DE102004014338B4 - Method for determining the properties of a fabric sample - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Bestimmen von Eigenschaften einer Stoffprobe (2), insbesondere der Art und Frische eines Lebensmittels, unter Einbringen der zu untersuchenden Stoffprobe (2) in ein über eine oder mehrere Zuführleitungen aufgebautes elektromagnetisches Feld (1), Detektieren eines transmittierten und/oder reflektierten Signals (3) nach Wechselwirkung (10) mit der Stoffprobe (2) und Vergleichen des detektierten Signals (3) mit vorbestimmten transmittierten und/oder reflektierten Signalen einer Vielzahl von Stoffproben mit bekannten Eigenschaften,
gekennzeichnet durch
Ermitteln von diskreten Abtastwerten des transienten Verlaufs (3) in allen Zuführungsleitungen als Referenzgrößen,
Aufbringen eines Zeitbereichsimpulses (1) schnellen und langsamen Anstiegs auf die Stoffprobe (2), wobei der Bereich des schnellsten Anstiegs des Zeitbereichsimpulses zwischen 10 und 100 ps und der Bereich des langsamsten Anstiegs des Zeitbereichsimpulses im 0,8 μs-Bereich liegt,
Ermitteln von diskreten Abtastwerten des transienten Verlaufs (3) in den Zuführungsleitungen in Gegenwart der Stoffprobe (2), und
Vergleichen des detektierten Signals mit den vorbestimmten Signalen im...Method for determining properties of a substance sample (2), in particular the nature and freshness of a food, by introducing the substance sample (2) to be analyzed into an electromagnetic field (1) constructed via one or more supply lines, detecting a transmitted and / or reflected signal (3) after interaction (10) with the swatch (2) and comparing the detected signal (3) with predetermined transmitted and / or reflected signals of a plurality of swatches having known properties,
marked by
Determining discrete samples of the transient curve (3) in all supply lines as reference variables,
Applying a time-domain pulse (1) of fast and slow rise to the swatch (2), wherein the region of the fastest rise of the time-domain pulse is between 10 and 100 ps and the region of the slowest rise of the time-domain pulse is in the 0.8 μs region,
Determining discrete samples of the transient curve (3) in the supply lines in the presence of the sample (2), and
Comparing the detected signal with the predetermined signals in the ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Frische einer Stoffprobe, insbesondere eines Lebensmittels.The The invention relates to a method for determining the freshness of a Substance sample, in particular a foodstuff.
Der Qualitätsparameter Frische ist besonders für Lebensmittel verarbeitende Industrien ein wichtiger Faktor für die Qualität der Endprodukte. Die Kühlung und Einlagerung von z. B. fangfrischem Fisch auf dem Weg zum Ort der Verarbeitung ist gerade unter Zeitgesichtspunkten ein kritischer Punkt. Der Prozess des Einfrierens, Auftauens und erneuten Einfrierens beeinflusst die Frischequalität maßgeblich. Die Einschätzung der Frische von angelieferten Fischen entscheidet dabei letztendlich über die Verwendung und den Preis, was für andere gefrostete oder normal gelagerte Lebensmittel ebenfalls gilt.Of the quality parameters Freshness is especially for Food processing industries are an important factor in the quality of the end products. The cooling and storage of z. B. Freshly caught fish on the way to the place Processing is a critical one from a time point of view Point. The process of freezing, thawing and re-freezing influences the freshness quality prevail. The assessment The freshness of delivered fish ultimately determines the use and the price, what for Other frozen or normally stored foods also apply.
Es sind aus offenkundiger Vorbenutzung bereits Verfahren bekannt, die mit Hilfe von biochemischen, mikrobiologischen, sensorischen und physikalisch/mechanischen Methoden die Qualitätseigenschaften von Nahrungsmitteln, insbesondere von Fischen, näher zu charakterisieren versuchen. Die biochemische Bestimmung der Protein- und Lipidzusammensetzung sowie der Zusammensetzung von ATP-Metaboliten ist ein zeitaufwändiges, für dieses Aufgabengebiet weitgehend unerforschtes Verfahren, das bislang keine zuverlässigen Aussagen erlaubt. So haben auch mikrobiologische Verfahren den Nachteil, dass Methoden zur Bestimmung der Keimzahl und zur Identifizierung der Mikroorganismen oftmals Tage in Anspruch nehmen und daher zu keiner schnellen Überprüfung der Frischequalität herangezogen werden können. Weiterhin sind biochemische und mikrobiologische Verfahren nur unter speziellen Laborbedingungen durchzuführen, die einen erheblichen Aufwand an Materialien und fachlich qualifiziertem Personal erfordern.It are known from prior public use already known methods that with the help of biochemical, microbiological, sensory and physical / mechanical methods the quality characteristics of food, especially of fish, closer try to characterize. The biochemical determination of protein and lipid composition as well as the composition of ATP metabolites is a time consuming, for this task largely unexamined method, which so far no reliable statements allowed. Thus, microbiological processes also have the disadvantage that methods for determining the germ count and for identification The microorganisms often take days and therefore none quick check of the fresh quality can be used. Furthermore, biochemical and microbiological processes are only under special Perform laboratory conditions, the a considerable expenditure of materials and technically qualified Personnel require.
