УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА МОЛОКА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к устройству и способу анализа молока с целью одновременного определения физико-химических параметров, количества соматических клеток и выявления в нем примесей. Устройство и способ могут быть применены для измерений в пунктах приема молока, на молокоперерабатывающих предприятиях, а также для измерений и контроля контролирующими органами. Полезная модель может быть применена на фермах молочных животных для установления первоначальных параметров полученного молока. Другой областью применения является мониторинг и контроль состояния здоровья стад молочных животных, с возможностью обратной связи и указанием назначенных ветеринарных мер – назначения рецептов питания, лечения препаратами и др., а также дистанционного контроля местонахождения и состояния устройства, посредством которого осуществляется измерение.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство для определения количества соматических клеток в молоке, которое состоит из приемника пробы молока, трубопроводов пробы молока, вдоль которых расположены насосы и ряд клапанов, панели управления и воронки, при этом все они соединены между собой в определенном порядке. Воронка соединена с емкостью для красителя и измерительным трубопроводом с прозрачной частью. Она представляет собой измерительную камеру; причем прозрачная часть проходит между захватывающей камерой и источником света. Устройство измеряет соматические клетки в пробе молока посредством фотосъемки. Проба предварительно окрашивается, после чего она проходит через прозрачную часть трубопровода. В зоне между источником света и захватывающей камерой через пробу проходит луч излученного света, осуществляется съемка по меньшей мере одного полученного изображения, после чего выполняется запись изображения и анализ изображения в блоке управления. После этого система очищается жидкостью для очистки, и она снова подсчитывает количество соматических клеток с помощью повторно захваченной, очищенной прозрачной части трубопровода/измерительной камеры. Очистка системы после рабочего цикла происходит автоматически, причем данный этап является частью способа анализа. РСТ заявка – WO2008/060235.
Известен способ определения количества соматических клеток в молоке, при котором молоко и реагент предварительно нагревают от 18°С до 22°С, вручную дозируют – пробу молока с реагентом в соотношении 10 мл/5 мл, вручную помещают в колбу специальной формы. Все это взбалтывают 10 раз на протяжении 30 с, причем колбу для взбалтывания взбалтываю при ±90°, после чего смесь вытекает через капилляр, установленный на одном из концов колбы, в измерительный контейнер, в котором измеряют изменение веса смеси, а измеренное значение поступает в управляющий процессор для анализа, после чего выдается отчет с результатами. Система должна быть промыта вручную для нового цикла измерения.
Известное устройство для определения соматических клеток в молоке функционирует так, как описано выше, и состоит из колбы для смешивания специальной формы, которая образована сферической камерой для смешивания с одним вытянутым концом и встроенным капилляром на нем. Данная колба является частью системы для смешивания, состоящей из диска и мотора, которые снабжены оптическим датчиком и
индикаторами. Под колбой с капилляром расположен измерительный контейнер, под которым размещен тензометр, соединенный с процессором. Устройство работает следующим образом: в колбу для смешивания вручную добавляют предварительно нагретые и находящиеся в соотношении 10 мл/5 мл пробу молока и реагент. Система для смешивания смешивает оба компонента посредством взбалтывания 10 раз на протяжении 30 с, при ±90°. Взболтанная смесь проходит в емкость через один конец колбы, в который встроен капилляр. Находящийся под контейнером тензометр измеряет изменение веса смешанной пробы (вытекшей текучей среды) и оправляет отчет на процессор для оценки. Таким образом, описанное устройство измеряет соматические клетки в пробе молока/реагенте посредством предварительной подготовки пробы, смешивания и измерения компонентов пробы в определенном соотношении (за пределами блока) посредством направления отчета об изменении веса пробы и выполнения вычислений по предварительно заданному алгоритму в процессоре устройства. Полезная модель RU 88809;
Некоторые недостатки известных устройств и способов заключаются в отсутствии возможности комплексного, многофункционального анализа пробы молока, установлении одного или нескольких физических и механических параметров пробы одновременно с установлением количества соматических клеток, отсутствии автоматического дозирования молока и реагента перед измерением и отсутствие дозирования в количествах, способствующих уменьшению времени измерения, без необходимости в снижении качества анализа. Другой недостаток заключается в большем потреблении энергии для предварительной подготовки компонентов пробы, подлежащих измерению (смешиванию) и отсутствии возможности измерения в широком диапазоне температур (согласно температуре окружающей среды во время измерения), а также в отсутствии точной и управляемой фильтрации текучей среды в системе измерения. Измеренные значения обладают низкой степенью достоверности и точности в конечном отчете, так что результаты могут варьироваться в пределах широкого диапазона и возможны ошибки. Имеет место отсутствие последующего анализа данных комплексного измерения, без мониторинга и без какого-либо контроля состояния молочных животных посредством измерения качества их молока.
