通过轴承端盖和轴肩实现轴向固定。圆锥齿轮和皮带轮在传动轴上的轴向固定依靠轴肩和轴端挡圈实现，周向固定依靠键连接实现。,图-4传动机构图,工作电极与试样盒布置,本装置电动机要求很高，必须具备优秀的起停和反转响应，转动精度高，旋转度易接受单片机信号控制。因此，本次装置设计选用步进电机进行装置动力驱动。,其他主要零部件,本次设计装置电动机与传动轴间中心距较大。选用皮带轮传动实现两者运动和动力的传递，简化装置，节约成本。,其他主要零部件,传动轴与主旋转轴之间轴交角=90，因此可使用直齿锥齿轮传递两轴间的运动和动力，同时利用传动比起到电动机和主旋转轴之间一级减速的目的。,其他主要零部件,本次所设计的自动检测装置，味觉传感器探工作电极针和参比电极需要进行竖直上下往复运动，行程固定，且与主轴转盘运动不同时发生，要求稳定可靠，迟滞小。选用液压油缸实现竖直方向上运动。,其他主要零部件,为固定检测装置中的轴并支撑其转动，本次设计选用了轴承结构。既受轴向载荷又受径向载荷，因此选用角接触球轴承。主旋转轴、副旋转轴、传动轴分别选用7206C、7024C、7024AC,其他主要零部件,主要研究内容,4.试样盒最优选择试验,在检测中盛放牛肉汁样品的试样盒，能够通过改变牛肉汁样品的存在状态，显著影响到味觉传感器所检测到的电信号，与检测准确度有密切关系。因此，为充分设计合理的牛肉味觉自动检测装置，必须对重要部件试样盒进行正交试验研究，探究最适合进行味觉传感器工作的试样盒尺寸大小以及材料。,图-7塑料试样盒,检测方法,将新鲜牛肉用保鲜袋密封，高温煮熟，挤出肉汁，然后过滤得牛肉汁样品。将其导入实验所用试样盒中。检测前，需先对所用电化学工作站进行设定，选择化学电位法，每次运行时间为60秒。并对所选用电极进行活化。检测开始后，先将所用工作电极与参考电极同时放入去离子水中，要求电极下部浸入水中15-20mm，待工作电极稳定后，再将工作电极与参比电极同时移入待测牛肉样汁中。待工作电极稳定后利用电化学工作站测绘出电位-时间变化曲线图。处理分析数据，探究不同试样盒直径、高度、材料对所测得电位的影响。,由于传感器有三大类十二种不同类型，为探究不同类型味觉传感器工作电极所适用的试样盒尺寸和材料是否一致，本次试验分别选取三类味觉传感器中的四种代表电极分别进行正交试验研究，观察试样盒要求是否具有一致性。所选取的工作电极分别为：玻璃电极：钠离子工作电极；液膜电极：钾离子工作电极；难溶盐膜电极：氯离子工作电极和铜离子工作电极。,关键,单因素试验,试样盒影响味觉传感器测量结果的因素主要有：试样盒直径、试样盒高度、试样盒材料。基于试样盒的卫生性与实用性、选材普遍性和成本因素考虑，选用塑料、金属、玻璃三类材质。单因素试验选用玻璃试样盒、钠离子电极进行探究。,表-1单因素水平选择表,实验1：塑料试样盒直径70mm，高45mm。所测得样品牛肉汁的电位-时间检测曲线如下图-5：所有电位数据的算术平均值为U=-74.74mV。,图-8试样盒7045样品所测电位-时间曲线,实验2：试样盒直径70mm，高65mm，平均电势值为U2=-77.93mV；实验3：试样盒直径70mm，高85mm，平均电势值为U3=-78.91mV；实验4：试样盒直径70mm，高105mm，平均电势值为U4=-74.81mV；实验5：试样盒直径70mm，高125mm，平均电势值为U5=-72.95mV；实验6：试样盒直径30mm，高85mm，平均电势值为U6=-73.12mV；实验7：试样盒直径50mm，高85mm，平均电势值为U7=-74.02mV；实验8：试样盒直径70mm，高85mm，平均电势值为U8=-78.91mV；实验9：试样盒直径90mm，高85mm，平均电势值为U9=-78.11mV；实验10：试样盒直径110mm，高85mm，平均电势值U10=-75.27mV。