食物变质测试仪设计.docx

食物变质测试仪设计.docx

《食物变质测试仪设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食物变质测试仪设计.docx（29页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

浙江理工大学艺术与设计学院毕业设计报告

摘要

安身之本，必资于食，我们每天的能量和营养元素都要靠饮食来摄取，饮食是人类维持生命的基本条件，也是一种乐于被人们接受的重要养生手段，除次之外饮食也是休闲生活的一部分,是一种享受，也是精神的愉悦。

任何食物都有一定的保质期，超过了保质期就会霉变、发臭，甚至产生许多对人生命构成威胁的毒素。

民以食为天，如果饮食有了问题，民生的天空就会出现阴霾，生活质量就会大打折扣，老百姓的生命健康就会受到严重威胁。

因此食物的品质也越来越引起人们的重视。

本文着重对于这个问题，分析了国内外食物安全检测产品的设计现状，并且阐述了人性化设计的概念，明确了该类产品设计应包含的各技术方面情况，这不仅进一步揭示了设计是人类生活需求的体现，而且强调了健康饮食的重要性。

关键词：

细菌；低分子化合物；人机；人工嗅觉系统

-27-

Abstract

Thebasisofsettlingdown,mustgivesuppliestoinfood,bothourenergyineverydayandnutritionelementabsorbcomingneedingtodependonfoodanddrink,Foodanddrinkisthathumanbeingmaintainsthelifemainconditions,isalsoonekindoftheimportantmeansoflifebeinghappytobeacceptedbypeople,foodanddrinkisdelightedtobealsolifepartlyingfallow,tobeonekindofenjoyment,bealsovigorousexcepttime.

Anyfoodhasallhadcertainguaranteequalityscheduledtime,hasexceededguarantorqualityonlybeingcapabletodothepoisonmildewed,sendingoutbadsmell,producingmanypairofpersonlifeevenposingathreatphase.Foodiswhatmatterstothepeople,iffoodanddrinkhashadquestion,thepeople'slivelihoodskyisonlycapabletodoappearinghazy,beonlycapabletodothequalityoflifesellingatadiscountgreatly,lifeofthecommonpeoplehealthisonlycapabletodobygravethreat.Thereforefoodqualityalsomoreandmorebringstopeople'sattention.Themainbodyofabookisemphasizedtothisproblem,thedesigncurrentsituationhavinganalyzedthesafehomeandabroadfooddetectingproduct,hassetforthandtheconceptthatpersonalizationdesigns,hasmadeclearthatkindproductdesignrespondstoeverytechnologyaspectconditioncontaining,thisgoesastepfurthernotonlyrevealdesignembodimentbeinghumanbeinglifeneed,moreoverthesignificancehavingemphasizedhealthyfoodanddrink.

Keywords:

Bacterium;Lowmoleculecompound;Man-machine;Artificialsenseofsmellsystem

目 录

摘 要

Abstract

第一部分 食物变质测试仪设计市场调研报告

…………………………（4）

1.1生活中的必备品 （4）

1.2相关技术支持

…………………………………………………………………（5）

1.3现有相关产品市场调查

……………………………………………………（7）

1.4人机尺寸调查

…………………………………………………………………（8）

1.5产品色彩调查 （11）

1.6常用材料的了解 （12）

1.7调查小结

……………………………………………………………………（13）

第二部分 文献研究报告

……………………………………………………（13）

2.1 人工嗅觉传感系统发展状况报

告 （14）

2.2 人工嗅觉系统的工作原理和特点……………………………………………（15）

2.3 人工嗅觉系统的应用…………………………………………………………（15）

2.4 总结……………………………………………………………………………

（16）

2.5 外文翻译………………………………………………………………………

（16）

第三部分 食物变质测试仪设计实践报告………………………………（23）

3.1设计创作前期调查 （23）

3.2设计创作的灵感来源 （24）

3.3设计实践小结 （25）

第四部分 食物变质测试仪设计自评报告 （25）

4.1毕业设计基本概况 （25）

4.2在设计中成长 （25）

参考文献

…………………………………………………………………………………（26）

致谢…

………………………………………………………………………………………（27）

附录

（一）设计作品图片面

通 （27）

附录

（二）设计作品光

盘 （27）

第一部分食物变质测试笔设计市场调研报告

时代在进步，人类对于产品的需求,使用方式，感受都有了很大改观。

产品首先跟技术进步有关，其次与消费者需求拉动相关，其次是产品的表现形式,个体消费者本身无法清晰完整的表述出对于产品发展具有重大意义和系统定义的的新要求。

因此经过一个在小范围内较系统的消费者调查后得出消费者表达消费需求的依据：

第一，在过去经验中他所知最好的；第二，经验中的缺憾,蒙胧的向往，在受到一些新的场景，见识与知识的刺激时所产生一些蒙胧的新的期待。

生活在充满科学文明社会里的现代人越来越重视身体健康、生活质量和自身的价值。

饮食是人类维持生命的基本条件，而要使人活得健康愉快、充满活力和智慧，则不仅仅满足于吃饱肚子，还必须考虑饮食的合理调配，保证人体所需的各种营养素的摄入平衡且充足，并且能被人体充分吸收利用,是一种乐于

