автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Оптический анализатор качества молока

Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зяам?яп политохничекий институт им. С. М. Кирова

На правах рукописи Яазурин Валерий Владимирович

УДК 637.132

ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР КАЧЕСТВА МОЛОКА

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 1950

Pü5o?:i bji.a'WOiiií }; Gp/;¿:¡.'j O.ÍTÍÍÜJ.lcküíí ¡'ело^л.длн

ofjiüHú Tpy/ioí aro Kp.xnoro Ккы.-ш шаг1«хиич«с!а»! институт--! й:рога ¡; г. Талд^-кугсаК'^с:: недагогпч-.-ском ин-¡.'íhtyvc îïv.ô?gi il д«аксугуг'эза

НаучаиЛ руководит oj:¿ - аасдугошшй дгптш.ь пауки и техн',:;:,: РОТОР, доктор технических ¡iay¡:, про4оссор

Л. !>1 Ананьев

О&ициальшх* ошюноьты- доктор фгаико-гатематичсских иа-ук, ведущий научный сотрудник

Е Е. ГЬвлоп - кандидат ^гнга-кптематнчесш!:: наук, доцент

R А. Савельев

Ездуг;го предприятие - йэскопсксо научно-проязводотЕеп-пос о&ьэдлнэннз "СПЕКТР".

Зажгла сосгогнсг. спрог:,: 1930 года в 15 часов «а заседания c¡52!i;,;;-*íí.vi]-lv::;;;oí'c \'о':27а Д COS.CO.С5 Томского орд-зна С:сгпбрэс;-э.'1 ¿¿го;:-с:; г ердонс Тргдозого Красного бза'-эаи полиехаич-^шгс vsas¡uy:a uî.oin; С. К. Нзроаа в 215 аул- 18 корпус;; Ш.1 (02'.00i, ¿C::'J;:, 8. НЙ1ШН)

С длосартац^зй ашо озяаташся s бг.блиота;« Томского политехнического настагуго.

Автореферат газсе^ш i lapia 1СЭ0 года

Учонкв сокрегарь слэщ:ол;лировашюго Corara - д. т. н., профессор

R il Пацович

эддестеш?1 1, «* i-Отдел

иссертацин

ОГЭД ХЛГА'ЛТ ЕРИСИЯА РЛЕОГН

АКТУАЛЬНОСТЬ. Широкое внедрение современных научио-тех-нических достижения в агропромышленном комплексе страви обусловило разработку новых эффективных методов и средств контроля качества продукции. Решение этой задачи в первую очередь связано с необходимостью определения основных характеристик качества анализируемой среди, выявления перспективных, с точки зрения автоматизации, методов и средств количественного определения качества продукта.

Качество цельного молока определяют по количественному содержанию компонентов .тара и белка, что является достаточно сложным процессом, требующим значительных временных и материальных затрат. Существуйте относительно простые в реализации методики требуют, .как правило, предварительной подготовки пробы, выделения измеряемого компонента химическими методами, гомогенизации, разведения молока водой, что приводит к увеличению доли ручного труда в общем объеме анализа, и делает невозмоллкм его проведение в потоке.

Низкий уровень автоматизации контроля качества молока обусловлен преддэ всего сложной структурой я шогсфакторными зависимостям! Физико-химических свойств колот от условий его производства, хранения и переработки. Значительное расширение возможностей в автоматизации измерений коот ожидать при исключении предварительной подготовки пробы молока.

Анализ качества молока без проведения предварительной подготовки пробы суЕэствэнно усложняет задачу обращения результатов косвенных измерений в искомый результат анализа

Проведенный обзор существующих методов и средстз количественного анализа качества молока показал, что наиболее приемлемы}® в настоящем случае является оптические методы анализа, дакяще возможность проводить экспрессный, бесконтактный и полностью автоматизированный анализ микроструктуры дисперсной системы непосредственно в содергэдзй частиц.) среде. Практическое применение оптических методов к реальным объектам связано с определенными трудностям!, возникающими

при интерпретации результатов оптических измерений.

