阅读说明：本技术 一种基于图像控制食品微波冻结干燥的系统 (System for controlling food microwave freeze drying based on image ) 是由 刘斌 李阳 陈爱强 杨文哲 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于图像控制食品微波冻结干燥的系统,包括具有微波输出功能的箱体,箱体内部设有微波发生装置及将食品冻结的冷台；箱体外部正上方设置有采集冷台上放置食品的结构变化图像的相机镜头,相机镜头与计算机连接,计算机用于实时存储所述相机镜头所采集的冷台放置食品的结构变化图像,并根据所拍摄食品的实时结构图像,调整微波发生装置的微波输出功率；箱体上的恒温恒湿气体的进口孔和出口孔经进出口管与恒温恒湿箱连接；恒温恒湿箱根据温湿度传感的反馈实时控制向箱体输出恒温恒湿气体。本发明通过恒温恒湿箱实现箱体内温湿度的双重控制,实现食品在恒温恒湿微环境下微波冻结干燥可视化观测。(The invention discloses a system for controlling food microwave freeze drying based on an image, which comprises a box body with a microwave output function, wherein a microwave generating device and a cooling table for freezing food are arranged in the box body; a camera lens for acquiring structural change images of food placed on the cold table is arranged right above the outer part of the box body, the camera lens is connected with a computer, and the computer is used for storing the structural change images of the food placed on the cold table acquired by the camera lens in real time and adjusting the microwave output power of the microwave generating device according to the real-time structural images of the shot food; the inlet hole and the outlet hole of the constant-temperature and constant-humidity gas on the box body are connected with the constant-temperature and constant-humidity box through the inlet pipe and the outlet pipe; the constant temperature and humidity box outputs constant temperature and humidity gas to the box body according to the feedback of the temperature and humidity sensor in real time control. According to the invention, the temperature and humidity in the box body are doubly controlled through the constant temperature and humidity box, and the microwave freeze drying visual observation of food in a constant temperature and humidity microenvironment is realized.)

一种基于图像控制食品微波冻结干燥的系统

技术领域

本发明涉及食品干燥技术领域，具体涉及一种基于图像控制食品微波冻结干燥的系统。

背景技术

在微波冻结干燥食品过程中，一般设置固定的微波输出功率以及固定的微波干燥时间，来完成对食品的冻结干燥过程。但是，食品在冻结干燥过程中，受到环境温湿度的影响。另一方面，所设置的微波输出功率及微波干燥时间具有经验局限性。此外，传统的冷台为保证台体温度分布均匀，将台体的尺寸设置的非常小，并且台体材料常用银等高导热系数材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像控制食品微波冻结干燥的系统，其可以通过精准控制微波冻结干燥箱体内微环境温湿度，实现对食品在控温控湿条件下微波冻结干燥过程中的实时观测，从而通过实时图像准确控制食品微波冻结干燥过程。

本发明是这样实现的，一种基于图像控制食品微波冻结干燥的系统，包括具有微波输出功能的箱体5，所述箱体5内部设有微波发生装置10以及用于将食品冻结的冷台6；所述箱体5外部正上方设置有用于采集所述冷台6上放置食品的结构变化图像的相机镜头13，所述相机镜头13与计算机14连接，所述计算机14用于实时存储所述相机镜头13所采集的冷台6上放置食品的结构变化图像，并根据所拍摄食品的实时结构图像，通过微波发生装置控制器12调整微波发生装置10的微波输出功率；所述箱体5上的恒温恒湿气体的进口孔16和恒温恒湿气体的出口孔17通过进出口管与恒温恒湿箱1连接；所述恒温恒湿箱1根据温湿度传感的反馈实时控制向箱体5输出恒温恒湿气体。

其中，所述恒温恒湿箱1与恒温恒湿箱控制器2相连接，所述恒温恒湿箱控制器2通过装在箱体5中的温度传感器3和湿度传感器4的实时反馈，控制恒温恒湿箱1向箱体5输出恒温恒湿气体。

其中，所述冷台6的冷冻液进口21与冷冻液出口22通过管路与恒温水槽8相连接，恒温水槽控制器7通过冷台6上设置冷台温度传感器20的实时反馈，控制调节恒温水槽8向冷台6提供的冷冻液温度。

