（五）超声波检测法

超声波探测技术是利用高频波和物质之间的相互作用来获取被测物质内部的物理化学性质。在牛奶各成分中，蛋白质对超声波的速度影响较大，脂肪等大分子物质对超声波的衰减影响较大，依据两大成分对超声波速度和衰减的影响程度，可建立精确的模型来测得各成分的含量。超声波方法对测量环境要求低，适合于流动检测；超声波探头相对于光学设备，价格低廉，非常适合小型用户；成分分析时进样量少，因此仪器的尺寸可以做的很小，适合于便携带式应用。

综上所述，化学法是国际标准方法，精度高，但速度太慢，耗时严重；光学测量法精度也较高，但由于对测量环境的要求较高，不适合流动检测，并且光学器件价格较高，使得小用户难以负担。超声波测量方法具备成本低，简便易携的优点，但受发射源的稳定性和检测精度限制，不能实现长期高精度检测。

本课题基于激光散透比原理，在牛乳成分的光电检测系统应用中，对发射源的不稳定性也有极大的抑制作用。该方法目前正在研究中，还没有成型的产品问世。

1.4 课题主要研究内容文献综述

为了快速、准确的测量出牛乳的主要成分含量，本文采用激光散透比原理，对牛乳成分进行实际测量，并且评估完善该检测系统的性能指标。主要研究内容如下：

1.对激光散透比原理分别从散射和投射方面进行理论上的详细分析，验证其进行牛乳成分检测的可行性，并运用大量实验建立模型。

2.对系统硬件部分，包括光电传感器、光电检测单元、前置放大器、AD转换电路及显示单元等设计。

3.结合VB.net软件进行系统仿真，以及对单片机系统、显示单元、前置放大电路、模数转换电路等进行调试，验证其可行性。

2 牛乳成分参数检测研究

2.1 牛乳成分参数检测方法及其可行性

本文采用光电检测的方法，检测速度快，将激光照射于待测样品上，测得光入射平面内0°处的透射光光强It和90°处的散射光光强Is，用它们的比值来计算蛋白质与脂肪浓度，简称为激光散透比法，这种检测方法可以消除因入射光的光功率漂移而引起的误差。

表2-1 牛乳中主要物质的光学特性表

营养物质 含量 存在方式 直径 光学特性

水 88% 溶剂 忽略 散射程度忽略

蛋白质

3.2% 多数与钙磷等聚合在牛奶中形成胶体，少数溶解于水中

平均120nm

发生散射主要表现为透射与吸收

脂肪 3.4% 聚合成乳浊液存在于分散系中 平均3um 发生散射主要表现为透射与吸收

乳糖 4.5% 在水中成溶液状态 约为1nm 散射程度忽略

矿物质 0.8% 在水中形成离子状态 小于1nm 散射程度忽略

维生素