Sensorische Methoden, die bislang hauptsächlich zur Frischebestimmung herangezogen werden, haben trotz des Versuchs einer Standardisierung den Nachteil, nur eine subjektive Beurteilung der Qualitätsparameter vornehmen zu können. Die derzeit bekannten physikalischen Verfahren beziehen sich ausschließlich auf die mechanischen und elektrischen sowie Absorptionseigenschaften im nahen Infrarotbereich. Sie haben den Nachteil, dass unsachgemäße Handhabung der Ware die zu messenden Eigenschaften verändert und die Interpretation der erhobenen Daten beeinflusst.sensory Methods that have been mainly used for fresh determination, despite the experiment standardization the disadvantage, only a subjective assessment of quality parameters to be able to make. The currently known physical methods relate exclusively to the mechanical and electrical as well as the absorption properties in the near infrared range. They have the disadvantage that improper handling the goods changes the properties to be measured and the interpretation of the collected data.
Zum
aktuellen Stand der Technik zählt
die Mikrowellenbereichs-Methode. Sie arbeitet mit elektromagnetischen
Wellen im Frequenzbereich bis zu einigen Megahertz. Für diese
Untersuchungsmethode wird das Material, das vorzugsweise biologischen Ursprungs
ist und als Feststoff vorliegt, einer elektromagnetischen Strahlung
ausgesetzt. Dann werden das Emissionsspektrum-Primärspektrum – und das durch
die Interaktion mit dem Material erzeugte Spektrum-Sekundärspektrum,
nahezu immer ein Transmissionsspektrum – miteinander verglichen. Für diese
Vergleiche sind verschiedene Verfahren mit verschiedenen Leistungsniveaus
bekannt [von einfachsten Amplitudenvergleichen über Leistungsdichtespektren,
Fast-Fourier-Transformation bis hin zu multivarianter Datenanalyse
oder mittels Neuronaler Netzwerke]. Der Stand der Technik wird besonders
deutlich an den Druckschriften
In der einschlägigen Fachliteratur z. B. Kammeyer, K. D.: Nachrichtenübertragung, B. G. Teubner Stuttgart 1992; Lange, F. H.: Signale und Systeme, Bd. 3, Verlag Technik Berlin 1973 werden Mess- und Auswerteverfahren im Zeitbereich mathematisch behandelt, aber ohne praktische Realisierungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Der Erfindung am nächsten liegt die Veröffentlichung Anderson, D., Kent, M.: Dielectric Studies of Added Water in Poultry Meat and Scallops, Journal of Food Engineering 28 (1996).In the relevant Specialist literature z. B. Kammeyer, K. D .: Messages, B.G. Teubner Stuttgart 1992; Lange, F. H .: Signals and Systems, Vol. 3, Verlag Technik Berlin In 1973, measuring and evaluation methods in the time domain become mathematical treated, but without showing practical possibilities. Of the Invention closest is the publication Anderson, D., Kent, M .: Dielectric Studies of Added Water in Poultry Meat and Scallops, Journal of Food Engineering 28 (1996).
Aus
der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereit zu stellen, das auf einfache Weise eine zuverlässige Untersuchung der Stoffprobe zuläßt.The invention is based on the object to provide a method that provides a simple way of reliable analysis of the sample allows.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.These Task is solved by the teaching of claim 1. The under claims indicate advantageous embodiments of the invention.
