Способ определения оптимальных характеристик пищевых продуктов и устройство для его осуществления

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 81 А я) 6 01 М 33/ ТЕН Е ИЗОБР ВИДЕТЕЛЬСТВ САНИ К ДВТОРСКО ический институт М, Плаксин, Д. Г. и Н. Х, Беридзе Красников. Методи терморадиацищевых продуктов.ость, 1972, 175 с.асников, Физичеого облучения пиищевая промышвание процесса их изделий в песертация канд.35 СО ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Московский технологпищевой промышленност(56) С, Г. Ильясов, В, В.определения оптическихонных характеристик пиМ.: Пищевая промышленнС. Г, Ильясов, В. В. Крские основы инфракраснщевых продуктов, М.; Пленность, 1978, 360 с,Ю. М, Плаксин. Исслевыпечки мучных кондитерчах с ИК-излучением. Дтехн, наук. М,: 1972 гс,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Назначение: измерение терморадиэционных характеристик пищевых продуктов. Сущность изобретения: измерение спектральных оптических характеристик проводят в два этапа; на первом определяют суммарную спектральную отражательную способность путем сравнения отраженного лучистого потока с лучистым потоком непосредственно из излучателя, на втором измеряют отношение лучистого потока, прошедшего через образец, к отраженному лучистому потоку от образца пробы. Для расчета спектрального пропускательного и отражательного свойства материала используют формулы, Устройство для опре1809381 30 35 ления оптических характеристик пищевых продуктов включает эллипсоиды вращения 9, 10, систему отражающих зеркал, рабочий канал б и канал сравнения 7, источник 1 излучения, два световода 2, 3. Один из последних установлен неподвижно в рабочем канале и снабжен поворотной заслонкой, а другой установлен в канале сравнения с возИзобретение относится к тепдофизическим измерениям и может найти применение при измерении терморадиационных характеристик материалов,Целью изобретения является повышение точности и сокращение длительности определения полусферических отражательной Ю и пропускательной ТА характеристик светорассеивающих материалов,Измерение спектральных оптических характеристик в два этапа обусловлено тем, что измеряются две неизвестные величины ТЯ,г и Ю,г, Для их расчета необходимо иметь два уравнения. Каждое из уравнений находят на отдельном этапе, На первом - находят уравнение, описывающее суммарную спектральную отражательную способность Й 1+гю. Величину Ю.1+2+о находят путем сравнения отраженного лучистого потоке с лучистым потоком непосредственно от излучателя, На втором этапе находят второе уравнение, описывающее отношение К Я,1+г+з лучистого потока, прошедшего через образец к отраженному от образца лучистому потоку.На первом этапе - определение суммарной спектральной отражательной способности путем сравнения отраженного лучистого потока с лучистым потоком непосредственно от излучателя обусловлено тем, что измерение характеристик производится по двухлучевой схеме, Двухлучевая схема работает по принципу сравнения двух потоков, Один из них - отраженный от исследуемого образца поток, другой - поток непосредственно от излучателя.На втором этапе измерение отношения лучистого потока, прошедшего через образец к отраженному лучистому потоку обусловлено тем, что используется также двухлучевая схема спектрофотометра, требующая наличия двух различных потоков, и тем, что одновременно участвуют в измерении как отражательная Юд, так и пропуска- тельная ТД,г способности материала,можностью поворота вокруг малой оси эллипсоида вращения, в фокальной плоскости эллипсоида. вращения в канале сравнения расположен подвижный экран 12. Источник излучения установлен на пересечении оси неподвижного световода и малоф оси зллипсоида вращения канала сравнения, 2 с.п.