PL247683B1 - Urządzenie pomiarowe do określania struktury i składu mięsa i/lub tuszy - Google Patents

Abstract

Urządzenie ma korpus (1), emiter (2) światła, odbiornik (3) światła, sondę (4) o wydłużonym kształcie, na jednym końcu połączoną z korpusem (1) i zwężającą się na drugim końcu, czujnik (5) do pomiaru zagłębienia sondy (4) w mięsie i/lub tuszy, moduł (6) przetwarzający dane z odbiornika (3) światła oraz z czujnika (5) do pomiaru zagłębienia sondy w mięsie i/lub tuszy, światłowody (7) w postaci światłowodu lub światłowodów dostarczających światło z emitera (2) światła do miejsca (8) pomiaru i światłowodu dostarczającego światło z miejsca (8) pomiaru do odbiornika (3) światła. Urządzenie charakteryzuje się tym, że światłowód lub światłowody dostarczające światło z emitera (2) światła do miejsca (8) pomiaru mają większe sumaryczne pole przekroju niż światłowód dostarczający światło z miejsca (8) pomiaru do odbiornika (3) światła.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie pomiarowe do określania struktury i składu mięsa i/lub tuszy, a w szczególności zawartości mięśni w tuszy oraz marmurkowatości mięsa.

Urządzenia pomiarowe do określania struktury i składu mięsa ujawniono we francuskim patencie nr 2334088 z 1976 roku (J.B. Hennessy) oraz publikacji EP0668999B1 (Sylvain Henrio, Uuc Bernard, Denis Ueredde). Zawierają one trzy główne elementy: sondę, suwak odniesienia głębokości i pole pomiarowe. Sonda to lancet wyposażony w głowicę pomiarową, umieszczoną w oknie blisko końcówki. Ta głowica pomiarowa zawiera fotoreceptor oddzielony nieprzezroczystą barierą. Światło emitowane przez nadajnik jest odbijane i rozpraszane przez medium, w którym znajduje się sonda i siła tego odbicia zmienia się w zależności od charakterystyki optycznej medium. Nagły spadek sygnału uzyskiwanego z odbiornika wskazuje przejście od tłuszczu do mięśni ze względu na różne współczynniki odbicia.

Suwak odniesienia głębokości jest przymocowany do dwóch równolegle przesuwnych prętów wsporczych i jest popychany do przodu przez silnik o stałym momencie obrotowym za pośrednictwem przekładni i paska zębatego za pośrednictwem ślizgu zamocowanego na pręcie sondy. Przekładnia i pasek zębaty obracają tarczę wskazującą głębokość penetracji sondy.

Nieodłączną wadą tych urządzeń jest ich niewystarczająca precyzja i raczej przeciętna rozdzielczość. Ze względu na wielkość zastosowanych komponentów optoelektronicznych i ich pozycję względem siebie, wiązki emitowane i odbierane są prawie równoległe i stosunkowo od siebie odseparowane. Sygnał wytwarzany podczas zmiany środowiska nie zmienia się skokowo, a stopniowo, na odcinku kilku milimetrów.

Lekarstwo na tę wadę wskazano w europejskim patencie EP0028509. Było nim przetwarzanie sygnału pomiarowego. Maksymalne i minimalne wartości sygnału wytwarzanego przez fotoreceptor, który odpowiada odpowiednio intensywnościom światła odbijanego przez tłuszcz i mięsień, przyjęto jako odniesienie. W przypadku zmian w środowisku tłuszczowym/chudym lub odwrotnie wskazania głębokości są odczytywane, gdy fotoreceptor wytwarza sygnał równy temu odniesieniu.

Ta modyfikacja początkowego urządzenia poprawiła dokładność pomiaru grubości tkanki tłuszczowej i mięśni, ale rozdzielczość tych miar pozostała równie przeciętna jak poprzednio. Jest tak rzeczywiście, ponieważ w sondach opisanych w tych patentach obszar oświetlony jest stosunkowo duży, niemożliwe jest wykrycie, gdy te sondy przecinają cienkie błony, takie jak aponeuroza, co byłoby szczególnie przydatne do pomiaru procentowej zawartości mięśni w tuszach wieprzowych, ponieważ otaczają one żebra i mięsień najdłuższy grzbietu.

Dalszą poprawę dokładności zaproponowano w publikacji EP0668999B1, gdzie fotoemiter i fotoodbiornik pomiarowy, stanowiące głowicę pomiarową, są ustawione względem siebie tak, aby wytwarzać analogowy sygnał pomiarowy, reprezentujący współczynnik odbicia światła otaczającego ośrodka; w których fotoemiter i fotoreceptor pomiarowy są ułożone na dole drobnych kanałów optycznych prowadzonych w nieprzezroczystym podłożu. Wspomniane kanały są zorientowane tak, aby ich osie przecinały się w punkcie zbieżności, znajdującym się w pobliżu zewnętrznej części powierzchni sondy. Według tego rozwiązania kanały korzystnie mają średnicę 0,5 mm, a różnica między punktem zbieżności ich osi a ścianą sondy wynosi wówczas około 1 mm. Rozwiązanie to znacząco poprawiło dokładność pomiaru, ale nadal pozostawiając miejsce na udoskonalenie.