При распространении излучения в плотноупакованных системах, к которым относится цельное молоко, условие независимости рассеяния, виполняедзеся при расстояниях между неод-нородностями, значительно большими их размеров и ллины волны надаюцего излучения, нарушается и существенную роль начинают играть кооперативные эффекты, обусловленные интерференцией вторичных волн и взаимным переоблучением близко расположенных частиц. Кооперативные эффекты лежат за пределами фотометрической теории переноса излучения, существенно ограничивая область ее применения,значительно усложняя аналитическое представление уравнения переноса излучения и его решение.

Данное положение делает обоснованным имитационное моделирование процесса распространения излучения в цельном молоке с целью выявления основных закономерностей процесса взаимодействия излучения в анализируемой сре^.

Результаты имитационного моделирования, подтвержденные и дополненные экспериментальными исследованиями представляют собой реальную основу для разработки метода проведения количественного анализа качества молока без предварительной подготовки пробы.

ЦЕЛЬ. Цель настоящей работы заключается в разработке оптического метода и средства автоматизированного контроля качества молока без проведения пробоподготовки.

ЗАДАЧИ. Для реализации поставленной цели были определены основные задачи исследований, которые предполагали:

- изучение зависимостей микрофизических параметров анализируемой среды от условий производства, переработки и хранения молока;

- анализ основых направлений развития методов и средств количественного анализа качества молока;

- изучение потенциальных возможностей оптических систем первичных преобразователей концентрации дисперсных фаз в многофазных полидисперсных плотноупакованных поглошдоздх средах;

- определение совокупности основных представлений, не-

обходимых для моделирования процессов поглощения и рассеяния излучения в плотноупакованных полидисперсных средах;

- анализ информативности характеристик рассеянного излучения, полученных в результате имитационного моделирования и определение на этой основе оптимальных условий проведения экспериментов на реальном объекте;

- исследование основных закономерностей изменения характеристик светорассеяния при вариации параметров микроструктуры молока в условиях ре&яьного эксперимента;

- разработку эффективных методов и средств обращения результатов оптических измерений относительно количественных характеристик качества молока;

- исследование погрешности анализа, обусловленной свойствами анализируемой среды, внешними условиями работы анализатора и преобразованием информации в измерительном первичном преобразователе.

РЕШЕНИЕ. Решение поставленных задач базировалось на основных положениях теории переноса излучения через полидисперсные среды с использованием методов имитационного моделирования и экспериментальных исследований процесса взаимодействия излучения с анализируемой средой.

ДОСТОВЕРНОСТЬ. Достоверность полученных результатов и выводое в диссертации обеспечиваются большим объемом экспериментальных исследований, выполненных в бтрого контролируемых условиях и хорошим соответствием с результатами теоретических исследований, выполненных на имитационной модели, а так ке с результатами других исследований, выполненных в СССР и за рубежом.

НОВИЗНА. Научная новизна работы заключается в следующем

- определена и исследована взаимосвязь кеяду параметрами оптической системы первичного преобразователя и коицент*-рациями жира и белка в молоке на основе теоретических и экспериментально полученных зависимостей интенсивности излучения, прошедшего через слой молока от его состава и физико-химических свойств, параметров оптической системы первичного

преобразователя и условий окружающей среды;

- разработана имитационная модель процесса распространения монохроматического излучения в двухфазной полидисперсной среде для решения технических задач количественного анализа качества молока;

- теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность практической реализации метода определения концентрации компонентов молока без проведения предварительной подготовки пробы.

РЕАЛИЗАЦИЯ Полученные результаты исследований наили практическое воплощение в опытном образце прибора для определения жира в молоке, в опытной разработке оптического анализатора качества молока и в первичном преобразователе оптической информации. Они могут быть использованы при разработке экспресс-методов и средств определения концентрации дисперсной фазы в двухфазных плотноупакованных жидких средах без проведения предварительной подготовки пробы.