флы, 3 ил. Обоснование расчета спектральных пропускательных и отражательных способностей материала по формулам (1) и (2) приведена в приложении (с. 11 - 13),Снабжение устройства световодами необходимо для увеличения плотности теплового потока, падающего нз исследуемый образец, что приводит к значительному повышению точности измерения ТАг и Ю,г,Наличие двух световодов необходимо для осуществления поэтапного экспериментальногб исследования.Установка одного из световодов неподвижно в рабочем канале обусловлена тем,что он выполняет при исследованиях только одну функцию - подать лучистый поток от излучателя на поверхность исследуемого образца в рабочвм канале нз первом этапе, исследований. Снабжение его поворотной 20 заслонкой необходимо для перекрытия лучистого потока падающего на него от излучателя нз втором этапе измерений.Установка другого световода в каналесравнения обусловлена необходимостью 26 подведения лучистого потока от излучателяв канале сравнения. Поворот этого световодз вокруг малой оси эллипсоида вращения обусловлен тем, что на первом этапе исследования лучистый поток направляется непосредственно в канал сравнения, а на втором этапе - на поверхность исследуемого образца со стороны канала сравнения.Расположение подвижного экрана вфокальной плоскости зллипсоида вращения в канале сравнения обусловлена тем, что на первом этапе измерений необходимо полностью исключить попадание пропущенного исследуемым образцом лучистого потокав канал сравнения, . Установка источника излучения нз пересечении оси неподвижного световода, и малой оси зллипсоида вращения канала сравнения обусловлена тем, что малая ось зллипсоида совмещается с осью вращения световода в канале сравнения. Необходи1809381мость этого совмещения обусловлена тем, 28, 29 укреплены на шаровых шарнирах, что этот световод поворачивается на разных прерыватель 30, который обеспечивает пооэтапах измерений и при этих поворотах рас- чередное направление лучей из рабочего кастояние от торца световода до образца и нала 6 иканаласравнения 7 наприемник 31, параболического зеркала не должно суще в качестве которого используют датчик с ственно отличаться, малой приемной площадкой, например,асположение источника излучения на висмутовый болометр. В спектрофотометре пересечении осей световодов обусловлено 5 также расположены торические зеркала свойством этих световодов - излучение дол, 33 и 34,которые попеременно направляжно падать перпендикулярно к их торцевой 10 ют сравниваемые лучи на приемник 31, и поверхности, что обусловлено необходимо- параболическое зеркало 35 для направлестью освещения образца в перпендикуляр- ния интегральных лучей из каналов 6 и 7 на ном направлении, призму разложения 36. Зачерненный экранПредлагаемый способ определения оп позволяющий получить требуемое претических характеристик пищевых продуктов 15 ломление луча, попадающего из канала и устройство для его осуществления имеют сравнения 7, закреплен в спектрофотомет-, единый изобретательский замысел и на- ре 5 неподвижно. Входная 38 и выходная 39 правлены на решение поставленной задачи щели предназначены для устранения рассепо повышению точности и сокращению дли- янного света. Зеркало Литтрова 40, позвотельности определения.Способ иллюстрируется фиг, 1 - 3, из щели 38 в щель 39, закреплено на шараа фиг. 1 изображено устройство для вом шарнире. Эллиптическое зеркало 41 определения оптических характеристик пи- для фокусирования лучей на приемнике 31 щевых продуктов, установлено на шаровых шарнирах,Устройство для определения оптических характеристик пищевых продуктов со- Способ осуществляют Ьбествляат следующим обдержит источник излучения 1, два разом, Исследуемый образец устанавливасветовода 2 и 3, изготовленные из стекла ютвкювету 11,такчтоповерхностиобразца КЯЯс границами пропускания 0,6 - 38 находятся в первых фокальных плоскостях . мкм,оптическуюприставку 4 иДвухлучевой 30 Е 1 и Е 1 блоков с сков, состоящих из зеркальных свектрофотометр 5, которые