Poza tą wadą dotyczącą pomiaru właściwości optycznych składników tusz, musimy dodać kolejną, mianowicie niepewność dotyczącą głębokości zagłębienia lancetu w tuszy w czasie, gdy następuje przecinanie kolejnych warstw tkanek. Ze względu na szybkie ruchy, jakie wykonuje urządzenie podczas pomiaru i bezwładności części ruchomych, chwilowe położenie suwaka odniesienia głębokości, dociskanego przez prostą sprężynę lub silnik na powierzchni tuszy, nie jest dokładnie znane, kiedy następuje poszukiwane przejście między tkankami. Skutkuje to błędem głębokości, którego nie można pominąć, a zatem podobnym błędem w odniesieniu do zawartości procentowej tłuszczu i/lub chudego mięsa. Również rozwiązanie z silnikiem elektrycznym dokonującym dociskania suwaka pomiarowego nie do końca eliminuje te problemy.

Poza tą wadą dotyczącą pomiaru głębokości pomiaru wadą eksploatacyjną jest pojawianie się nieszczelności w miejscu wejścia ruchomej części pomiarowej głębokości do obudowy urządzenia i związana z tym penetracja wilgoci do wnętrza urządzenia. Powoduje to uszkodzenia części elektronicznych urządzenia i błędy pomiarowe. Także zanieczyszczenia gromadzące się i zasychające na powierzchni części ruchomych urządzenia (tłuszcz, krew) mogą powodować jego zacinanie się i pogorszenie jakości pomiarów głębokości lub całkowitą awarię urządzenia.

Dodatkową cechą wszystkich urządzeń działających na opisanej powyżej zasadzie jest umieszczenia na suwaku pomiarowym lub na dodatkowym równoległym suwaku przesuwnym transparentnego szablonu ułatwiającego operatorowi urządzenia znalezienie prawidłowego miejsca wprowadzenia sondy do tuszy. Są to dodatkowe ruchome elementy mechaniczne mogące powodować nieszczelności lub ulec uszkodzeniu wywołując awarię urządzenia.

Dodatkową niekorzystną cechą urządzenia według patentu EP0668999B1 jest duża średnica sondy (około 8 mm) wynikająca z budowy elementów optycznych i związana z tym konieczność zastosowania ostrza o dużej szerokości wykonującego otwór w tuszy. Powoduje to znaczące uszkodzenie tuszy podczas pomiaru.

Dodatkową niekorzystną cechą urządzeń opisanych powyżej, związaną z dużą średnicą sondy jest stosowanie ostrzy w formie lancetu na końcówce sondy o bardzo ostrych krawędziach bocznych, stanowiących zagrożenie dla obsługi podczas spoczynku urządzenia.

Ponadto cechą urządzeń ze stanu techniki jest umieszczenie na suwaku pomiarowym lub na dodatkowym równoległym suwaku przesuwnym transparentnego szablonu ułatwiającego operatorowi urządzenia znalezienie prawidłowego miejsca wprowadzenia sondy do tuszy. Szablony te występują w formie elastycznej lub sztywnej, przy czym forma sztywna ma zapewnić nie tylko prawidłowy dobór punktu pomiarowego, ale także prawidłowy kąt wprowadzenia sondy do tuszy, w przypadku większości urządzeń, prostopadle do płaszczyzny skóry. W przypadku pomiaru z zalecanym wprowadzeniem sondy równolegle do płaszczyzny przecięcia tuszy (przepołowienia na półtusze) stosuje się szablony elastyczne z linią, pozwalające na znalezienie prawidłowej odległości od płaszczyzny przecięcia tuszy, ale nie zapewniające odpowiednie kąta nakłucia (równoległości do tej płaszczyzny). W jednym ze znanych rozwiązań, w celu zapewnienia zarówno prawidłowej odległości, jak i kąta nakłucia, stosuje się sztywny przymiar w postaci ramy z drutu stalowego, zam ocowany w zalecanej odległości od sondy, równolegle do niej. Jest to rozwiązanie uniemożliwiające prawidłowy pomiar w przypadku nieprawidłowego (niesymetrycznego) przecięcia tuszy.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia, w którym ulepszono dokładność i rozdzielczość każdego z dwóch podstawowych parametrów działania, tj. rozpoznania przejścia tkanek i głębokość zagłębienia sondy.

Celem wynalazku jest również opracowanie urządzenia, w którym nie występują żadne części ruchome, dzięki czemu poprawiono niezawodność i bezpieczeństwo.

Celem wynalazku jest także opracowanie urządzenia, w którym, zmniejszono przekrój sondy pomiarowej w celu ograniczenia uszkodzeń badanego mięsa i/lub tuszy.

W dokumentacji zgłoszeniowej określenie „urządzenie” ma zwykłe znaczenie, tzn. oznacza zespół mechanizmów, służący do wykonania określonych czynności. Przedmiot wynalazku można również zamiennie określać jako aparat, przyrząd, narzędzie, instrument, układ, system lub inaczej, zgodnie z jego budową, funkcją i przeznaczeniem.

W dokumentacji zgłoszeniowej określenie „korpus” ma zwykłe znaczenie, tzn. oznacza zasadniczą część urządzenia, główną część, na której oparta jest całość urządzenia. Korpus można również nazwać obudową wraz z uchwytem lub inaczej, zgodnie z jego budową, funkcją i przeznaczeniem.