Опытный образец прибора для определения концентрации кира в молоке внедрен на Томском гормолзаводе с годовым экономическим эффектом в 25 тысяч рублей. Опытный образец анализатора качества молока внедрен на Чернореченской молочнотоварной ферме с годовым экономическим эффектом в 80 тысяч рублей. Первичный преобразователь оптической информации внедрен в Томском политехническом, институте и используется в учебном процессе и в хоздоговорной работе кафедры промышленной и медицинской электроники. Кроме того, полученные результата диссертационной работы используются в опытно-конструкторской работе, проводимой Томским филиалом научно-исследовательского института технологии машиностроения с целью подготовки к серийному производству оптического анализатора качества молока.

АПРОБАЦИЯ Основные результаты работы докладывались на пятой Всесоюзной научно-технической конференция "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов", М., 1985; на третьем Всесоюзном совещании "Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе".

Барнаул, 1Я65; на персом Всесоюзном семинаре "Оптические методы исследования потоков", Новосибирск, 1989; на Всесоюзной конференции "Оптико-электронные измерительные устройства и системы", Томск., 1989, а также на научных семинарах ¡«¡.одры промышленной и медицинской электроники Томского политехнического института и кафедры информатики и вычислительной техники Талды-Курганского педагогического института.

По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ.

Диссертация состоит из трех глав, введения, заключения и приложений. Материмы диссертации изложены на 192 страницах машинописного текста и включают 41 рисунок, 2 фотографии, 7 таблиц и списка литературы - 100 наименований.

ЗАЗШВОД ГКЖЖЕКИЯ На завдту выносятся следующие основные положения:

- наиболее перспективным методом количественного анализа качества молока без проведения предварительной подготовки пробы является оптический метод, основанный на взаимодействии квазимонохроматического излучения с "толстым" слоем анализируемой среды;

- полученные экспериментальные зависимости интенсивности получения после взаимодействия с "толстим" слоем молока от концентрация белковой фазы носят неоднозначный характер при рполгпш гначениях концентрации лира, характерный для взеч '.йзел^дозашш типов оптических систем первичных преоб-р.'и"?зат>д.;й концентрации компонентов солока;

- гсш;еитгация .тара и белкл в налоге однозначно опреде-.т-гся ny¡C'M peí™ния системы уравнений, определяющих взаимосвязь интенсивностью светокого потока, прошедшего

среду различима по длине оптичзеккй путь, и концентрация!/:! искомых компонентов молока.

СОЛЕШШИВ ГАГ/ГШ

. ^ Р|„>двВ(.и пбгспоеояи актуальность темы,

с^рмул'.;; ',т.нн и задачи исс

ГЛАВА 1. В перЕОй главе рассмотрены основные физико-химические свойства и структура анализируемой среды, изучены их зависимости от условий производства, хранения и переработки продукта. Исслгдовыш существующие методы квалиметрни ¡.-.олока, дана оценка возможности их использования в решении настоящей задачи.

Имеющиеся представления о морфологии молока и его физико-химических свойствах, анализ количественных методов определения качества молока показали перспективность и преимущества оптических методов определения содержащихся в молоке компонентов без проведения предварительной подготовки пробы, наиболее полно удовлетворявших требованиям помехозгщщзниос-ти, доступности, точности, простоты и стоимости экспресс-анализа. Среди проблем,связанных с разработкой измерительной схема оптического преобразователя, ключевыми являются выбор конструкции оптической система первичного преобразователя к интерпретация результатов оптических измерений.

ГЛАВА 2. Во второй главе рассмотрены основные закономерности поколения системы взаимодействия излучения с исследуемой средой п теоретически обоснована возможность количественного шюдяоа юмхогюнтов шлока без проведения предварительной подготовки проб;.!.