соединены эллипсоидов вращения 9 10. Ндусобои при помощи рабочего канала 6 этапе открывают заслонку 8 и световод 2 4 с ти канала сравнения 7, заслонку 8. Приставка поворачивают н 180 О 0-0состоит из эллипсоидов вращения 9 и 10 с образом, чтобы излучение от источника 1 с внутренним серебрянным покрытием, кото помощью световода 2 и . рые смонтированы на подвижных платах и ственно на параболическое зеркало 11, при перемещаются по вертикали и вдоль при- этом вдвигают экран 12 системы, чтобы изставки, кюветы 11, которая с образцом пе- лучение от светово а 3 нда не проходило через; ремещается в направляющих и может быть образец. В результатеультате этого с помощью эк ан 1закреплена на любом уровне, подвижного 40. спектрофотометра 5 экрана 2, параболических зеркал 13 и 14 с ную спектральную отражательную способ+ путем сравнения отрафокусным расстоянием 40 мм, фокальными ность %1+2+о путе плоскостями которых являются плоскости женного лучистотого отоа с усы потозе кал 1 и2 и 2, при этом фокусы параболических ком непосредственно от изл а, Нр 3 14 и их центры расположены на 45 ромэтапезакрываютзаслонку 8, световод 2 продолжении большой оси зеркальных эл- поворачивают на 180 О в и липсоидов в а ения 9 и 10 блр щения и, благодаря чему ное на фиг. 1, чтобы излучение от источника достигается равномерность освещения пло попадало на образео разец в канале сравнения в и иставке 4 иских зеркал 15, 16, 17, и 18, расположенных 7, при этом выдвигают экр 12. Бк ан . лагодаря каналах 6 и 7, Каж ер, и параллельность лучей в 50 этомунавторомэтапеизмерям ряютотношение 18 имедо из зеркал 15, 16, 17 и Ю 1+2+3 пропущенного излученияетчетыре степени свободы, парабо- ному излучению, От жк отражен 13 14 бр л и снабжены также . сти образца лучистый поток фокусируется шаровым шарниром, В спектрофотометре 5 во второй.фокальной плоскости Е 2 эллипсодля равномерного освещения елей и вщ я щелей по вы ида вращения 10, а прошедший через обрасоте установлены сменные линзы 19, 20 и зец поток коллимируоллимируется в фокальнойые авнивр 1 щие клинья 22 и 23, кото- плоскости Е 2 эллипсоида в 9. О р ур ают мощность световых пото- женные плоскими зеркалами 17 и 18 лучиращения . тра-, ков в рабочем канале 6 и в канале . стые потоки проходят компенси ю иеклинья 23, 22 и попадают на плоские зеркала 24 и 25.В рабочем канале 6 пучок плоским зеркалом 26 направляется на торическое зеркало 33, которое создает второе изображение источника в плоскости отражающей поверхности прерывателя 30, В канале сравнения 7 плоское зеркало 24 направляет луч на торическое зеркало 32, которое создает иэображение источника в том месте отражающей поверхности прерывателя 30, что и торическое зеркало 33 рабочего канала 6. При вращении прерывателя 30 пучки из обоих каналов 6 и 7 попеременно направляются торическим зеркалом 27 во входную щель 38 двухлучевого спектрофотометра 5 и фокусируется в плоскости этой щели 38. Пройдя входную щель 38, луч попадает на параболическое зеркало 35 и затем разлагается в спектр призмой разложения 36, Отразившись от зеркала Литтрова 40 луч вторично проходит через призму разложения 36, фокусируется параболическим зеркалом 35 и направляется плоским зеркалом 28 на выходную щель 39, При повороте зеркала Литтрова 40 на выходную щель 39 направляются лучи различных длин волн, Изображение щели 39 проектируется плоским 29 и эллиптическим 41 зеркалами на приемнике 31. Отношения Ю 1+го и КЬ+г+3 непрерывно записываются на диаграмме. Продолжительность измерений в пределах одного микрона не превышает 18 - 20 мин.