Dobranie kształtu, wymiarów i materiału korpusu nie będzie stanowiło problemu dla specjalisty w dziedzinie. Korpus powinien być możliwie niewielkich rozmiarów, tak aby urządzenie było lekkie i łatwe do posługiwania się nim, ale na tyle duży, aby urządzenie było wygodne do trzymania przez operatora. Wygoda i bezpieczeństwo operatora są również istotne przy dobieraniu kształtu korpusu. Materiał korpusu powinien być możliwie wytrzymały i mieć właściwości odpowiednie do zastosowań w przemyśle mięsnym, ale jednocześnie opłacalny ekonomicznie.

W dokumentacji zgłoszeniowej określenie „sonda” ma zwykłe znaczenie, tzn. oznacza urządzenie do badania jakiegoś środowiska przez zagłębianie się lub wnikanie w nie. Sondę można również nazwać igłą, zgłębnikiem lub inaczej, zgodnie z jej budową, funkcją i przeznaczeniem. Określenie to jest używane wobec części urządzenia według wynalazku, która służy do zagłębiania w mięso lub tuszę. Dobranie kształtu, wymiarów i materiału sondy nie będzie stanowiło problemu dla specjalisty w dziedzinie. Sonda powinna mieć jak najmniejszą średnicę, tak aby zagłębianie wymagało jak najmniejszej siły oraz aby jak najmniej uszkadzać badany obiekt w trakcie zagłębiania. Długość sondy powinna być dobrana odpowiednio do wymiarów badanego obiektu. Wygoda, bezpieczeństwo operatora i względy ekonomiczne są tutaj również istotne. Materiał sondy powinien być możliwie wytrzymały i mieć właściwości odpowiednie do zastosowań w przemyśle mięsnym, ale jednocześnie opłacalny ekonomicznie.

W dokumentacji zgłoszeniowej określenie „emiter światła” ma zwykłe znaczenie i oznacza urządzenie i/lub element emitujący promieniowanie.

W dokumentacji zgłoszeniowej określenie „odbiornik światła” ma zwykłe znaczenie i oznacza urządzenie i/lub element do odbierania fal elektromagnetycznych rozchodzących się w przestrzeni bez pośrednictwa przewodów i do przetwarzania ich na sygnały, obrazy itp.

W dokumentacji zgłoszeniowej określenie „czujnik odległości” ma zwykłe znaczenie i oznacza część urządzenia i/lub elementu pomiarowego reagującą na impulsy spowodowane zmianami mierzonej wielkości, czyli odległości. Mierzy odległość między czujnikiem a wskazanym przez obiektem. Czujnik może mierzyć zmiany położenia tuszy lub mięsa względem korpusu, czyli tym samym zmiany położenia końcówki pomiarowej sondy wewnątrz badanej tuszy lub mięsa. Zakres pomiarowy czujnika powinien być dobrany odpowiednio do wymiarów badanego obiektu.

W dokumentacji zgłoszeniowej określenie „moduł przetwarzający dane” ma zwykłe znaczenie i oznacza moduł elektroniczny, który przetwarza dane. Moduł ten może przetwarzać odbierany sygnał analogowy z odbiornika światła na postać cyfrową oraz sygnał cyfrowy z czujnika odległości i poddawać je analizie w celu obliczenia badanych parametrów.

W dokumentacji zgłoszeniowej określenie „akcelerometr” ma zwykłe znaczenie i oznacza przyrząd do pomiaru przyśpieszeń i/lub element mierzący aktualne położenie aparatu względem wektora grawitacji, a także chwilowe przeciążenia wynikające z przemieszczania aparatu. Akcelerometr można również nazwać przyśpieszeniomierzem.

Urządzenie pomiarowe do określania struktury i składu mięsa i/lub tuszy według wynalazku zawiera korpus, emiter światła, odbiornik światła, sondę o wydłużonym kształcie, na jednym końcu połączoną z korpusem i zwężającą się na drugim końcu, czujnik do pomiaru zagłębienia sondy w mięsie lub tuszy, moduł przetwarzający dane z odbiornika światła oraz z czujnika do pomiaru zagłębienia sondy w mięsie i/lub tuszy, światłowody w postaci światłowodu lub światłowodów dostarczających światło z emitera światła do miejsca pomiaru i światłowodu dostarczającego światło z miejsca pomiaru do odbiornika światła.

Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że światłowód dostarczający światło z emitera światła do miejsca pomiaru ma średnicę w granicach 0,8 do 1,2 mm a światłowód dostarczający światło z miejsca pomiaru do odbiornika światła w granicach 5 do 100 μm.

Korzystnie, światłowód dostarczający światło z emitera światła do miejsca pomiaru ma średnicę w granicach 0,9 do 1,1 mm a światłowód dostarczający światło z miejsca pomiaru do odbiornika światła w granicach 30 do 70 μm.

Bardziej korzystnie, światłowód dostarczający światło z emitera światła do miejsca pomiaru ma średnicę około 1 mm a światłowód dostarczający światło z miejsca pomiaru do odbiornika światła około 9 μm.