Чрезвычайна! сюлюсть аналитического решения обратной аадачи теории рассеяния, катй аыаетса задача определенна концентрации компонентов цельного шлока, яояает обоснованным подход к рееонкзо постазлешюй вадачк штоявми статистической физики, с частности, шгедои имитационного идедздюдош процесса распространения излучения в песлэдуеыоп средо.

При разрабстко модели предполагалось, что ¡монохроматический световой поток от точечного источника падает нормально на плоскопаралольнкй слой шлока со среднестатистически распределений!-! интенсивности излучения и расходится внутри бесконечно малого толесного угла. Таюго предполагалось, что химический состав молока не зависит от параметров округлдарй среды, а распределение частиц жпра и болта во геем объеме анализируемой среда носит равномерный характер.

- о -

■ В результате сделанных допущений и обоснованных предположений, была синтезирована модель процесса распространения монохроматического ¡13 лучения в цельном молоке .адекватно описывающая реальное явление. Проведенные на модели исследования функции распределения пространственной интенсивности излучения, прошедшего через слой среды, от изменения концентрации лира и белка, а также от толщины слоя анализируемой среды показали, что при определенных значениях толщины слоя анализируемого вещества зависимости интенсивности прошедшего через среду излучения'от концентрации компонентов среды для всех направлений наблюдения идентичны и имеют вид, показанный па рисунке 1 (кривые а1; Ы; с1; <11 и а2; Ь2; с2; 62 для концентрации белка ?Х\ 47.\ 67.\ 87. и толщины слоя и 02 соответственно).

Анализ приведенных кривых позволил получить в аналитическом виде уравнение, приблитто описывающее зависимости интенсивности излучения, прошедшего через слой молога, от концентрации компонентов молока и толщины слоя анализируемой средн.-

М (й)

I - 10 охр [--1 { охр [ -а1(а) (Сж +

Ь2 (<» -

+ с1 Сб)] + 1 - охр С(- а2(<1) (С:ч + с2 Сб)3); (1)

где: 10, I - интенсивности светового потока до и пос-

ле прохождении через исследуемую среду; а1;а2;Ь1;Ь2;с1;с2 - геишброво<пшз коэффициенты;

С л, Сб - гоицеитрзцяя :\*ропой и белковой фаз со-соотзетстлс И"";.

Полученное шр-тгшге позволяет свести задачу определя-»¡п ::<яа>ш« компонентов к ресонст скстемм двух уравнений, опрсделлксях зависимости м.о.тду :гатенсивпосгями излучения, нрогедягго через среду различи!,';": по длине оптический путь, от концентрации кира и белка.

Адекватность имитационной модели реальному явлению, а следовательно и достоверность полученных результатов исследований на имитационной модели, проверялась по Р-распределе-нив оценок дисперсий. Для значений выборок N1 = N2 - 16 и уровня значимости & = 0,05, критическое значение Рк = 2,32 сравнивалось с вычисленным Р = 1,17. Гипотеза о близости средних значений п-ного результата моделирования известным средним значениям п-ного результата реального эксперимента принимается, если выполняется условие: Р < Рк. На основании полученных результатов вычислений Р и Рк было сделано заключение об адекватности имитационной модели реальному эксперименту.

ГЛАВА 3. ' В третьей главе проведен анализ основных типов конструкций измерительных схем первичных преобразователей концентрации компонентов молока, на основании которого был разработан и изготовлен первичный измерительный преобразователь оптической информации, позволяющий проводить исследования взаимодействия монохроматического излучения:

1) с плоско-паралельным слоем цельного молока,заключенным в оптически прозрачную кювету-оптическая система Л-типа;

2) с цилиндрическим слоем цельного молока, заключенным в оптически прозрачную кювету - оптическая система В-типа;

3) с цельным молоком через погруженные в него световоды - оптическая система С-типа.

Задачи экспериментальных исследований, проведенных на измерительном преобразователе оптической информации, заключались в изучении влияния параметров анализируемой среды, параметров и условий работы анализатора на процесс распространения светового излучения в цельном молоке с целью определения конструктивных особенностей оптической системы первичного преобразователя и решения задачи обращения результатов оптических измерений в искомый результат анализа.

