论文题目: 超声波牛奶成分快速检测方法及仪器研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 测试计量技术及仪器
作者: 丁英强
导师: 徐可欣
关键词: 超声波,衰减,速度,牛奶,非线性回归分析
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 超声波分析技术作为“无损检测”的代表,具有检测速度快、无损伤、低成本和高效等特点。它不仅可以应用于实验室分析,而且适用于现场的快速检测和实时的在线分析,在化工、农业、医药临床、食品检测等领域具有广阔的应用前景。随着牛奶正在人们日常生中起着越来越重要的作用,牛奶质量的快速检测也成为了一个重要的课题。传统的化学牛奶检测方法耗时长、对操作人员的要求高,无法满足现代质量检测的要求,因此需要一种快速、简单的牛奶成分检测的方法。本文研究了一种快速检测牛奶成分的方法:超声波分析法。文中深入分析了超声波分析法在牛奶成分分析中的应用,并对自行研制的超声波牛奶成分分析仪的结构、硬件、软件及仪器性能进行了全面的阐述。本文的主要研究内容是:1.对超声波在介质中的传播特性及牛奶的结构、组成进行了全面充分的分析,在此基础上研究了脂肪、非脂乳固体、蛋白质等对超声波衰减和速度的影响,验证了超声波牛奶成分分析的可行性。2.经过实验设计及数据分析,超声波的衰减和速度参数经过滤波处理后,采用偏最小二乘回归(PLS)算法建立了脂肪、非脂乳固体、密度、蛋白质和乳糖的非线性回归模型,模型的相关系数分别为0.9932,0.9914,0.9937,0.924,0.9930。RMSEP分别为0.089 g/100ml,0.097 g/100ml,0.102 g/100ml,0.114 g/100ml,0.627 kg/m3。3.设计了中心频率为5MHz超声波在牛奶样品中衰减和速度的测量系统,完成了硬件和软件的调试工作,并在此基础上进行了牛奶成分分析实验,检验了五个非线性回归模型的性能。4.设计完成了基于Visual Basic6.0的仪器-用户接口程序,并设计了基于PC的仪器的校准程序。5.对仪器的性能做了全面、详细的评价,基本能够满足牛奶成分测量的要求。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究的目的及意义
1.2 牛奶测量的方法及现状
1.2.1 化学分析法
1.2.2 紫外线吸收光谱法
1.2.3 中红外光谱分析法
1.2.4 近红外光谱分析法
1.3 超声波牛奶测量方法现状
1.4 论文的主要研究内容
第二章 超声波检测的基础理论
2.1 超声波在不同介质中的传播特性
2.1.1 超声波的波型分类
2.1.2 超声波的特征参量
2.1.3 超声波在平面介面上的反射与折射
2.1.4 超声波在介质中传输时的损耗
2.1.5 超声波在介质中传输时的速度
2.2 超声波发生和接收装置
2.3 多元数据回归分析
2.3.1 非线性回归分析的最小二乘解
2.3.2 高斯－牛顿(Gauss-Newton)法则
2.3.3 模型评价标准
第三章 测量系统硬件设计
3.1 概述
3.2 直流电源部分
3.3 信号滤波及放大部分
3.4 超声波发射部分
3.5 接收端超声波振幅测量和超声波的速度测量部分
3.5.1 接收短超声波振幅的测量
3.5.2 超声波在样品中速度的测量
3.6 加热及温度监测部分
3.7 步进电机及电机驱动部分
3.8 显示部分
3.9 与 PC 机通信及下载操作部分
3.10 用户接口部分
3.11 小结
第四章 软件系统设计
4.1 单片机系统程序设计
4.1.1 单片机特点
4.1.2 单片机端系统软件需求分析
4.1.3 单片机端系统程序流程
4.1.4 温度测量系统程序设计
4.1.5 幅值、速度测量程序设计
4.1.6 马达控制系统程序设计
4.1.7 显示系统程序设计
4.1.8 数字滤波和运算
4.2 PC 端系统程序设计
4.2.1 串口通信简介
4.2.2 校正程序设计流程
4.2.2.1 串口查找程序设计流程
4.2.2.2 仪器校正程序设计流程
4.2.3 仪器程序更新及测量结果显示
4.3 小结
第五章 超声波牛奶测量实验研究及数据分析
5.1 牛奶组成及特性
5.1.1 牛奶中的蛋白质
5.1.2 牛奶中的脂肪
5.1.3 牛奶中的乳糖
5.1.4 牛奶的密度
5.2 牛奶建模实验的初步研究
5.2.1 样品准备
5.2.2 数据采集
5.2.3 数据处理与建模
5.2.3.1 脂肪模型
5.2.3.2 非脂乳固体模型
5.2.3.3 蛋白质模型
5.2.3.4 乳糖模型
5.2.3.5 相对密度模型
5.3 掺水牛奶实验
5.3.1 掺水牛奶各成分的建模
5.3.1.1 样品准备
5.3.1.2 模型验证
5.3.1.3 掺水率模型
5.4 仪器稳定性评价及标定
5.4.1 仪器稳定性
5.4.2 仪器标定实验
5.5 小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研的情况
致 谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
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