W urządzeniu według wynalazku światłowody mogą mieć zagięte w stronę miejsca pomiaru końcowe odcinki.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku sonda ma wydrążone kanały lub jeden wspólny kanał do przeprowadzania światłowodów.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku końcowe odcinki światłowodów od strony końcówki sondy są zagięte względem osi sondy pod kątem pomiędzy 30° a 90°.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku końcowe odcinki światłowodów od strony końcówki sondy są zagięte względem siebie pod kątem pomiędzy 10° a 30°.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku końcowe odcinki światłowodów od strony końcówki sondy są zagięte względem siebie oraz osi sondy, oraz umieszczone tak, aby osie ich końcowych odcinków zbiegały się w pobliżu miejsca pomiaru w odległości od 0 do 2 mm od zewnętrznej płaszczyzny sondy.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku końcowe odcinki światłowodów od strony końcówki sondy są zagięte względem siebie oraz osi sondy, a ich położenie wewnątrz kanałów lub kanału sondy jest ustalane za pomocą żywicy syntetycznej i/lub osłony.

Korzystnie, emiter światła i odbiornik światła znajdują się wewnątrz korpusu.

Korzystnie, sonda ma kształt pręta litego o przekroju czworokątnym o boku około 5 mm.

Korzystnie, sonda ma kształt pręta litego o przekroju trójkątnym o boku około 5 mm.

Korzystnie, sonda ma kształt pręta litego okrągłego o średnicy około 5 mm.

Korzystnie, urządzenie według wynalazku jako czujnik do pomiaru zagłębienia sondy w mięsie i/lub tuszy zawiera dalmierz laserowy o zasięgu pomiarowym od 5 do 300 mm.

Korzystnie, urządzenie według wynalazku zawiera dodatkowy pomiarowy odbiornik światła do kontroli stabilności strumienia emitowanego światła.

Korzystnie, urządzenie według wynalazku zawiera akcelerometr do kontroli równomierności zagłębiania urządzenia w trakcie wykonywania pomiaru oraz prawidłowości poziomego prowadzenia sondy.

Korzystnie, urządzenie według wynalazku zawiera moduł monitorujący przemieszczanie i/lub poziome położenie urządzenia za pomocą akcelerometru.

Korzystnie, urządzenie według wynalazku zawiera sygnalizator niewłaściwego prowadzenia urządzenia i/lub poziomego położenia w trakcie wykonywania pomiaru na podstawie sygnału z modułu monitorującego przemieszczanie urządzenia za pomocą akcelerometru.

Korzystnie, urządzenie według wynalazku zawiera wskaźnik laserowy wspomagający wybór prawidłowego miejsca pomiaru i kąta pomiaru przez operatora.

Korzystnie, urządzenie według wynalazku jako wskaźnik laserowy posiada laserowy emiter projekcyjny płaszczyzny mającej pokrywać się z właściwą płaszczyzną przecięcia tuszy.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku emiter światła emituje wiązkę światła o stałej długości fali od 750 do 890 nm.

Korzystnie, emiter światła jest wyposażony w diodę laserową.

Korzystnie, emiter światła jest wyposażony w diodę LED.

Korzystnie, moduł przetwarzający dane z odbiornika światła zawiera detektor fazo-czuły.

Twórcy wynalazku odkryli, że możliwe jest znaczne zwiększenie rozdzielczości i dokładności pomiarów przez odpowiedni dobór światłowodów znajdujących się w sondzie, korzystnie w połączeniu z innymi usprawnieniami konstrukcji urządzenia. Mianowicie, zastosowanie do pomiaru światłowodu o bardzo małej średnicy pozwala na wykrywanie bardzo cienkich warstw tkanek z rozdzielczością zbliżoną do tej średnicy. Jednak ze względu na to, że tkanka mięsna, jak i łączna, jest masą półprzezroczystą silnie rozpraszającą (dyspersja) światło w pobliżu miejsca, które zostało naświetlone, należy miejsce pomiaru oświetlać stabilnym, mocnym strumieniem światła, a więc stosować strumień światła dużej mocy przesyłany przez światłowód lub światłowody o dużej średnicy. Okazało się, że stosując jednocześnie światłowód lub światłowody dostarczające światło do miejsca pomiaru o dużej średnicy i światłowód odbierający światło z miejsca pomiaru o małej średnicy uzyskuje się znaczne zwiększenie rozdzielczości pomiarów. Jednoczesne mocne i stabilne oświetlenie miejsca pomiaru oraz precyzyjny odbiór światła pozwalają na podniesienie dokładności (rozdzielczości) pomiarów reflektancji z 256 na odcinku 150 mm dla rozwiązania opisanego w publikacji WO198001205A1, około 5300 dla rozwiązania ujawnionego w publikacji EP0668999B1, do ponad 30000 według wynalazku. Możliwe jest to dzięki zmianie i zróżnicowaniu średnicy światłowodów, która przykładowo wynosiła 0,5 mm dla kanałów optycznych emitera i odbiornika w publikacji EP0668999B1, a dla wynalazku wynosi około 9 μm dla odbiornika i około 1 mm dla emitera.

Mała średnica światłowodu odbiornika światła umożliwia też zastosowanie sondy o mniejszej średnicy, tak aby zagłębianie wymagało jak najmniejszej siły oraz aby jak najmniej uszkadzać badany obiekt w trakcie zagłębiania.