被人们接受的重要养生手段。

除次之外饮食也是休闲生活的一部分,是一种享受，也是精神的愉悦。

民以食为天，如果饮食有了问题，人民的生活质量就会大打

折扣，老百姓的生命健康就会受到严重威胁。

因此食物的品质也越来越引起人们的重视。

1.1生活中的必备品

每年在美国估计有76万例食源性疾病的发生，这些案件绝大多数都是轻度

症状,造成只有一两天的不适.有些病情较为严重，据疾病控制和预防中心估计,每年有5000人因食物疾病住院的，还有325人因食物疾病死亡的，特别老人和小孩，以及那些已经生病的人，他们的免疫系统功能已经降低，受疾病侵害更为厉害。

家庭食源性疾病案件成为一个大的问题被我们所关注。

日常生活中，我们常常会遇到这种情况：

吃完东西后，肚子很不舒服（疼痛、腹泻、呕吐），知道这是为什么吗？

是因为我们吃了不干净的食物影响了我们的健康。

什么是变质的食物？

指沾有细菌、毒素和虫卵的食物，食用这些食物就会引起食物中毒。

任何食物都有一定的保质期，超过了保质期就会霉变、发臭，甚至产生许多对人生命构成威胁的毒素。

湿度高、气温低，许多食品易长出一层毛毛状物质，这一切都是霉菌作的孽。

据报道，受霉菌污染的食品，不仅变色、变味，脂肪含量减少，蛋白质也受到一定程度的破坏，尤其是赖氨酸和精氨酸含量显著下降，更为严重的是，霉菌在食品上的繁殖会产生霉菌毒素，通过食物影响人体健康甚至危及生命。

食物中毒会产生食欲不振、恶心、呕吐、腹痛、腹泻、头晕无力等症状，严重的还会危及生命，被污染的食物被食用后，还可引起痢疾、伤寒、肝炎及寄生虫等传染病。

罐头、水果、肉类等这些都是容易变质的食物。

但是我们怎样预防食物中毒？

饮食是人类维持生命的基本条件，把好“病从口入”这一关，是我们预防肠道疾病的关键，生活中我们要吃干净的食物，腐败、有异味、潰烂不洁的食品和水果不能吃，餐具要保持清洁，小摊上的东西不要乱吃，购买食品要注意，特别是夏季，食物很容易变质、被污染，细菌在食物中繁殖后会使食物腐败变质，所以腐败变质的食物一定有细菌存在。

霉菌主要生长在花生、谷物、果仁和大米、玉米等食品原料上，特别是黄曲霉产生的黄曲霉毒素是很强的致癌物，一旦被人食用后，轻则发生腹泻、呕吐、头昏、眼花、烦躁、肠炎、听力下降和全身无力等症状，重则可致癌致畸，并促使人早衰。

即使是高温也很难分解，一般的清洗、烧煮也不能清除，变质食物煮了吃引起食物中毒的金黄色葡萄球菌，在肉、乳、饭中大量繁殖时产生的肠毒素，才是引起中毒的真正原因。

它耐热，一般烹调温度是不能破坏的，仍能引起急性中毒、慢性中毒和致畸、致癌以及使体内遗传物质发生突变等。

因此

可以看出，如果食物被上述致病菌污染且已产生毒素，即使煮熟煮透也会发生食物中毒。

所以发现食物变质、霉变，坚决不能食用，否则会对人体造成很大

危害。

另外许多人习惯把冰箱当做“保险箱”，以为食物放进冰箱就万事大吉了，食物放进冰箱可以延长它的存储时间但是不能保证它不会变质，当我们发现变

质的食物还是要立即仍掉，防止病从口入。

如何鉴别食物变质？

平常生活中我们最常用的方法是感官鉴别原料，它是通过眼，耳，鼻，舌手感官了解原料的外部牲，气味等，以确定其品质。

但是感官鉴别的方法有它的局限性，因人们的程度不同，各人经验，知识有差别，因此在一定程度上容易发生偏差，特别是对于儿童缺乏经验，还有老人感官敏锐度下降，吃了腐败食物浑然不知。