Задачей настоящей полезной модели является представление нового устройства комплексного многофункционального анализа молока, в которых за счёт одновременного измерения не менее одного физико-химического параметра и количества соматических клеток в молоке достигается основной технический результат достоверности измеренных данных с высокой степенью точности. Вспомогательными техническими результатами являются упрощение работы устройства за счет отказа от предварительного нагревания, а также возможностью беспроводной передачи измеренных и дальнейших обработанных данных в программные приложения в устройствах для мониторинга с целью осуществления автоматического мониторинга и контроля стад молочных животных, их молока, и состояния, работоспособности и местонахождения самого этого устройства
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задача полезной модели решена за счет устройства для анализа молока, которое состоит из зонда для молока, двух резервуаров (баков) для реагента и для воды, снабженных датчиками уровня. Датчики уровня соединены с блоком анализа и управления. Каждый из двух баков и зонд для молока соединены посредством отдельных
независимых трубопроводов с колбой для смешивания, так что выходы трубопроводов заканчиваются в колбе для смешивания. В начале каждого из трех трубопроводов после баков и зонда расположен перистальтический насос с фильтром на его входе. Три перистальтических насоса двунаправленно соединены с блоком анализа и управления. По трубопроводу для молока, после насоса, установлены последовательно один за другим ультразвуковой модуль и датчик проводимости, каждый из которых также соединен с блоком анализа и управления, причем соединение ультразвукового модуля является двусторонним. По трубопроводу для молока после датчика проводимости и по трубопроводу для реагента после перистальтического насоса расположены датчики температуры, каждый из которых соединен с блоком анализа и управления. Концы трех трубопроводов вместе заканчиваются в колбе для смешивания, расположенной в блоке для смешивания, который двунаправленно соединен с блоком анализа и управления. После блока для смешивания установлены две воронки с удлиненными концами и капиллярами на них с отверстиями соответственно Ø 1,5 мм ± 0,15 мм для первой воронки и Ø 1,5 мм ± 0,3 мм для другой воронки. К удлиненному концу каждой из воронок присоединена пара датчиков движения, которые соединены с блоком анализа и управления. Блок анализа и управления двунаправленно соединен с блоком передачи с функцией мониторинга.
Каждая пара насос-фильтр двунаправленно соединена с блоком анализа и управления и установлена на соответствующем отдельном трубопроводе: для молока, для реагента и для воды.
Задача полезной модели решена за счет способа анализа молока, который используется вышеуказанным устройством и который выполняется следующим образом:
Перистальтические насосы всасывают и фильтруют одновременно молоко и реагент в соотношении, которое зависит от типа и концентрации реагента.
За время, необходимое молоку для перемещения из зонда для молока к колбе для смешивания, и необходимое реагенту из бака для реагента к колбе для смешивания, измеряется температура, которую имеют оба компонента при поступлении в колбу для смешивания.
В зависимости от этих измерений, выполненных датчиками температуры, блок анализа и управления осуществляет компенсацию температуры, которая впоследствии участвует в анализе и обработке характеристик молока для достижения точного конечного отчета об измеренных соматических клетках.
После измерения помещенного количества молока в колбу для смешивания, насос прекращает работу, молоко прекращает свое движение в трубопроводе, так что оно может быть исследовано ультразвуковым модулем на протяжении времени до 38 секунд. Необходимое время зависит от типа ультразвукового модуля. Блок анализа и управления принимает измеренные данные.
В то же время измеряют проводимость молока в состоянии покоя в зоне датчика проводимости на трубопроводе. Эти данные также принимаются блоком анализа и управления.
Установленное количество молока взбалтывается от 5 до 12 раз на протяжении 30 секунд на 145 градусов в колбе для смешивания посредством блока смешивания.
Смесь вытекает через воронку с капилляром с диаметром Ø 1,5 мм ± 0,15 мм, который установлен на конце воронки, а время вытекания
измеряется с помощью пары датчиков движения путем определения начала и окончания вытекания.
В случае, если поток затруднен вследствие слишком большого количества соматических клеток в молоке или по иной причине, датчики движения отправляют сигнал в блок анализа и управления, который обнаруживает, что количество соматических клеток превышает диапазон измерения и что капилляр, через который будет вытекать молоко, нуждается в специальной процедуре промывания, так что измерение повторяют во второй воронке.