Niewielka średnica sondy pozwala na zastosowania końcówki sondy w formie stożka lub ostrosłupa rozsuwającego tkanki, a nie ostrza przecinającego je, co dodatkowo poprawia bezpieczeństwo użytkowników.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 schematycznie przedstawia urządzenie według wynalazku w widoku z boku, fig. 2 schematycznie przedstawia urządzenie według wynalazku w widoku z góry, fig. 3 schematycznie przedstawia urządzenie według wynalazku w widoku z przodu, fig. 4 schematycznie przedstawia sondę ze światłowodami zagiętymi pod kątem prostym do osi sondy z gwintem do nakręcania ostrego zakończenia, fig. 5 schematycznie przedstawia przekrój B-B z fig. 4, na którym uwidocznione są kanały, w których znajdują się światłowody o zróżnicowanej średnicy, wersja z jednym światłowodem emitera światła, fig. 6 schematycznie przedstawia przekrój B-B z fig. 4, na którym uwidocznione są kanały, w których znajdują się światłowody o zróżnicowanej średnicy, wersja z dwoma światłowodami emiterów światła, fig. 7 schematycznie przedstawia przekrój C-C z fig. 4, na którym uwidocznione są zagięte końcowe odcinki światłowodów o zróżnicowanej średnicy, wersja z jednym światłowodem emitera światła, fig. 8 schematycznie przedstawia urządzenie w trakcie pomiaru, fig. 9 schematycznie przedstawia końcówkę sondy ze światłowodami zagiętymi pod kątem około 30° z gwintem do nakręcania ostrego zakończenia oraz ostrym zakończeniem sondy, fig. 10 przedstawia bardziej szczegółowo końcówkę sondy ze światłowodami zagiętymi pod kątem około 30° z gwintem do nakręcania ostrego zakończenia oraz ostrym zakończeniem sondy, zaś fig. 11 przedstawia rzut aksonometryczny końcówki sondy ze światłowodami zagiętymi pod kątem około 30°.

Jak pokazano schematycznie na fig. 1, 2 oraz 3, urządzenie pomiarowe do określania struktury i składu mięsa i/lub tuszy zawiera korpus 1 składający się z uchwytu la oraz połączonej z nim obudowy 1b.

Wewnątrz obudowy 1b znajdują się emiter 2 światła oraz odbiornik 3 światła, schematycznie pokazane jako jeden element, jeden z końców sondy 4, przy którym umieszczone są emiter 2 i odbiornik 3, czujnik 5 do pomiaru zagłębienia sondy w mięsie i/lub tuszy, moduł 6 przetwarzający dane z odbiornika 3 światła oraz z czujnika 5 do pomiaru zagłębienia sondy w mięsie lub tuszy, światłowody 7 dostarczające światło z emitera 2 światła do miejsca 8 pomiaru i z miejsca pomiaru do odbiornika 3 światła, umieszczone w kanałach 9 sondy 4, znajdujący się przy końcu sondy 4 dodatkowy pomiarowy odbiornik 10 światła do kontroli stabilności strumienia emitowanego światła, akcelerometr 11, moduł 12 monitorujący przemieszczanie i/lub poziome położenie urządzenia za pomocą akcelerometru 11, połączony z modułem 6 sygnalizator 13 niewłaściwego prowadzenia urządzenia i/lub poziomego położenia w trakcie wykonywania pomiaru na podstawie sygnału z modułu 12 monitorującego przemieszczanie urządzenia za pomocą akcelerometru 11 oraz wskaźnik 14 laserowy wspomagający wybór prawidłowego miejsca 8 pomiaru i kąta pomiaru przez operatora, w postaci laserowego emitera 14a projekcyjnego płaszczyzny 14b mającej pokrywać się z właściwą płaszczyzną przecięcia tuszy.

Każdy z elementów wymagających zasilania ma doprowadzone zasilanie ze źródła zasilania, a ponadto urządzenie jest wyposażone w klawiaturę sterującą i wyświetlacz (nie pokazano).

Sonda 4 ma wydłużony kształt i jeden z jej końców jest zamocowany we wnętrzu obudowy 1b. Drugi koniec sondy 4 zwęża się i w przykładzie wykonania jest zakończony ostrym zakończeniem 17 nakręconym na pokazany na fig. 4 gwint 16 sondy 4.

Jak pokazano schematycznie na fig. 4, 5 oraz 6 światłowód lub światłowody 7a dostarczające światło z emitera 2 światła do miejsca 8 pomiaru oraz światłowód 7b dostarczający światło z miejsca 8 pomiaru do odbiornika 3 światła są umieszczone w kanałach 9 i zagięte, oraz tak umieszczone, aby osie ich końcowych odcinków zbiegały się w pobliżu miejsca pomiaru 8 w odległości około 2 mm od płaszczyzny zewnętrznej sondy 4.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 4 uwidoczniono zagięcie końcowych odcinków światłowodów 7a, 7b pod kątem 90° względem osi sondy 4, zaś na fig. 5 oraz 6 uwidocznione jest zagięcie końcowych odcinków światłowodów 7a, 7b pod kątem 10° względem siebie. Położenie światłowodów 7 wewnątrz kanałów lub kanału sondy 9 jest ustalane za pomocą żywicy syntetycznej i/lub osłony 18.

Na fig. 5, 6 oraz 7 pokazano schematycznie, że światłowód lub światłowody 7a dostarczające światło z emitera 2 światła do miejsca 8 pomiaru mają większą średnicę (w granicach 0,8 do 1,2 mm) niż światłowód 7b dostarczający światło z miejsca 8 pomiaru do odbiornika 3 światła (w granicach 5 do 100 μm).

Położenie światłowodów 7 wewnątrz kanałów lub kanału sondy 9 jest ustalane za pomocą żywicy syntetycznej i/lub osłony 18.