因此有一样家庭的测试食物变质的设备是十分需要的。

1.2相关技术支持（图表文字结合）

人工嗅觉系统的技术特点：

人工嗅觉系统是利用系统中传感器测量出的值与真实的嗅觉系统的感受层模拟、匹配的系统。

20世纪90年代中期以来，模仿人的嗅觉功能的系统不断推出，不论是可以对单物质进行全面分析的系统，还是有着能对多物质进行辨识的系统，这些研究都需将传感器技术、计算机技术、人工智能以及化学领域的技术互相渗透和融合。

简单说是由多个性能彼此重叠的气敏传感器和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置。

一般来讲，人工嗅觉系统由气敏传感器阵列和数据处理两大部分构成。

气敏传感器阵列在功能上对应于人的嗅感觉细胞；而数据处理部分相当于人的大脑。

气敏传感器基本工作原理是，当表面的敏感层与待测气体接触时，气体分子和敏感层上的自由电子相互作用，从而导致电阻值的变化。

目前，国内外对人工嗅觉系统的研究十分活跃，主要应用是酒类、肉类、食用油、水果、奶制品、谷物、水产品、茶叶、咖啡、烟等食品挥发气味的识别和分类，目的是对其进行质量分级和新鲜判别。

鱼、肉、蔬菜等，经细菌长时间的作用后，便会腐败变质产生臭味。

在腐败变质的过程中，细菌把食物中的蛋白质、糖类和脂肪等营养物质分解，产生大量的低分子化合物，部分化合物中含有氮、硫等元素而有恶臭味，其中，三

甲胺、二甲硫醚和硫化氢的臭味最甚。

如图1-2-1 食物产生的恶臭物质分类表

食品

产生的主要恶臭物质

肉、鱼类

三甲胺、甲胺

河鱼

氨

蛋类

硫化氢

腌莱类

二甲基硫化物

萝、卷心菜、洋葱

甲硫醇

韭菜

二苯硫醇

大蒜

二乙基硫化物

使用嗅觉传感器（气体传感器）评价新鲜度,是通过测试8种臭味物质判断食物的新鲜度。

比如:

氨系列中三甲胺（TMA）的气味与鱼类不新鲜（腐臭味）时的味道相同,所以我们可以尝试地使用TAM氧化物半导体作为测定传感器测出鱼类的新鲜度。

还有采用电子鼻鉴别牛肉的新鲜度，分辨腐败与未腐败的牛肉的正确率达到l00％等等。

简单阐述：

被测食物---嗅觉传感器辨别8种臭味物质是否存在---得出结论

内部电路图1-2-2

1.3现有相关产品市场调查

生物传感器可广泛用于食品工业生产中，如对食品原料、半成品和产品

质量的检测，发酵生产中在线检测等。

利用氨基酸氧化酶传感器可测定各种氨基酸（包括谷氨酸、L-天冬氨酸、L-精氨酸等十几种氨基酸）。

食品添加剂的种类很多，如甜味剂、酸味剂、抗氧化剂等，生物传感器用于食品添加剂的分析。

国外已经商品化的人工嗅觉系统或电子鼻较多，如法国的AlphaMOS系统主

要用于肉、咖啡、谷物等产品的质量鉴别，英国的AromaSCAN系统主要用于奶酪、肉制品的质量检测。

现在，欧美诸国都使用组胺酶的量评价新鲜度，组胺酶是

一种能够引起食物中毒的毒素，鱼放得久了就有可能生成这种东西。

今后，在测定时同时使用K值测定和组胺酶的测定，就能更可靠地确保食品的安全性。

国内人工嗅觉已经被许多领域所重视，诸如食品工业、酒类生产、香水香型、空气质量和皮肤气味的评定，国内开发的人工嗅觉系统"电子鼻"总体性能已达到国际先进水平，在对我国的白酒种类和质量检测中应用。

人工嗅觉系统"电子鼻"具有极广的使用范围，它不仅可应用于酒类的检测，同时也可以在化工物质检测（如有毒气体、可燃性气体），食品卫生（如咖啡的质量检测、烟草的质量检测、肉类的检验、化妆品的评价），蔬菜和食物的残留农药检测，以及毒品的判别等方面发挥很好的作用，而且在环境保护、医学诊断等领域也有重要的应用。