Собранные с датчиков движения данные отправляются для обработки и тестирования в блок анализа и управления с целью выдачи конечного отчета о количестве соматических клеток в молоке.
Собранные с датчика проводимости и ультразвукового модуля данные отправляются для обработки и анализа блоком анализа и управления с целью выдачи конечного отчета об измеренных параметрах – по меньшей мере одного физико-химического параметра и возможного наличия примесей в молоке.
После вытекания пробы через капилляр воронки система промывается водой.
Блок передачи с функцией мониторинга анализирует, архивирует и беспроводным способом отправляет конечные измеренные значения, обработанные блоком анализа и управления, в платформы и программные приложения для мониторинга.
Преимущества устройства и способа заключаются в возможности комплексного и многофункционального анализа молока, причем в то же время измеряется по меньшей мере один физико-химический параметр молока, наличие примесей в нем, а также количество соматических клеток в пробе, с возможностью осуществления измерений без предварительной ручной подготовки и смешивания пробы. Измерение может осуществляться в широких диапазонах температур и при автоматизированном дозировании (минимально необходимом дозировании для осуществления измерения) задействованных текучих сред. Полученные результаты могут отправляться беспроводным образом в программные приложения и платформы с целью осуществления контроля над стадами молочных животных и мониторинга их состояния здоровья, качества полученного молока и состояния устройства, осуществляющего измерение.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показана схема устройства для анализа молока.
На фиг. 2 показана одна измерительная воронка со встроенным капилляром и установленной парой датчиков движения в прямой части воронки.
ВАРИАНТ РЕАЛИЗАЦИИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Представлено устройство и способ анализа молока для одновременного определения физико-химических параметров, количества соматических клеток в молоке и для выявления примесей, которое содержит:
зонд 1 для молока, резервуар 2 для реагента с датчиком 2.1 уровня и резервуар 3 для воды, который также снабжен датчиком 3.1 уровня. Каждый из зонда 1 и резервуаров 2 и 3 соединены с отдельным трубопроводом I, II и III, выходы которых сходятся в колбе 8.1 для смешивания, расположенной в блоке 8 для смешивания. В начале каждого трубопровода I, II и III после зонда 1 для молока и резервуаров 2 и 3 установлены перистальтические насосы 4.1, 4.2 и 4.3, которые двунаправленно соединены с блоком 11 анализа и управления. На входе
каждого насоса расположены фильтры 1.2, 2.2 и 3.2. Фильтры 1.2, 2.2 и 3.2 могут быть с автоматической регуляцией и самоочищением.
По трубопроводу I после насоса 4.1 установлен ультразвуковой модуль 5, после которого размещен датчик 6 проводимости, каждый из которых также соединен с блоком 11 анализа и управления, причем соединение ультразвукового модуля 5 с блоком 11 анализа и управления является двунаправленным. По трубопроводу I после датчика 6 проводимости и трубопроводу II после насоса 4.2 установлены датчики 7 температуры, каждый из которых соединен с блоком 11 анализа и управления. Блок 8 для смешивания также двунаправленно соединен с блоком 11 анализа и управления. После блока 8 для смешивания расположены две воронки с удлиненными концами А и В, причем конец каждой из них завершается встроенным капилляром 10, и на каждом из удлиненных концов установлена пара датчиков 9 движения, которые представляют собой инфракрасные датчики движения. Капилляр 10 воронки А имеет диаметр Ø 1,5 мм ± 0,15 мм, а капилляр 10 воронки В имеет диаметр Ø 1,5 мм ± 0,3 мм. Пара датчиков 9 движения воронки А состоит из датчиков 9.1 и 9.2, а воронки В – из 9.3 и 9.4. Датчики 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 могут быть инфракрасными датчиками или датчиками, использующими другую технологию. Каждый из датчиков 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 соединен с блоком 11 анализа и управления, который, в свою очередь, соединен с блоком 12 передачи с функцией мониторинга.
Каждая пара насос-фильтр двунаправленно соединена с блоком (11) анализа и управления и установлена на соответствующем отдельном трубопроводе: для молока (I), для реагента (II) и для воды (III).