Światłowód 7b poprowadzony w kanale 9 dostarcza światło z miejsca 8 pomiaru do odbiornika 3 światła. Odbiornik 3 światła przesyła analogowy sygnał elektryczny, natomiast czujnik 5 do pomiaru zagłębienia sondy w mięsie i/lub tuszy przesyła cyfrowy sygnał elektryczny do modułu 6 przetwarzającego te dane na parametry jakości mięsa lub tuszy. Zastosowany w przykładzie wykonania czujnik 5 zawiera dalmierz laserowy o zasięgu 50 do 200 mm. Możliwe jest również zastosowanie dalmierza o większym zakresie pomiarowym na przykład 5 do 300 mm.

W przykładzie wykonania emiter światła 2 może oznaczać diodę emitującą wiązkę światła wraz z mocowaniem światłowodu transmitującego światło do końcówki sondy pomiarowej 4a (pokazanej na fig. 9, 10 i 11).

Jak pokazano schematycznie na fig. 1 i fig. 2 sonda 4 zawiera kanały 9 na światłowody dostarczające światło z emitera 2 światła do miejsca 8 pomiaru. Emiter światła 2 może mieć jeden lub wiele elementów emitujących światło. Istotne jest równomierne i silne oświetlenie miejsca pomiaru w mięsie lub tuszy dla uzyskania silnych odczytów reflektancji tkanek za pomocą odbiornika światła 3.

W przykładowym rozwiązaniu odbiornik światła 3 składa się z soczewki, fotodiody oraz niskoszumowego przedwzmacniacza z wyjściem analogowym wraz z mocowaniem światłowodu 7b doprowadzającego odbierany sygnał świetlny z końcówki sondy 4a (pokazane na fig. 9) do odbiornika 3.

Istotne jest równomierne i silne oświetlenie miejsca pomiaru w mięsie lub tuszy dla uzyskania silnych odczytów reflektancji tkanek za pomocą odbiornika światła 3.

W proponowanym rozwiązaniu, w celu odizolowania ewentualnych zakłóceń w odbiorze sygnału świetlnego przez odbiornik 3 emiter światła 2 wysyła sygnał świetlny modulowany w określnej częstotliwości i fazie, zaś odbiornik 3 jest wyposażony w detektor fazo-czuły dostrojony do częstotliwości i fazy sygnału emitera 3.

Pomiar parametrów mięsa i/lub tuszy, w przykładzie wykonania schematycznie przedstawiono na fig. 8, odbywa się poprzez wbicie sondy 4 w badany obiekt, na przy czym w przykładzie przedstawionym w fig. 8 jest to tusza wieprzowa. Wbicie sondy 4 następuje na wysokości przestrzeni między 3 a 4 żebrem licząc od końca. Kierunek wbicia sondy 4 powinien być poziomy i równoległy do płaszczyzny przecięcia tuszy. Odległości osi sondy od płaszczyzny przecięcia tuszy za miejscem wyjścia sondy „a” oraz przed miejscem wbicia sondy „b” powinny być równe i w tym przykładzie wynosić 60 mm.

Dla kontrolowania powyższych kierunków wprowadzenia sondy urządzenie wyposażone jest w akcelerometr 11, który za pomocą modułu 12 monitorującego przemieszczanie urządzenia sygnalizuje na sygnalizatorze 13 niewłaściwe prowadzenia urządzenia w poziomie w trakcie wykonywania pomiaru. Ich wzajemne umieszczenie pokazano na fig. 1,2 i 3. Ponadto do tego celu urządzenie wyposażone jest we wskaźnik laserowy 14 wyświetlający za pomocą emitera projekcyjnego 14a płaszczyznę 14b mającą pokrywać się z właściwą płaszczyzną przecięcia tuszy. Ich wzajemne rozmieszczenie pokazano na fig. 1,2, 3 i 8.

Po prawidłowym wbiciu sondy w mierzony obiekt sonda powinna być wyciągana przez operatora z obiektu równomiernym ruchem, przy czym akcelerometr 11, za pomocą modułu 12 monitorującego przemieszczanie urządzenia sygnalizuje na sygnalizatorze 13 niewłaściwe prowadzenie urządzenia poprzez wykrycie nierównomierności ruchu tj. gwałtownych zmian prędkości ruchu. Podczas ruchu powrotnego sondy miejsce pomiaru 8 oświetlone przez światłowód lub światłowody 7a światłem z emitera 2 przesuwa się nad kolejnymi warstwami tkanek, w tym przykładzie kolejno nad: tkanką międzyżebrową, błoną około-mięśniową, mięśniem najdłuższym grzbietu schabem, ponownie błoną około-mięśniową, tkanką tłuszczową słoniną i skórą. Podczas przemieszczania się miejsca pomiaru 8 światłowód 7b przekazuje strumień odbitego światła do odbiornika światła 3, który z kolei przekazuje elektroniczny sygnał analogowy do modułu 6 przetwarzającego te dane na parametry jakości tuszy. W tym samym czasie czujnik 5 do pomiaru zagłębienia sondy w tuszy przesyła cyfrowy sygnał elektryczny do tego samego modułu 6. W wyniku połącznia tych danych w pamięci modułu 6 budowany jest wirtualnie wykres krzywej reflektancji tkanek, przez które przemieszczało się miejsce 8 pomiaru w funkcji odległości zmierzonej czujnikiem 5. Dla uzyskania prawidłowego wykresu reflektancji istotny jest równomierny ruch powrotny sondy, stad korzystne jest stosowanie akcelerometru 11. Rozdzielczość tego wykresu wynosi 65536 w osi względnych jednostek reflektancji pomiędzy wartością 0 oznaczającą brak odbicia, a wartością maksymalną oznaczającą odbicie od białego obiektu oraz 0,01 mm w osi pomiaru zagłębienia sondy.