Die Basis bildet ein Mikrowellen-Messgerät. Mit diesem Messgerät werden nicht-elektrische Eigenschaften von Stoffproben, insbesondere der Art und Frische von Lebensmitteln, bestimmt, indem mit einer Quelle für elektromagnetische Energie und einer oder mehreren Zuführungsleitung(en) für elektromagnetischer Energie zur Stoffprobe, sowie Detektoren für den transienten Verlauf von elektromagnetischer Energie in jeder Zuführungsleitung, ein elektrisches, magnetisches oder elektromagnetisches Feld in Vakuum oder in einem Referenzmedium aufgebaut wird. Von diesem Feld werden diskrete Abtastwerte des transienten Verlaufs in allen Zuführungsleitungen als Referenzgrößen ermittelt, dann die zu untersuchende Stoffprobe in das Feld eingebracht und wiederum werden diskrete Abtastwerte des transienten Verlaufs in den Zuführungsleitungen in Gegenwart der Stoffprobe gebildet, welche dann einem direkten Vergleich – mit und ohne Stoffprobe – mittels multivarianter statistischer Verfahren oder neuronaler Netzwerke unterzogen werden. Es wird gewissermaßen die durch die Probe verformte Wellenform für die Messwertfindung im Zeitbereich ermittelt.The The basis is a microwave measuring device. Become with this meter non-electrical properties of substance samples, in particular the Type and freshness of food, determined by having a source for electromagnetic Energy and one or more supply line (s) for electromagnetic Energy to the substance sample, as well as transients for the transient course of electromagnetic energy in each supply line, an electrical, magnetic or electromagnetic field in vacuum or in one Reference medium is constructed. From this field, discrete samples of the Transient course in all supply lines determined as reference variables, then the substance sample to be examined is introduced into the field and again, discrete samples of the transient curve in the supply lines formed in the presence of the fabric sample, which then a direct comparison - with and without fabric sample - by multivariant statistical methods or neural networks be subjected. It's sort of the one deformed by the sample Waveform for the measured value determination in the time domain is determined.
Mit der Erfindung ist es möglich, in einem Schnellverfahren bei Messzeiten ≤ einer Sekunde qualitätsrelevante Größen, wie beispielsweise die bisherige Lagerzeit von Lebensmitteln, die Häufigkeit des Einfrierens und des Auftauvorganges u. a. frischebestimmende Parameter zu bestimmen (z. B. von Fisch auf Eis Lagerzeiten von bis zu 24 Tagen auf ± einen Tag genau oder im gefrorenen Zustand von bis zu 300 Tagen auf ± fünf Tage genau). Weiterhin ist mit dem Verfahren feststellbar, ob ein Lebensmittel nur einmal oder mehrfach eingefroren und wieder aufgetaut worden ist.With the invention it is possible in a quick procedure with measurement times ≤ one second quality relevant Sizes, like For example, the previous storage period of food, the frequency of Freezing and defrosting u. a. freshly determined parameters to determine (eg from fish to ice storage times of up to 24 Days on ± one Day exactly or in the frozen state of up to 300 days to ± five days exactly). Furthermore, the method determines whether a food only once or several times frozen and thawed again is.
Das Sensorpanel eines Mikrowellen-Messgerät wird auf die Lebensmittelprobe aufgedrückt oder das Messgerät verfügt über eine kleine Probenkammer, in die die zu untersuchenden Proben eingeführt werden.The Sensor panel of a microwave measuring device is on the food sample imprinted or the meter has one small sample chamber into which the samples to be tested are introduced.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer einzigen Figur erläutert, in der die Messmethode des Vorgangs Messen-Lernen zur vergleichenden Parametergewinnung, die Datenreduktion sowie der Signalfluss des Verfahrens blockbildhaft dargestellt sind.in the Below, the invention will be explained with reference to a single figure, in the measuring method of the procedure measuring-learning for comparative parameter acquisition, the data reduction and the signal flow of the process blockwise are shown.
Der Lernvorgang:The learning process:
- 1) Eine einfallende Zeitfunktion 1 im Bereich schnellen und langsamen Anstiegs, jedoch sonst mit beliebigem Verlauf, bildet die Grundlage des Messverfahrens.1) An incident time function 1 in the range fast and slow rise, but otherwise with any course forms the basis of the measurement process.
-
2) Das Signal tritt in Wechselwirkung mit einem dielektrischen
und/oder magnetischen Medium
2 , wobei die Wellenform verformt wird. Die Wechselwirkung kann durch eine Transmission und/oder als Reflexion bestehen.2) The signal interacts with a dielectric and / or magnetic medium2 where the waveform is deformed. The interaction may consist of a transmission and / or reflection. -
3) Die Zeitfunktion wird gemäß Abtasttheorem
mit einem Abtastglied
3 abgetastet; die abgetastete Wellenform mit und ohne Messprobe wird gespeichert.3) The time function is sampled using a sampling term3 scanned; the sampled waveform with and without a sample is saved. -
4) Lernen
4 (Messen-Lernen) mit dem Medium, wobei ein oder mehrere Parameter, die bekannt sind – beispielsweise Lagerdauer, Lagertemperatur u. a. – variiert werden.4) learning4 (Measurement learning) with the medium, wherein one or more parameters that are known - such as storage time, storage temperature, etc. - are varied. -
5) Die aufgenommenen Abtastwerte des Mediums mit bekannter Variablen
werden einem multivarianten statistischen Verfahren zur Datenreduktion
5 ,6 unterzogen [z. B. Hauptkomponentenanalyse, Partial Best Squares Regression (PLSR)].5) The recorded samples of the medium with known variables become a multivariate statistical method for data reduction5 .6 subjected [z. B. Principal Component Analysis, Partial Best Squares Regression (PLSR)]. - 6) Das Lernverfahren bildet die Parametervariation auf einen reduzierten Datensatz ab, der, obwohl wesentlich kleiner, die wichtigsten Änderungen und Korrelationen wiedergibt. Wegen der Korrelation des reduzierten Datensatzes mit den Parametervariationen kann jede einzelne Parametervariation per Regression mit Hilfe des reduzierten Datensatzes modelliert werden. Da der reduzierte Datensatz keine nennenswerten Informationsverluste aufweist, erfolgt die Bestimmung der Koeffizienten für die Kalibrationsgleichung mit hoher Genauigkeit.6) The learning process sets the parameter variation to one reduced record, which, although much smaller, the most important changes and correlations. Because of the correlation of the reduced Record with the parameter variations can every single parameter variation modeled by regression using the reduced data set become. Because the reduced data set no significant loss of information , the determination of the coefficients for the calibration equation takes place with high accuracy.