Проведенные экспериментальные исследования взаимодействия излучения с цельным молоком подтвердили основные результаты исследований явления на имитационной модели и показали, что наиболее предпочтительным по метрологическим и

- и -

эксплуатационным характеристикам является процесс взаимодействия излучения с "толстым" слоем молока, характеризующимся "глубинным" режимом распространения излучения в среде, который наблюдается при выполнении условия: 1 > 3, где: Ъ - оптическая толщина слоя цельного молока.

Распределение светового потока в "толстом" слое молока определяется типом оптической системы первичного преобразователя, количественным составом компонентов молота и кооперативными эффектами, обусловленными взаимным облучением и переизлучением светового потока на частицах молока.

Исследования зависимости изменения интенсивности светового потока, прошелпего через плоскопаралельный слой молока с различным содержанием жира, белка и углеводов в молоке от длины волны падающего излучения (рис.2), показали, что максимальный отклик системы при изменении концентрации .жира от минимального значения Сж=1,25% до максимального значения Ся=10% наблюдается на длине волны 1050 нм (кривая 1 на рис. 2). Минимальный отклик системы при изменении концентрации белка от 2% до 81 наблюдается на длине волны 900 нм (кривая 2). Изменение концентрации углеводов не приводило к заметным изменениям интенсивности пропедпего через среду светового потока (кривая 3 на рис.2).

Исследования зависимостей результатов взаимодействия излучения с анализируемой средой от ее структуры и состава проводились на пробах молока с различным содержанием .тара и белка, которые готовились путем разйедения молока с содержанием кира и белка, соответственно 20% и 2%, молоком, содержите тара в котором соответствовало 0,01%, а содержание белка - в зависимости от его требуемого содержания в приготовляемом образце. Таким образом для каждой серии исследований готовились пробы молока с пятью градациями гировой фазы-1,25%; 2,5%; 5,0%; 7,5%; 10% в кадцой из которых было по четыре градации белковой фазы с содержанием белка 2%; 4%; 6%; 8%. Содержание кира и белка в каждой пробе молока контролировалось бутирометрическим методом и методом формолыюго титрования.

Проведешнк исследования зависимостей пространственного распределения интенсивности светового потока в плоско-пара-лельном слое молока от количественного содержания жира при различных значениях концентрации белка (рис.3, кривые а; Ь; с; d; и а"; Ь~; с"; d" ;;ля концентраций белка соответственно ?Х\ АХ,\ 8Х) показывают, что с увеличением концентрации жира интенсивность светового потока в направлении передней полусферы нелинейно убывает для всех значений концентрации Селю (кривые a;b;c;d), о, в направлении задней полусферы - нелинейно возрастает (кривые а"; Ь"; с"; d").

Зависимости распределения интенсивностей светового потока в плоско-парапельном слое молока от игианенш концент-paipni белка носят неоднозначноr.i характер, определяемый про-шетаим содер1ааазу ¿с^рз с tswo-io (рис. 4).

При гсгзпэй когщзатрзцкк :s!posoii ¿азы (1,252; 2.5Z) иатспс;глюсгь с: ososora потока, прегзггого через анализируемую с гее i й изрзгдой погуо^эра уменьшается с росте:.; пвееззчгйг::; (к^ехз 1;2да p;:c. 4), при сродней концентр-иг;:" -'""Д cetzszcz пркизрао постоянны;,ы (криг.ал 3 г-1)> к;-ч га^ихрсдпЕ« жировой фазы (7,5Х; 10Z) е- ■гж.-отс s.cic?r. ссзрастает с увеличение» ; С::.,. . .: t U&zrj ¿;5 на рис. 4).