W przykładzie zastosowania wynalazku, w drodze analizy tego wykresu odpowiedni algorytm za pomocą procesora w module 6 szacuje grubość mięśnia najdłuższego grzbietu oraz grubość słoniny i za ich pomocą wylicza szacowaną zawartość mięsa chudego w tuszy i mięsność w procentach. Wartości grubości mięśnia i słoniny oraz mięsności są następnie wyświetlane na wyświetlaczu urządzenia i przesyłane do systemu komputerowego oceny jakości tusz w zakładzie mięsnym.

W kolejnym przykładowym rozwiązaniu przedstawionym na fig. 9 sonda 4 ma formę rurki ze stali kwasoodpornej o średnicy wewnętrznej umożliwiającej przeprowadzenie jednego dostarczającego światło z emitera światłowodu 7a o średnicy 0,9 mm oraz jednego dostarczającego światło z miejsca 8 pomiaru do odbiornika 3 światła światłowodu 7b o średnicy 0,01 mm. W początkowym odcinku sondy 4 oba światłowody 7a, 7b prowadzone są jednym wspólnym kanałem 9, który w końcówce 4a sondy rozdziela się na dwa kanały. Ze względu na podatność na uszkodzenia cieńszego światłowodu 7b występuje on w formie zintegrowanej z osłoną elastyczną o średnicy ok. 1 mm. Z tego powodu w przykładowym rozwiązaniu końcowe odcinki obu kanałów 9 mają tę samą średnicę, zaś średnica światłowodów jest znacząco różna. W końcowym odcinku sondy 4 do kanału rurki wprowadzana jest końcówka sondy 4a przedstawiona na fig. 9, 10 i 11, w której wykonane są, w przykładowym rozwiązaniu, dwa kanały 9 o średnicy ok 1,1 mm każdy, których światło pokrywa się ze światłem wnętrza rurki sondy od ich strony skierowanej do korpusu. W dalszym przebiegu kanały 9 zaginają się łagodnie nie przekraczając dopuszczalnego promienia zgięcia światłowodów, aż do momentu ich wyjścia poza końcówkę 4a sondy, w przykładzie przedstawionym na fig. 9, 10 i 11, pod kątem 30° do jej osi. Dla ułatwiania wbijania sondy w tuszę i przebijania skóry do końcówki 4a sondy 4 przymocowane jest za pomocą gwintu 16 ostre zakończenie 17 przedstawione na fig. 9, 10 i 11.

W przypadku zastosowania wynalazku do oceny mięsności tusz, rozdzielczość urządzenia według wynalazku została potwierdzona przez analizę porównawczą tuszy po zbadaniu urządzeniem według wynalazku oraz poprzez szczegółową dysekcję rozbiór badanej tuszy w celu obliczenia rzeczywistej zawartości mięsa chudego w tuszy.

W przypadku zastosowania urządzenia do oceny marmurkowatości mięsa rozdzielczość urządzenia według wynalazku została potwierdzona przez analizę porównawczą tuszy po zbadaniu urządzeniem według wynalazku oraz subiektywną ocenę klas marmurkowatości mięsa.

Wykaz oznaczeń:

korpus;

a uchwyt;

b obudowa;

emiter światła;

odbiornik światła;

sonda;

a końcówka sondy;

czujnik do pomiaru zagłębienia sondy w mięsie lub tuszy;

moduł przetwarzający dane;

światłowody;

a światłowód dostarczający światło z emitera światła do miejsca pomiaru;

b światłowód dostarczający światło z miejsca pomiaru do odbiornika światła;

miejsce pomiaru, z którego pobierany jest strumień światła do odbiornika światła;

a miejsce nakłucia tuszy lub mięsa w celu wprowadzenia sondy;

wydrążone w sondzie kanał lub kanały do przeprowadzenia światłowodów;

dodatkowy pomiarowy odbiornik światła do kontroli stabilności strumienia emitowanego światła;

akcelerometr do kontroli właściwego prowadzenia urządzenia w trakcie wykonywania pomiaru;

moduł monitorujący przemieszczanie urządzenia za pomocą akcelerometru;

sygnalizator niewłaściwego prowadzenia urządzenia;

wskaźnik laserowy;

a emiter projekcyjny płaszczyzny;

b płaszczyzna mająca pokrywać się z właściwą płaszczyzną przecięcia tuszy;

moduł do przetwarzania wyników pomiarów;

gwint sondy;

nakręcane na gwint ostre zakończenie sondy;

żywica lub osłona wypełniająca przestrzeń między światłowodem a ścianą kanału.