食用油新鲜度检测仪TT265 瑞士Brechbühler嗅味检测仪 PHILIPS食物变质测试概念产品

1.4人机尺寸的调查

人性化设计是指在符合人们的物质需求的基础上,强调精神与情感需求的设计。

它综合了产品设计的艺术性与安全性，就是要在设计中注重产品内环境的扩展和深化。

人性化设计是真正体现出对人的尊重和关心, 其核心是以“人”

为中心，在设计和制造时都必须把“人的因素”作为一个首要的条件来考虑。

男性手掌数据图1.5.1

女性手掌数据图1.5.2

把手人机尺寸1.5.3

以上各类手的人机尺寸调查，强调精神与情感需求的设计可以更有效地发挥人的作用，并为操纵者提供安全和舒适的环境，从而达到提高工作效率的根本目的。

1.5产品色彩调查

据显示，白色系列是消费者最喜爱的颜色，银灰色和黑色也是消费者比较喜欢的颜色，其次是蓝色，另外，绿色、红色、黄色、紫色等也受到部分消费者的喜欢，但只占少数。

消费者喜好比例

绿色紫色黄色红色灰色蓝色银灰色

黑色白色

0 10 20 30

据调查，消费者在购买东西时比较喜欢银灰色，女性较男性更倾向于灰色，而男性对黑色兴趣更浓，25-30岁的人更愿意选择白色和黄色，31-35岁的人更喜欢黄色和蓝色，36-40岁的人则最喜欢绿色，46-50岁倾向于灰色。

1.6常用材料的了解

1.ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

典型应用范围:

电气和商业设备（计算机组件、连接器等），器具（食品加工机、电冰箱抽屉等），交通运输行业（车辆的前后灯、仪表板等）。

2.PC聚碳酸酯

特性：

熔液粘度高，须使用高压、高温成型；残余应力容易姓断裂；由于硬度较高，易损伤模具；透明、强韧、低温安定性优；耐候性、耐旋光性、耐冲击性、耐热性、耐Creep性佳；高低温之机械性佳；密度：

1.20g/cc，变形温度120――146℃，线膨胀系数0./℃，热变形温度129――135℃（141℃）。

射出速度薄者快，厚则慢，射出速度控制不当会产生表面剥离或破裂的现象。

应用范围电子电器（CD片、开关、家电外壳、信号筒、电器外壳、电器

部件、咖啡壶、计算器零件、电气零件等），运输（保险杆、分电盘、安全玻璃）

，工业零件（照相机本体、机具外壳、安全帽、潜水镜、安全镜片、电动工具外壳、透明件、防弹玻璃、精密机械零件、螺帽、齿轮、轴承等），建筑涂料，日用品（家庭用品、胶卷、果汁机、吹风机、奶瓶等），其它（接着剂、安全帽等）。

3.PMMA聚甲基丙烯酸甲酯

注塑模工艺条件:

干燥处理：

PMMA具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。

建议干燥条件为90C、2~4小时。

熔化温度：

240~270C。

模具温度：

35~70C。

注射速度：

中等化学和物理特性:

PMMA具有优良的光学特性及耐气侯变化特性。

白光的穿透性高达

92％。

PMMA制品具有很低的双折射，特别适合制作影碟等。

PMMA具有室温蠕变特性。

随着负荷加大、时间增长，可导致应力开裂现象。

PMMA具有较好的抗冲击特性。

典型应用范围:

汽车工业（信号灯设备、仪表盘等），医药行业（储血容器等），工业应用（影碟、灯光散射器），日用消费品（饮料杯、文具等）。

1.7调查的小结

根据对产品的消费人群来划分为：

大量食品材料需要单位（食品加工工厂）、中量食品材料需要单位（单位集体学校食堂）以及家庭个人消费人群等，其中

家庭个人消费人群是与我们的生活最为贴切的，也是最基础广泛的人群，所占的消费量比例很高，这部分的目标人群是非常有价值的人群。

所以我此次的设计的目标市场定位为家庭个人消费人群。

这类人群他们生活的目的多是提升生活质量,对生活有一定要求，重视身体健康和自身的价值，同时也追求一定的生活品位和居住文化。

他们家中可能有老人有小孩，他们也有可能是医生，营养师，重视饮食健康，每天必看报纸，喜好健康的户外运动等等。

综上分析我的设计方向就是专为家庭个人消费人群而设计的食物新鲜度测试笔。

尽量贴近人性化的思考，结合各类元素和相关素材应用到自己的设计中。

使用上要安全，操作简单，容易上手，造型色彩方面都能达到在大众化的前提下又不失个性，轻便轻巧的设计会比较讨人喜欢，同时又是人机的，自然的，以人为本，借助科技，真正应用到实际生活中。