D ¡ant-sc;;.:;;:; с Г,;. --r;: irv- \::wx>i\ концентра-

ции errors:^n'ociii cificzoso г.отока с ростом

mHipsipaisr; Сс-гл* vc; щ>~ кок-

ш.7д;:»р::ц«з температуры н кислот-

ности Г;",л;ц"ц ргонро^з.тз;пг. >:::.стпц молока по разме-

ра ¡з диапазон;- г;:; &5м:аяопг4гс1кп гяпгиешй из вызывали cyr.ecTB'j!!H'i; кпезскзяссти сг.гтогсго потока, про-

гедсого чероз толстгл слой !:оло;ш.

Ксс^едозгшкя яиллогичннх зэвсскуостей интенсивности светового потока, проезл-шша для оптической с;;сте:,;к В-тшта вокаяаги |щ<нгпггасс?& характеристик рассеянного излучения пр:: 1-зрпацип парк/згрои шадягаруекой сродн.

П пглгая от расел>т{снньк оксте'-:,8дои?;доотп раопрвде-

•l.o 0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0

blc.l

Рис. 2

1,00,8 0,6 0,4 0,2 0,0

I Сотн. ед]

X

7t

Г;:с. 4

лекия интенсивности светового потока от концентрации жира и Оелкл D оптической системе С-типа имеют иной вид. Йнтенсив-fгость пряшпроседкего светового потока с ростом концентрации ;яфа ) мо!íe>-'íí.'íg г'ся в направлении передней полусферы для всех значений концентрации белка, а в направлении задней полусферы, с увеличением концентрации кпра интенсивность светового noToica так ле убшает для всех значений концентрации бежа.

Анализ полученных экспериментальных зависимостей определил основные закономерности распространения светового потока через цельное молоко при изменении его структуры и состава, Приникая со внимание результаты проведенных исследований и учитывал более высокие эксплуатационное характеристики ¡зрительного* преобразователя В-гипа, последний бил выбран за основу- при разработке оптического анализатора качества í.Kwoiía. Зависимость интенсивности излучения, прошедшего через толсти?, слои шло!са толщиной di и dZ в направлении передней нолусфери от концентрации »ipa ¡; белка для оптического преобразователе в-тша аяроксимируегся выражением:

¡ al (C."-bE)"2 cí D

_ =----¡- ЬИ[---------— + !>3] Сбко.5---;(2)

Ю i i-aSC* (!">n30;-rz) HcÜOz

l,t0 - mrvnciwsoovb ctmororo паска, игсял'дссгс через елоН ¡.илога я падеже го на слей сооп-'-згстпекиу;

al Ы, 12,Ь". el,сZ.cO - к-ь-айроБОНГ l¡ кжгСРОЪЧт

Си,СО ■ ronü,eiiTpüi»K! хира и бежа: D - кшяяа слоя иологл

Гешение системы уравнений, составленных для различит длин оптических путей относительно концентрат;;; .таоа и белка позволяет определить концентрацию ядра и сема вираношш.чп:

cí (Di - ГС) Сх -- í------------------- " 1J СИ;

Í И - 12)

al cl D (Сж-Ь2)~2

Сб = [----- 1Г2 : [---— + Ь31; (4)

1+а2Сж 1+с2Сж (1+аЗСлГЙ)

Определение концентрации компонентов молока предложенным методом реализовано ■ в оптическом анализаторе качества молока.

При разработке анализатора качества молока, наряду с повышением точности, избирательности анализа, исключением процесса пробоподготовки, стояли проблемы автоматизации процесса проведения анализа и повышения его эксплуатационных характеристик.

На рисунке 5 показана структурная схема анализатора, которая включает блок питания (BIT), первичный преобразователь информации (ИЛИ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с демультиплекеором (ДМ), пробу молока (ПМ) и программируемый универсальный контроллер (КПУ) "Электролита life-2702" о пультом управления (ПУ).