Claims (24)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie pomiarowe do określania struktury i składu mięsa i/lub tuszy zawierające korpus (1), emiter (2) światła, odbiornik (3) światła, sondę (4) o wydłużonym kształcie, na jednym końcu połączoną z korpusem (1) i zwężającą się na drugim końcu, czujnik (5) do pomiaru zagłębienia sondy (4) w mięsie i/lub tuszy, moduł (6) przetwarzający dane z odbiornika (3) światła oraz z czujnika (5) do pomiaru zagłębienia sondy w mięsie i/lub tuszy, światłowody (7) w postaci światłowodu lub światłowodów (7a) dostarczających światło z emitera (2) światła do miejsca (8) pomiaru i światłowodu (7b) dostarczającego światło z miejsca (8) pomiaru do odbiornika (3) światła, znamienne tym, że światłowód (7a) dostarczający światło z emitera (2) światła do miejsca (8) pomiaru ma średnicę w granicach 0,8 do 1,2 mm a światłowód (7b) dostarczający światło z miejsca (8) pomiaru do odbiornika (3) światła w granicach 5 do 100 μm.
2. 2. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1, znamienne tym, że światłowód (7a) dostarczający światło z emitera (2) światła do miejsca (8) pomiaru ma średnicę w granicach 0,9 do 1,1 mm a światłowód (7b) dostarczający światło z miejsca (8) pomiaru do odbiornika (3) światła w granicach 30 do 70 μm.
3. 3. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1, znamienne tym, że światłowód (7a) dostarczający światło z emitera (2) światła do miejsca (8) pomiaru ma średnicę około 1 mm a światłowód (7b) dostarczający światło z miejsca (8) pomiaru do odbiornika (3) światła około 9 μm.
4. 4. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienne tym, że światłowody (7) mają zagięte w stronę miejsca (8) pomiaru końcowe odcinki.
5. 5. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-4, znamienne tym, że sonda (4) ma wydrążone kanały (9) lub jeden wspólny kanał (9) do przeprowadzania światłowodów (7).
6. 6. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-5, znamienne tym, że końcowe odcinki światłowodów (7) od strony końcówki sondy (4a) są zagięte względem osi sondy (4) pod kątem pomiędzy 30° a 90°.
7. 7. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-5, znamienne tym, że końcowe odcinki światłowodów (7) od strony końcówki sondy (4a) są zagięte względem siebie pod kątem pomiędzy 10° a 30°.
8. 8. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-7, znamienne tym, że końcowe odcinki światłowodów (7) od strony końcówki sondy (4a) są zagięte względem siebie oraz osi sondy (4), oraz umieszczone tak, aby osie ich końcowych odcinków zbiegały się w pobliżu miejsca (8) pomiaru w odległości od 0 do 2 mm od zewnętrznej płaszczyzny sondy (4).
9. 9. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-8, znamienne tym, że końcowe odcinki światłowodów (7) od strony końcówki sondy (4a) są zagięte względem siebie oraz osi sondy (4), a ich położenie wewnątrz kanałów lub kanału (9) sondy (4) jest ustalane za pomocą żywicy syntetycznej i/lub osłony (18).
10. 10. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-9, znamienne tym, że emiter (2) światła i odbiornik (3) światła znajdują się wewnątrz korpusu (1).
11. 11. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-10, znamienne tym, że sonda (4) ma kształt pręta litego o przekroju czworokątnym o boku około 5 mm.
12. 12. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-10, znamienne tym, że sonda (4) ma kształt pręta litego o przekroju trójkątnym o boku około 5 mm.
13. 13. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-10, znamienne tym, że sonda (4) ma kształt pręta litego okrągłego o średnicy około 5 mm.
14. 14. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-13, znamienne tym, że jako czujnik (5) do pomiaru zagłębienia sondy (4) w mięsie i/lub tuszy zawiera dalmierz laserowy o zasięgu pomiarowym od 5 do 300 mm.
15. 15. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-14, znamienne tym, że zawiera dodatkowy pomiarowy odbiornik (10) światła do kontroli stabilności strumienia emitowanego światła.
16. 16. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-15, znamienne tym, że zawiera akcelerometr (11) do kontroli równomierności zagłębiania urządzenia w trakcie wykonywania pomiaru oraz prawidłowości poziomego prowadzenia sondy (4).
17. 17. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-16, znamienne tym, że zawiera moduł (12) monitorujący przemieszczanie i/lub poziome położenie urządzenia za pomocą akcelerometru (11).
18. 18. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 17, znamienne tym, że zawiera sygnalizator (13) niewłaściwego prowadzenia urządzenia i/lub poziomego położenia w trakcie wykonywania pomiaru na podstawie sygnału z modułu (12) monitorującego przemieszczanie urządzenia za pomocą akcelerometru (11).
19. 19. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-18, znamienne tym, że zawiera wskaźnik (14) laserowy wspomagający wybór prawidłowego miejsca (8) pomiaru i kąta pomiaru przez operatora.
20. 20. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 19, znamienne tym, że jako wskaźnik (14) laserowy posiada laserowy emiter (14a) projekcyjny płaszczyzny (14b) mającej pokrywać się z właściwą płaszczyzną przecięcia tuszy.
21. 21. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-20, znamienne tym, że emiter (2) światła emituje wiązkę światła o stałej długości fali od 750 do 890 nm.
22. 22. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-21, znamienne tym, że emiter (2) światła jest wyposażony w diodę laserową.
23. 23. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-22, znamienne tym, że emiter (2) światła jest wyposażony w diodę UED.
24. 24. Urządzenie pomiarowe według zastrz. 1-23, znamienne tym, że moduł (6) przetwarzający dane z odbiornika (3) światła zawiera detektor fazo-czuły.