第二部分 文献研究报告

当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络

化的方向发展。

今后，随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。

在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学“耳目”的传感器系统，作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。

2.1人工嗅觉传感系统发展状况报告

人工嗅觉传感系统的典型产品是功能各异的Electronicnose（电子鼻），近10多年来，该技术的发展很快，目前已有数种商品化的产品在国际市场流通，美、法、德、英等国家均有比较先进的电子鼻产品问世。

国际上气敏传感器的研究起始于二十世纪二、三十年代。

1967年，日本

Figaro公司率先将SnO，金属氧化物半导体气敏传感器商品化。

但单个传感器一般都具有对各种气体广谱的选择性，作用十分有限，为了实现对多种气体的辨识检验，人类开展了人工嗅觉技术的研究。

l961年，Moncfief制成了一种机械式的气味检测装置。

l964年，Wilkens和Hatmen基于气味分子在电极上发生氧化还原反应的原理建立了第一个人工嗅觉系统，也称电子鼻。

Buck等人利用气味调制电导和Dravieks等人利用气味调制接触电位研制的电子鼻在1965年也做了报道。

1982年，英国Warwick大学学者Persuad和Dodd用3个商品化的sno2气敏传感器（TGS813、812、711）模拟哺乳动物嗅觉系统中的多个嗅感受器细胞对戊基醋酸酯、乙醇、乙醚、戊酸、柠檬油、异茉莉酮等有机挥发气进行了类别分析。

直到1982年，作为气味识别与分类的智能化学传感器阵列的概念才出现在

Persaud等人和日本日立公司Ikegami等人的文章中。

1989年在北大西洋公约组织的一次关于化学传感器信息处理会议上对电子鼻做了如下的定义：

电子鼻是由多个性能彼此重叠的气敏传感器和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置。

人工嗅觉系统其它的应用还包括环境空气质量监测、水质量检测、香水香型的判别，临床医学中的应用等等。

美国Cyrano-sciences公司生产Cyranose320电子鼻是目前技术较为先进、适用范围也比较广的嗅觉传感系统之一，该系统主要由传感器阵列和数据分析算法两部分组成，其基本技术是将

若干个独特的薄膜式碳-黑聚合物复合材料化学电阻器配置成一个传感器阵列，

然后采用标准的数据分析技术，通过分析由此传感器阵列所收集到的输出值的办法来识别未知分析物。

据称，Cyranose320电子鼻的适用范围包括食品与饮料的生产与保鲜、环境保护、化学品分析与鉴定、疾病诊断与医药分析以及工业生产过程控制与消费品的监控与管理等。

2.2人工嗅觉系统的工作原理和特点

人工嗅觉系统具有识别简单和复杂气味的能力，主要用来解决一般情况下的气味探测问题。

“电子鼻”系统通常由一个交叉选择式气体传感器阵列和相关的数据处理技术组成，并配以恰当的模式识别系统，具有识别简单和复杂气味的能力，主要用来解决一般情况下的气味探测问题。

简单说人工嗅觉系统是由多个性能彼此重叠的气敏传感器和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置。

根据应用对象的不同，“电子鼻”系统传感器阵列中传感器的构成材料及配置数量亦有所不同，其中，构成材料包括金属氧化物半导体、导电聚合物、石英晶振等，配置数量则从几个到数十个不等，当表面的敏感层与待测气体接触时，气体分子和敏感层上的自由电子相互作用，从而导致电阻值的变化，对所测气体进行定性和定量鉴别。

总之，“电子鼻”系统是气体传感器技术和信息处理技术进行有效结合的高科技产物，其气体传感器的体积很小，功耗也很低，能够方便地捕获并处理气味信号。

人工神经网络识别结构图2-2-1

人类的鼻子在鉴评许多食品方面，一直是一种非常重要的工具，但是这种传统方法需要训练有素的专业鉴评人员，并且这些人员易受其健康状况、年龄、性别、性情、表达能力等多种因素的影响，所以鉴评结果往往主观性强、重现性差，并且容易出现嗅觉疲劳，而且人能够感受出的气味是有限的，特别是在区分相似的气味时，人的辨别力受到了限制。

人工嗅觉系统在技术应用上的特点：

客观性强、重现性好、方便快捷鉴别气味，而且可以对食物进行无损检测。

2.3人工嗅觉系统的应用

现在人工嗅觉系统可以无损检测果蔬成熟度，主要集中在梨、香蕉、柑橘、苹果等水果上。

仿生电子鼻除了在鉴评果蔬成熟度方面的应用外，还可以应用到奶酪、肉制品等的