Работа анализатора заключается в следующем. При включении питающего напряжения, по команде с ¡ШУ происходит отработка временной задержи t = 8 мин. во время которой термостабилизатор ' ПЛИ выходит на рабочий ре-и;м. На индикаторе ПУ при этом выводится число, уменьшающееся на на единицу. Через указанный интервал времени программа с КПУ выводит на индикаторе ПУ сообщение "НАЧАЛО" и ожидает сигнала "Наличие молока" с ПШ1 При поступлении данного сигнала, управляющий блок КПУ переходит в режим измерения. В данном ре-

КПУ

ПУ

вп

Н АЦП I

I I I--1 I-—,

I ш 1-j или i-j да |

Рис.5

жиме, после трехсекундной задержи, уменьшающей вероятность попадания воздуха в фотометрируемый объем, производится с помощью ДМ поочередно 128 измерений интенсивности светового потока, прошедшего через ГШ различный по длине оптический путь и преобразованного в ПЛИ и АЦП в информативные сигналы X и Y. Время полного цикла преобразования сигналов составляет 10 секунд, что позволяет уменьшить погрешность . получаемых результатов за счет усреднения их во времени.

3 течении всего цикла преобразования производится непрерывный контроль наличия молока в ППй и в случае отсутствия молока цикл прерывается, а на индикаторе ПУ выводится сообщение об ошибке "ГГ-1".

После завершения цикла преобразования, в КПУ происходит вычисление среднего арифметического по каждому информативному сигналу X и Y, которые используются как координаты х и у для наховдения искомой концентрации кира Сж в ячейке памяти КПУ. Концентрация белка определяется в соответствии с выражением (4) по найденному значению концентрации жира и определенному значению информативного сигнала X. Информация о количественном составе компонентов молока выводится на индикатор ПУ.

Результаты проведенных испытаний показали, что абсолютная погрешность измерения концентрации жира в цельном молоке в диапазоне изменения последнего от 1Z до 77. не превышала 0,2Z, а абсолютная погрешность определения концентрации белка в цельном молоке в диапазоне изменения последнего от 2% до 6Z не превышала 0,4%. Время проведения анализа одной пробы молока составляет 15 секунд.

Разработанный анализатор качества молока найдет применение на молочно-товарных фермах с целью банитировки молочного стада, оценки качества кормления коров и селективного отбора поголовья скота для производства молока

ПРИЛОЖЕНИЯ. В приложениях 1-4 приведены листинги программ ЭВМ, таблицы рассчетов интенсивности прошедшего через среду излучения на имитационной модели и акты внедрения результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В заключении подведен итог выполненной г-нОо-те и сделаны, следующие выводы.

1. Цельное молоко, по своим физико-химическим сеойстьяу.. составу и структуре представляет собой гетерогенную полп-дисперсную плотноупакованную среду, ссойства которой неод-позначно зависят от воздействия факторов внешней среды я колличественного содержания составляющих ее компонентов.

2. Проведенный анализ существующих методов и средств количественного определения качества молока показал значительное отставание молочной промышленности в разработке экспресс-методов и средств проведения анализа молока без предварительной подготовки пробы.

3. Для реализации цели настоящей работы , заключающейся в создании экспресс-анализатора качества молока, наиболее перспективными являются оптические методы определения кон центрации компонентов молока.

4. Прикладное решение обратной задачи теории рассеяния излучения в полидисперсной среде наиболее просто реализуется методом имитационного моделирования.

5. Разработанная имитационная модель переноса излучения в цельном молоке позволила исследовать основные зависимости интенсивности излучения после его взаимодействия со средой от состава и свойств последней и сформулировать основные требования к разработке экспериментального первичного преобразователя оптической онформации.