其中，所述箱体5上开有温度传感器探孔18和湿度传感器探孔19，用于安装温度传感器以及湿度传感器。

其中，所述箱体5顶部设置有可供相机镜头13探测的可视窗11。

其中，所述箱体5内部设有旋转卡槽15，旋转卡槽上嵌有所述微波发生装置10。

其中，所述箱体5内部设有能够提供照明功能的耐高温LED灯9。

本发明提供的基于图像控制食品微波冻结干燥的系统，能精准控制微波冻结干燥箱体内微环境温湿度，确保大尺寸冷台温度分布的均匀性，并能实现对食品在控温控湿条件下的微波冻结干燥过程中的实时观测，根据所得冻结干燥食品的实时图像分析对应时刻食品的结构状态参数，以食品结构状态参数变化为依据，合理控制微波输出功率，实现食品微波辅助干燥最优化处理配置，从而通过实时图像准确控制食品冻结干燥过程中的微波输出功率，获得高质量的产品。

本发明有利于准确掌握微波冻结干燥过程中食品结构变化的特性，实现在微波冻结干燥技术过程中，通过相机镜头获取微波冻结干燥食品图像，根据所得冻结干燥食品的实时图像计算对应时刻食品的结构状态参数，以食品结构状态参数与微波输出功率最优曲线为依据，合理控制微波输出功率，实现食品微波辅助冻结干燥最优化控制。

附图说明

图1为本发明可视化控制微波冻结干燥食品系统的正视图；

图2为本发明可视化控制微波冻结干燥食品系统中箱体的局部剖视图；

图3-4为本发明可视化控制微波冻结干燥食品系统中冷台的示意图；

图中：1为恒温恒湿箱，2为恒温恒湿箱控制器，3为温度传感器，4为湿度传感器，5为箱体，6为冷台，7为恒温水槽控制器，8为恒温水槽；9为耐高温LED灯，10为微波发生装置，11为可视窗，12为微波发生装置控制器，13为相机镜头，14为计算机，15为旋转卡槽，16为恒温恒湿气体的进口孔，17为恒温恒湿气体的出口孔，18为温度传感器探孔，19为湿度传感器探孔，20为冷台温度传感器，21为冷冻液进口，22为冷冻液出口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1～图4，一种可视化控制微波冻结干燥食品系统，包括：

具有微波输出功能的箱体5，所述箱体5内部设有旋转卡槽15，旋转卡槽上嵌有微波发生装置10，所述箱体5内部设有能够提供照明功能的耐高温LED灯9以及用于将食品冻结的冷台6；所述冷台6用于放置需要微波辅助冻结干燥的食品；所述箱体5的正上方设置有相机镜头13，所述相机镜头13用于采集其正下方的、所述冷台6上放置食品的结构变化图像；所述箱体5上开有恒温恒湿气体的进口孔16和恒温恒湿气体的出口孔17，通过中空的进出口管与一个恒温恒湿箱1相连接；所述恒温恒湿箱1与恒温恒湿箱控制器2相连接，所述恒温恒湿箱控制器2通过连接的探入箱体5中的温度传感器3和湿度传感器4的实时反馈，能控制恒温恒湿箱1向箱体5输出恒温恒湿气体；所述相机镜头13与计算机14相连接，所述计算机14能实时存储所述相机镜头13所采集的冷台6上放置食品的结构变化图像，并根据所测得食品的实时结构图像，通过微波发生装置控制器12调整微波发生装置10的微波输出功率。

本发明通过恒温恒湿箱实现箱体内温湿度的双重控制，实现食品在恒温恒湿微环境下微波冻结干燥可视化观测。

本发明中，所述的恒温恒湿箱1向箱体5输出恒温恒湿气体，使用时，在恒温恒湿箱控制器2上设定好箱体5内需要达到的温湿度后，恒温恒湿箱1会向箱体5输出恒温恒湿空气，温度传感器3和湿度传感器4会将箱体5内的温湿度数据以电信号的方式传输到恒温恒湿箱控制器2，恒温恒湿箱控制器2会根据所测得的温湿度数据，自动修正输出的恒温恒湿气体温湿度值，最后，温度传感器3和湿度传感器4所测数据与所设定箱体5内的温湿度数值将会十分接近。

本发明中，所述计算机14能向相机镜头13发出图像采集控制信号，控制相机镜头13采集其正下方的、所述冷台6上放置的食品的结构变化图像，而后计算机14通过内置的图像分析软件，计算实时图像对应时刻的结构参数，根据对应食品结构参数与微波输出功率最优曲线获取下一时刻的微波输出功率，而后计算机14向微波发生装置控制器12发出信号，由微波发生装置控制器12控制调整微波发生装置8的输出功率。