Работу устройства, согласно полезной модели, можно описать следующим образом:
Зонд 1 для молока погружают в сосуд 1.1 с молоком. В резервуар 2 помещен реагент, достаточный уровень которого отслеживается датчиком 2.1 уровня. Датчик 2.1 уровня направляет блоку 11 анализа и управления сигнал о снижении объема реагента в резервуаре 2 ниже допустимого количества. Если уровень реагента достаточен, активируются перистальтические насосы 4.1 и 4.2. Когда данное действие начинается, текучие среды, уже отфильтрованные через фильтры 1.2 и 2.2, а также молоко и реагент раздаются по трубопроводам I и II в конкретном соотношении 2/1, так что после смешивания в колбе 8.1 для смешивания находится 15 мл измеренной текучей среды. При наличии примесей и заграждении фильтров блок 11 анализа и управления принимает сигнал, так что циркуляция будет приостановлена до устранения неисправности. Когда молоко протекает по трубопроводу I, его электропроводимость измеряется датчиком 6 проводимости. Данные поступают в блок 11 анализа и управления. Согласно результатам измерения с датчика 6 проводимости, блок 11 анализа и управления определяет наличие примесей в молоке. Поток молока и реагента протекает по трубопроводу I и II и проходит мимо датчиков 7 температуры, где измеряется их фактическая температура и отправляется в блок 11 анализа и управления. В зависимости от сообщенных температур могут быть заданы некоторые компенсации температуры посредством программного обеспечения, которое анализирует и обрабатывает отчеты с элементов измерения в устройстве.
Целью является достижение коррекции конечного отчета для получения точных и корректных результатов о количестве соматических клеток в молоке без заблаговременной обработки молока и реагента. Измерения датчиком 6 проводимости и датчиками 7 температуры
осуществляются, когда молоко и реагент протекают в колбу 8.1, где они смешиваются. После дозирования количества в 15 мл в соотношении молока к реагенту 2/1, что обеспечивается с высокой точностью перистальтическими насосами 4.1 и 4.2, насосы останавливают свое действие, так что молоко остается в состоянии покоя в трубопроводе, а в зоне ультразвукового модуля 5 начинается ультразвуковое измерение молока. Измерение занимает 38 с от начала процесса и зависит от количества измеренных физико-химических параметров, таких как жирность, сухой обезжиренный остаток, температура и т.д., а также от типа используемого ультразвукового модуля 5. После смешивания в колбе 8.1 для смешивания посредством блока 8 для смешивания, смесь взбалтывается 10 раз на протяжении приблизительно 30 с, на 145°. Смешанная смесь вытекает через воронку А или В. Обычно, вытекание начинается в воронку А и если ввиду большого количества соматических клеток в текучей среде или по иным причинам оно не происходит правильно или вообще не происходит, то инфракрасные датчики 9.1 и 9.2 движения подают сигнал в блок 11 анализа и управления, цикл приостанавливается, система промывается автоматически с помощью насоса 4.3 и цикл возобновляется путем выливания молока и реагента в определенных пропорциях во вторую воронку В, тогда как воронка А может быть подготовлена для нового измерения. Возможна обратная последовательность работы обеих воронок. Находясь в воронке, смесь вытекает через капилляр 10. Когда смесь молока/реагента протекает по удлиненному концу воронки, датчик (инфракрасный датчик) 9.2 движения обнаруживает начало вытекания, а датчик (инфракрасный датчик) 9.1 движения обнаруживает завершение потока, который проходит через капилляр. Информация отправляется в блок 11 анализа и управления, который выполняет запись вытекания непрерывным образом. После вытекания измеренной пробы из воронки А или В и завершения обработки данных в блоке 11 анализа и управления система промывается водой из резервуара 3 через насос 4.3, так что она готова к новому измерению.
При достижении определенного количества циклов фильтры очищаются.
Поступившие в блок 11 анализа и управления отчеты обрабатываются программным обеспечением, причем результаты немедленно отображаются и/или отправляются в блок 12 передачи с функцией мониторинга. Блок 12 передачи с функцией мониторинга обрабатывает, архивирует пробы и беспроводным образом передает отчеты и сделанные выводы о состоянии здоровья молочных животных, у которых были взяты пробы, в программные приложения с целью осуществления мониторинга и контроля над стадами молочных животных. На основании обработанных данных, блок 12 передачи с функцией мониторинга отправляет в программные приложения и платформы некоторые рекомендуемые меры по улучшению ухода за молочными животными. Блок 12 передачи с функцией мониторинга также может отправлять в программные приложения данные о местонахождении и состоянии устройства.
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Полезная модель может быть применена для выполнения измерений молока в пунктах приема молока, на молокоперерабатывающих предприятиях, а также для выполнения измерений контролирующими органами для контроля качества молочных продуктов. Полезная модель применяется на фермах молочных животных для определения первоначальных параметров полученного молока. Полезная модель
применяется для мониторинга и контроля состояния здоровья стад молочных животных, с возможностью обратной связи, с указанием предписанных ветеринарных мероприятий – предписания рецептов питания, лечения лекарственными препаратами и так далее.