6. Проведенные экспериментальные исследования взаимодействия излучения с цельным молоком подтвердили основные результаты исследования явления на имитационной модели и показали, что:

- наиболее предпочтительным по метрологическим и эксплуатационным характеристикам является процесс взаимодействия излучения с "толстым" слоем молока, характеризуются "глубинным" режимом распространения излучения в исследуемой среде:

- распределение интенсивности в "толстом" слое молока характерно для всех исследованных типов оптических систем

первичных преобразователей концентрации, зависит от коли-® чеотгл'нного содержания компонентов среды и длшш волны пада-*.в?'ГО излучения и определяется "кооперативными" эффектами, сбуслокпинмми взаимным облучением и переоблучением светового потока на частицах молока;

гшисиюсти интенсивности излучении, после его взаимодействия со средой от концентрации га фа носят неоднозначный характер для различных значен;;;! концентрации последнего: при низком значении концентрации м:ра интенсивность светового потока с увеличением концентрации белка .убывает, при еысо-ких значениях концентрации жира интенсивность светового потока с увеличением концентрации белка так же увеличивается.

7. Анализ апроксимирукших выражений полученных экспериментальных зависимостей показал возможность однозначного определения концентрации жира и белка путем решения системы уравнений, связывающих интенсивности световых потоков, про-иедших через среду различный по длине оптический путь, от количественных значений концентрации'жира и белка в молоке.

8. Разработанный метод определения качества молока по количественному содержанию жира и белка реализован в анализаторе качества молока, абсолютная погрешность определения кц-ра и белка которым не превышает 0,27. и 0,4% соответственно.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации:

1. Ананьев Л. М., /азурин ЕВ. "Количественный экспресс-анализ компонентов полидисперсной системы", тезисы докладов 1 Всесоюзного семинара "Оптические методы исследования потоков", Новосибирск, 1989, с. 289-290.

2. Ананьев Л. М. , Лазурин Е В. "Имитационное моделирование процесса распространения монохроматического излучения в цельном молоке", Депонированная рукопись N 2849-Ка89, 1989, 40с.

3. Лазурин Е В. "Методы и средства квавиметрии , полидисперсных жидких сред". Депонированная рукопись N 2847-Ка89, 1989, 41с.

4. Ананьев Л М., Лазурин В. Е "Первичное преобразование

■.1Ч-.:ор;•■ в ог.тическом анлли:" 'соре качества молока". Д-чю-чиг'.'В.'-.цхчя рукопись 1; 2518-КлЯО, №9, Э'с. .}. ^урик I:. Р. "¿глч^трнческин анализатор кояц^тч-чции - ч/пои.-»» днух'Ьгзннх иодлдисн-грсных сред". Те^/.сн докладов Рзс.-согоной конференции "Оптико-электронные измерительные устройств и системы", Томск, 1989, ч. 2, с. 44. б. Ананьев Л. !1, Лазурип В. В. , Рец М. Г. "Оптический анализатор клчества молока", Информационный листок N 24-90, Томск, ГОГГИ. 1990.

V. Лазурин В. В. "Измерительный преобразователь оптической информации". Информационный листок N 23-90, Томск,ЩГГй, 1990.

8. Ананьев Л. V. , Лаз урин К В. "Прибор для измерения концентрации .тара в молоке", Информационный листок N 8-87, Томск, 1987.

9. Лазурин В. В., Леккер Я. С. "Исследование оптических свойств молока и молочных продуктов в видимой и ближней инфракрасной области спектра при различных факторах внешней среды". Тезисы докладов пятой Всесоюзной научно-технической конференции "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов" , М. , 1985, с. 230.

10. Лазурин В. В., Пеккер Я. С. "Использование координатно-чувствительних фотоприемников в модели рассеяния и поглощения кровью светового излучения видимой и ближней ПК-области спектра". Тезисы докладов к третьему Всесоюзному совещанию "Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе",Барнаул, 1985, ч. 2, с. 164.

11. Лазурин В. В. "Устройство для измерения сухого вещества в молочных продуктах". Тезисы докладов пятой областной научно-практической конференции. Томск, 1986, с. 67.

12. Давыдова Т. Л., Лазурин а Е , Лебедева Е. А. "Спектрофото-метрнческий анализатор бноллдкостя". Тезисы докладов областной научно-практической конференции "Радиотехнические методы !■ средства измерений", Томск, 1935, ч. 1, с. 126.