具体的，计算机14是通过相机镜头13获取微波冻结干燥食品图像，根据所得冻结干燥食品的实时图像计算对应时刻食品的结构状态参数，以食品结构状态参数与微波输出功率最优曲线为依据，合理控制微波输出功率，从而实现食品微波辅助冻结干燥最优化控制。

本发明中，所述冷台6的冷冻液进口21与冷冻液出口22通过中空的管路与恒温水槽8相连接，恒温水槽控制器通过冷台温度传感器20的实时反馈，能控制调节恒温水槽8向冷台6提供的冷冻液温度。

所述冷台6以导热系数较大的铜材料为基板，并通过金属切割工艺制作成图3所示的流道。当然，在本发明中，不违背冷台工作原理及其相关功能的前提下，亦可以采用其他型号的冷台。

具体的，使用时，在恒温水槽控制器7上设定好冷台6上需要达到的温度，恒温水槽8会向冷台6内输出低温冷冻液，冷冻液由冷台的冷冻液进口21进入，由冷冻液出口22返回恒温水槽，期间产生制冷效应，达到给冷台6降温的目的。冷台内内置的温度传感器20会将冷台6上的温度以电信号的方式传输到冷台控制器7中，到恒温水槽控制器7会根据所测得的温度数据，自动修正输出的冷冻液温度，最后，冷台内置的冷台温度传感器20所测得数据与所设定冷台6上的温度数值将会十分接近。

其中，所述箱体5上开有可供温湿度传感器、湿度传感器进入的温度传感器探孔18和湿度传感器探孔19。

进一步的，所述箱体5顶部设置有可供相机镜头13探测内部图像的可视窗11。

具体的，所述微波冻结干燥箱体5内设有四个微波发生装置10，相邻微波发生装置10之间角度呈90度分布。

进一步的，所述箱体5内设有6个耐高温LED灯9，相邻耐高温LED灯9之间角度呈60度分布。

需要说明的是，对于本发明提供的可视化控制微波冻结干燥食品系统，其具体的操作控制过程可以如下：

首先，打开相机镜头13与计算机14，调整相机镜头13的焦距及箱内5内置光源9，使得相机镜头3达到最佳的观测视角状态；接着，开启恒温恒湿箱1，通过恒温恒湿箱控制器2设定箱体5内需要达到的微环境温湿度数值，等待箱体5内温湿度达到稳定；然后，开启恒温水槽8的制冷模式和外部循环模式，通过恒温水槽控制器7设定冷台6冻结温度，使恒温水槽8中的冷冻液从冷台进口21流入，从冷台出口22流出并返回恒温水槽8，从而形成一个完整的水路循环，等待冷台6温度达到稳定；之后，通过微波发生装置控制器12设定微波的初始输出功率；最后，在控温控压条件下，使用相机镜头3将实时拍摄的食品冻结干燥过程图像传输到计算机14，并借助图像分析软件进一步获得食品干燥过程中的结构参数，根据食品在干燥过程中的结构参数变化，自动控制微波发生装置控制器12调节微波输出功率，直至食品冻结干燥过程结束。

由以上技术方案可知，本发明利用恒温恒湿箱，来对箱体进行温湿度控制，以及通过恒温水槽进行制冷控制，来对冷台进行温度控制，通过微波发生装置控制器进行微波输出功率控制，实现了可视化观测过程中，微环境温湿度的控制、冷台温度控制以及微波输出功率控制。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

1.能够实现食品在微波冻结干燥过程中的温湿度控制，实现控温控湿条件下食品微波冻结干燥可视化观测；

2.能够根据所拍摄的实时微波冻结干燥图像分析食品冻结干燥过程中食品的结构变化，自动调整微波输出功率，有效控制食品冻结干燥过程，从而能够生产出高质量的产品。

3.所设计的冷台冻结面积大，温度分布均匀，造价便宜，能够实现冷台对温度控制的需求。

综上所述，本发明提供的基于图像控制食品微波冻结干燥的系统，其可以通过对食品所受到的温湿度控制，实现对食品受温湿度影响下的水分迁移情况进行实时观测，根据所得冻结干燥食品的实时图像分析对应时刻食品的结构状态参数，根据所得冻结干燥食品的实时图像计算对应时刻食品的结构状态参数，以食品结构状态参数与微波输出功率最优曲线为依据，合理控制微波输出功率，实现食品微波冻结干燥最优化处理配置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。