Der Messvorgang:The measuring process:
- 7) Ein unbekanntes Medium (z. B. Lagerzeit einer Lebensmittelprobe) wird mit einem Mikrowellenimpuls beaufschlagt. Der verformte Impuls wird abgetastet.7) An unknown medium (eg storage time a food sample) is subjected to a microwave pulse. The deformed pulse is sampled.
-
8) Die gewonnenen Abtastwerte werden dem gleichen multivarianten
statistischen Verfahren unterzogen. Die nun gewonnenen reduzierten
Daten werden mit den Gewichten der Regression bewertet und liefert
dann den Vorhersagewert
8 des unbekannten Parameters.8) The sampled samples are subjected to the same multivariant statistical procedure. The reduced data now obtained are weighted with the weights of the regression and then provide the predictive value8th of the unknown parameter.
Statt der Verwendung in einer Regression kann der reduzierte Datensatz der bekannten Parametervarianten auch eingesetzt werden, um einen n-dimensionalen Parameterraum aufzuspannen. Der Datensatz des unbekannten Mediums wird mit dem Datensatz der bekannten Parametervariation verglichen und daraus ein „Abstand” bestimmt. Dies kann ein euklidischer Abstand, aber auch ein Mahalanobis-Abstand sein. Mittels des Abstandes kann eine Klassifizierung des unbekannten Mediums vorgenommen werden, d. h. die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Gruppe mit charakteristischen Parametern festgelegt werden.Instead of The reduced record can be used in a regression The known parameter variants are also used to form an n-dimensional Span parameter space. The record of the unknown medium is compared with the data set of the known parameter variation and determines a "distance". This can be an Euclidean distance, but also a Mahalanobis distance be. By means of the distance can be a classification of the unknown Medium, d. H. the affiliation to a certain one Group with characteristic parameters.
Die Bereiche des langsamsten Anstiegs der Zeitfunktion ändern sich mit einer Zeitskala typisch im 0.8 μs-Bereich, während die schnellsten Änderungen typisch im Bereich von 10 bis 100 ps stattfinden.The Areas of the slowest increase in the time function change with a time scale typically in the 0.8 μs range, while the fastest changes typical in the range of 10 to 100 ps.
Die Zeitfunktion wird nach einigen μs abgebrochen und dann periodisch wiederholt und mittels einer Hochfrequenzleitung auf das Medium gebracht. Das Zusammenwirken Medium-Hochfrequenzleitung kann als Reflexion am offenen Ende einer Hochfrequenzleitung entstehen, die das zu testende Medium berührt. Die Hochfrequenzleitung ist vorzugsweise ein Koaxialkabel. Alternativ kann die Hochfrequenzleitung teilweise offen sein, so dass die hinlaufende Zeitfunktion an den zu untersuchenden Medien vorbeiläuft, wodurch der Orginalimpuls verformt wird und dann als Messgröße dient.The Time function will be after a few μs aborted and then repeated periodically and by means of a high-frequency line brought to the medium. The interaction medium high-frequency line can arise as a reflection at the open end of a high-frequency line, which touches the medium to be tested. The high frequency line is preferably a coaxial cable. alternative For example, the radio frequency line may be partially open, so that the on-going time function passes the media to be examined, whereby the original pulse is deformed and then serves as a measure.
Es wird also die Überlagerung von hinlaufender und reflektierter Zeitfunktion abgetastet, wobei Reflexion und Transmission kombinierbar/austauschbar sind.It So is the overlay scanned by running and reflected time function, with reflection and transmission can be combined / exchanged.
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Owner name: SEQUID GMBH, 28359 BREMEN, DE |
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