,所使用牛肉品质等级为二级，使用钠离子工作电极所对应的最佳检测电势值结果应该为-78.98mv。由以上单因素试验数据结果分析可得：当试样盒直径d=80mm，高度h85mm时，试验所测电势值均明显大于合理电势值，结果不准确；当试样盒高度h=85mm，直径d90mm时，试验所测电势值均明显大于合理电势值，结果不准确；因此应进一步在试样盒直径70mmd90mm和试样盒高度65mmh85mm之间进一步细化变量，进行正交试验探究。,单因素结果分析,正交试验,经过单因素试验进行结果分析，试样盒合理尺寸范围应在70mmd90mm，65mmh85mm之间。因此对上述三因素细化变量，设计L9(34)正交试验表进行正交试验探究，并预留空白列，以便进行随机误差分析。正交试验因素水平选择和试验安排表如下：,表2正交试验水平选择表,表-3钠离子正交试验极差分析表,由表-3的极差分析结果可知，影响钠离子工作电极对牛肉味觉品质检测的试样盒各因素主次关系为ACB，即试样盒材料试样盒高度试样盒直径。最优水平组合为A3B2C2，即使用钠离子传感器电极时，本检测装置最适用的试样盒为：直径为75mm，高为80mm的金属试样盒。,钠离子正交试验结果处理,方差分析,方差分析后，未见显著性因素。三个因素中，对检测结果影响最大的是试样盒材料，其次是试样盒高度，最后是试样盒直径，与极差分析一致。,表-4钠离子方差分析表,表-5钾离子正交试验极差分析表,由表-5的极差分析结果可知，影响钾离子工作电极对牛肉味觉品质检测的试样盒各因素主次关系为ACB，即试样盒材料试样盒高度试样盒直径。最优水平组合为A3B2C2，即使用钾离子传感器电极时本检测装置最适用的试样盒为：直径为75mm，高为80mm的金属试样盒。,钾离子正交试验结果处理,方差分析,方差分析后，未见显著性因素。三个因素中，对检测结果影响最大的是试样盒材料，其次是试样盒高度，最后是试样盒直径，与极差分析一致。与检测钠离子时保持一致。,表-6钾离子方差分析表,表-7氯离子正交试验极差分析表,由表-7的极差分析结果可知，影响氯离子工作电极对牛肉味觉品质检测的试样盒各因素主次关系为ACB，即试样盒材料试样盒高度试样盒直径。最优水平组合为A3B2C2，即使用氯离子传感器时，本检测装置最适用的试样盒为：直径为75mm，高为80mm的金属试样盒。,氯离子正交试验结果处理,方差分析,方差分析后，未见显著性因素。三个因素中，对检测结果影响最大的是试样盒材料，其次是试样盒高度，最后是试样盒直径，与极差分析一致。与检测钠离子时保持一致。,表-8氯离子方差分析表,表-9铜离子正交试验极差分析表,由表-9的极差分析结果可知，影响铜离子工作电极对牛肉味觉品质检测的试样盒各因素主次关系为ACB，即试样盒材料试样盒高度试样盒直径。最优水平组合为A3B2C2，即使用铜离子检测器时，本检测装置最适用的试样盒为：直径为75mm，高为80mm的金属试样盒。,铜离子正交试验结果处理,方差分析,方差分析后，未见显著性因素。三个因素中，对检测结果影响最大的是试样盒材料，其次是试样盒高度，最后是试样盒直径，与极差分析一致。与检测钠离子时保持一致。,表-10铜离子方差分析表,经过以上四种传感器对盛放牛肉汁的不同试样盒的正交试验探究，可以确定，试样盒的尺寸和材料对不同传感器检测牛肉样品具有高度一致性。经正交试验确定的最优试样盒：直径为75mm，高为80mm的金属试样盒可适用于所有传感器检测，可将其作为牛肉味觉自动检测装置中的组成部件。,主要研究内容,5.创新点,1.设计出