Пример:Проводили измерения оптических характеристик рисовых экструдэтов. Рисовые экструдэты помещают в кювете между стеклами. Стекла кюветы имеют следующие спектральные характеристики: Т 11 = Т Яз = 0,7; М,1= В А,з = 0,2, При наличии экрана 12 за кюветой имеютТЛ,о=0, Ю 0=0,95. Открывают заслонку 8 и световод 2 поворачивают нэ 180 вокруг оси О - О таким образом, чтобы излучение от источника 1 с помощью световода 2 попало непосредственно на параболическое зеркало 14, при этом вдвигают экран 12, чтобы излучение от световода 3 не проходило через образец. В результате этого с помощью двухлучевого спектрофотометра 5 определяют суммарную спектральную отражательную способность путем сравнения отраженного лучистого потока с лучистым потоком непосредственно от излучателя: Ю,1+гю = 0,47, На втором этапе закрывают заслонку 8, световод 2 поворачивают на 180 в положение, указанное на фиг, 1, с тем, чтобы излучение от источника 1 попадало на образец, при этом выдвигают экран 12. Благодаря этому измеряют отно 5 10 шение КЛ,1+г+3 пропущенного излучения к отраженному излучению: К ,1+г+3 = 0,42. Подставляя укаэанные значения в уравнение 1 и 2, и имея в виду, что спектральная отражательная способность экрана й Я,о = =0,95, находим значения спектральных характеристик экструдатов Т Я,г = 0,3 и й 3 г = = 0,4, Продолжительность измерений не превышает 18 мин.Таким образом предлагаемый способ и устройство позволяют повысить мощностьвыходного сигнала вследствие облученияобразца более мощным интегральным лучистым потоком, модулирования пропущенно 15 го и отраженного лучистых потоков, а такжепоследующего усиления с помощью усилителя переменного тока, кроме того сокращается продолжительность эксперимента в 3 -5 раз по сравнению с существующим уст 20 ройством. благодаря этому обеспечиваетсявозможность одновременного измеренияТ и Мв условиях быстропротекающих процессов в образце, кроме того повышаетсяточность экспериментального исследова 25 ния вследствиесравнения Т 1 и Ю,подвухлучевой схеме и использования одногоприемника для измерения как отраженного,таК и пропущенного образцом Лучистых потоков,30 Указанные оптические характеристикипозволят подобрать оптимальные режимыработы генератора при ИК-обработке пищевых продуктов, что обеспечит в конечномитоге повышение качества высушиваемых35 пищевых продуктов.Используя метод многократных отражений, получены суммарные значения ТЯ,1+г+3и й 1+г+3, позволяющие определять ТЦ иЩ,г материала в случае измерения пропу 40 скательной и отражательной способностейматериала, заключенного в кювете с известными свойствами верхней (ТЯ,1; Ю 1) и нижней (ТЯ,з; Юз) стекол.Схема для расчета Ю 1+г+3 методоммногократных отражений представлена нафиг. 2, для расчета ТЯ,1+г+3 - на фиг. 3,На фиг. 2 и 3 представлены гармонйкиотражаемых и пропускаемых лучистых потоков и знаменатели геометрических прогрес 50 сий, При определении отражательнойспособности Ю 1+г+3 рассмотрены лишь лучистые потоки, возникающие при добавлении к двухслойной среде третей пластины сотражательной способностью Юз. Суммар 55 ная отражательная способность двухслой.ной пластины известна;Ю 1+г=Ю 1+ 1 - (1)Т 3,1 Ю,21Из фиг. 2 видно; что основной суммарный лучистый поток от составляющей ТЯ,1 и ТЯ,г можно представить в следующем виде:Я 1 ф 2 3В Я,1+2+3 Ц 1 ТЯ,2 ВЯ,З(1 ++ Ю,1 Ю,г+ Ю 1 г ЙЛ,р+ ) (2) Основной лучистый поток, проходящий через двухслойную пластину, описывается геометрической прогрессией:+ Ю 1 Ю 2 +") (3) Преобразуя уравнения (2) и (3) найдем дополнительный отраженный лучистый поток; т,1 ТЗРВЯЗ25 30 рная от ной пла ием пол с отраж 1+г. жательины опенногонным в 35 тя,1 тя,2 тя,3 Т ,1+ + 6) т 7,1 ВЯ,2+2+3 = ТЯ,1 1 - ВЯ,1 ВЯ,2 сде чения Щ,2 и пект- только, при со ных случае систем зна+ Ю,1 Ю,2+ Ю 1,"Ю,2 + "Х 1++ ТЛ,1 тЯ,2 Ю,ЗЮ,1 Ю,2(1 + ТЯ,1+2 = ТЛ, 1 ТЛ,2(1 + ВЛ 1 ВЛ,2 + Таким образом, сумм ная способность трехсло ределяется суммирован лучистого потока ВЯ,1+2+3 двухслойной пластине ВЛ,(1 - ВЯ,1 ВЯ 2) г + т,1 Ю 2(1 -Полученные выражения позволяют лать вывод, что при измерении с ральных характеристик влаж материалов в кюветах действительные Для проверки справедливости полученного выражения нами рассчитаны по (5) значения ВЯ,1+2+3 для трех одинаковых листов писчей бумаги с отражательной способностью каждого листа В =50 и В =90,Отличие полученного по уравнению (5) значения Ю.1+г+3 от действительного1,2.Схема для расчета величины суммарной пропускательной способности трехслойной среды ТЯ,1+2+3 представлена на фиг, 3, на которой показаны гармоники проходящйх через трехслойную пластину лучистых потоков и знаменатели их геометрических прогрессий.Как видно из фиг. 3 ТЯ,1+2+3 = ТЛ,1 ТЯ,2 ТЯ,З(1 + В Я,2 Й Л,З++ .Х 1 + В Я,2 ТЯ,З+ Ю,2 ВЯ,З +) Преобразуя полученное выражение и учитывая (3) получимУчитывая уравнения 5 и 6 в соотношеК Л 1+2+3 = (Т Я,1+2+3)/(Й Я,1+2+2) получим,) т,1 Т,2 ЙЯ;3( ВЯ,1 ВЯ,2+ ТЯ,2 могут быть определены местном решении в каждом: уравнения (5), (7), т, е. нельзя1809381 вают значение суммарной спектральной отражательной характеристики по результату сравнения величин отраженного от пробы исследуемого пищевого продукта лучистого 5 потока с лучистым потоком непосредственно от источника монохроматического излучения, на втором устанавливают отношение величин прошедшего через пробу исследуемого пищевого продукта лучистого потока к 10 величине лучистого потока, отраженного отданной пробы, а определение оптических характеристик пищевых продуктов осуществляют из формулы Ч 1+2+0= Ю,1+ - , - +ТА,1 Ю 21 - ВА 1 Ю 2 КА,1+2+3 = ТА,1 ТА 2 Я,З( 1 - Ю,1%2) ВЩ(1 - В,1 ВА 2) г + Т 3,1 ВД,2(1 - ВЦ ВЛ,2 ) Т 3,БОРЩ,З(В ЦЩ,2+ где г - спектральная отражательная спосо ть исследуемого материала; 2ТЯ,г - спектральная пропускательная способность исследуемого материала;Ю и Юз - спектральные отражательные способности стекол кюветы;ВЯ,о - спектральная отражательная спо собность экрана;ВЯ,1+г+о- суммарная спектраль жательная способность;ТЯ,а и ТЛ,з - спектральные пропуска- тельные способности стекол кюветы; 3К Д,+г+з - отношение лучистого и прошедшего через образец к отраже лучистому потоку,2. Устройство для определения оптических характеристик пищевых продуктов, со держащее источник монохроматического излучения, систему отражающих зеркал, оптическую приставку, включающую два элная отраотока нному ограничиваться учетом только одной из составляющих.Формула изобретения 1. Способ определения оптических характеристик пищевых продуктов, предус. матривающий облучение исследуемой пробы источником монохроматического излучения, измерение величин отраженного от пробы исследуемого .пищевого продукта и прошедшего через нее лучистого потока с последующим установлением значений спектральных отражательной и пропуска- тельной характеристик исследуемого пищевого продукта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени и повцшения точности, дополнительно измеряют величину отраженного лучистого потока непосредственно от источника монохроматического излучения, при этом установление значений спектральных отражательной и пропускательной.характеристик ведут в два этапа, на первом из которых устанавлилипсоида вращения с размещенной между ними кюветой для пробы исследуемого продукта, и двухлучевой спектрофотометр, подсоединенный к оптической приставке рабочим каналом и каналом сравнения, о тл ича ю щееся тем, что, с цельюсокращения времени и повышения точности, оно снабжено двумя световодами, поворотной заслонкой и подвижным экраном, при этом первый из световодов установлен неподвижно в рабочем канале и оснащен поворотной заслонкой, а второй размещен с воэможностью поворота вокруг малой оси эллипсоида вращения в канале сравнения, причем в фокальной плоскости последнего расположен подвижный экран, а источник монохроматического излучения установлен на пересечении оси первого световода и малой оси эллипсоида вращения канала сравнения,1809381 Т Заказ 1283 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 одственно-издательский комбинат "Патент", г. д, ул.Гагарина, 10 Прои