Sensor en línea y sistema para la obtención del contenido de grasa en leche que son,

respectivamente, un dispositivo hueco similar a cualquier conducto por el que pueda fluir la leche y que dispone de un orificio transparente a la luz y de una placa situada a corta distancia y paralela a dicho orificio, de forma que siempre haya leche en toda la sección que va desde el orificio hasta esa placa; y un sistema capaz de producir la correspondiente luz de excitación en el infrarrojo cercano o en el visible, por debajo de 1000 nm, y de recoger la señal de luz reflejada por la leche. El contenido de la grasa se obtiene en el sistema en cada instante aplicando un cálculo lineal simple o cuadrático y se proporciona mediante señal analógica o digital, pudiendo suministrar también acciones de control mediante salidas digitales. De aplicación en instalaciones de producción lechera

Sensor en línea y sistema para la obtención del contenido de grasa en leche.

La presente invención se refiere a un sensor optoelectrónico y al sistema de procesamiento previsto para trabajar en línea y que, mediante análisis de reflexión de luz, es capaz de proporcionar una señal que permite cuantificar el contenido de grasa de la leche.

La información acerca del contenido de grasa que el sistema electrónico proporciona se produce en cada instante y puede ser utilizada para cualquier finalidad dentro de una explotación ganadera de leche, o de cualquier industria alimentaria relacionada.

Como quiera que su uso no interfiere en absoluto con el resto de los sistemas de ordeño su aplicación es de carácter general y se puede aplicar a salas de ordeño de cualquier tipo o a robots de ordeño.

Estado de la técnica

Los diversos parámetros de calidad de la leche (contenidos de grasa, proteína, lactosa o recuentos celulares) son factores importantes que permiten diferenciar el producto y que suelen tener una fuerte incidencia económica (F.A. Iñón, S. Garrigues, M. de la Guardia, "Nutritional parameters of commercially available milk samples by FTIR and chemometric techniques", Analytica Chimica Acta, 513 (2004) 401-412) por cuanto pueden definir el precio de la leche para el productor y facilitar o dificultar el procesamiento posterior para su presentación al consumidor, ya sea como producto básico, ya sea como producto elaborado como en el caso de los derivados de la leche (yogurt, queso, helados, etc.).

La grasa, en particular, tiene gran importancia debido a la tendencia general al consumo de productos con un menor contenido en este componente; esto es aplicable tanto al producto básico -la leche- como a los derivados lácteos y, además, suele usarse como un indicativo de calidad y como un factor atractivo para el consumidor.

Por otro lado, las medidas optoelectrónicas en el infrarrojo cercano, bien sea por transmitancia, absorbancia o reflectancia, son sensibles a los contenidos de grasa, proteína y lactosa, según se indica en la publicación (R. Tsenkova, S. Atanassova, K. Itoh, Y. Ozaki y K. Toyoda, "Near infrared spectroscopy for biomonitoring: cow milk composition measurement in a spectral región from 1100 to 2400 nm", Journal of Animal Science, 78: 515-522) donde se establecen relaciones fiables entre las medidas de transmitancia y absorbancia y los contenidos de grasa en la leche de vaca. En esta publicación, las longitudes de onda utilizadas para la medida alcanzan valores superiores a 1000 nm, llegando a más de 2000 nm. En este caso, el diseño de un hipotético sistema basado en este tipo de medida supondría el empleo de emisores y receptores de alto coste así como conductores de luz de materiales especiales, sobre todo si la medida se lleva más allá de 1500 nm.

En la publicación (R. Tsenkova, S. Atanassova, K. Toyoda, Y. Ozaki, K. Itoh, y T. Fearn, "Near-infrared spectroscopy for dairy management: measurement of unhomogenized milk composition", Journal of Dairy Science 82: 2344-2351) se establecen relaciones muy interesantes entre grasa, proteína y lactosa en función de la transmitancia en longitudes de onda más cortas, siempre en el infrarrojo próximo (700-900 nm).

Sin embargo, las medidas de transmitancia en la leche presentan algunos problemas cuando se quieren hacer en línea durante el proceso de ordeño, debidos tanto a las características propias del fluido como a las circunstancias en las que se desarrollaría la medida: en primer lugar, el fluido es bastante opaco y presenta multitud de sustancias disueltas lo que produce una importante dispersión de la luz y una fuerte atenuación de la misma, obligando a utilizar láminas de fluido muy estrechas para la medida, disponer de emisores muy potentes o de fotosensores muy sensibles; por otro lado, el proceso de ordeño extrae la leche de la ubre del animal y la lleva mediante conducciones en las que también está el vacío de pulsación; esto significa que cualquier medida de transmitancia no puede hacerse para el total de la tubería ya que las variaciones de altura del líquido de la tubería introducirían cambios en la atenuación total debido a los cambios en el camino de la luz que se traducirían en cambios en la transmitancia y la consiguiente fuerte perturbación en la estimación del contenido de grasa.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un sensor optoelectrónico de reflectancia para la medida en línea del contenido en grasa de la leche y al sistema electrónico de tratamiento, capaces de proporcionar una señal eléctrica que informa de ese valor.

El sensor capaz de medir el contenido de grasa en la leche está previsto para situarse en cualquier conducción de leche y puede ser la propia conducción ligeramente modificada o un conducto añadido o intercalado en ella y a la que se conecta. En cualquiera de los casos, hay un orificio o ventana que permite el paso de la luz, tanto la de excitación como la de reflectancia y que, por tanto, es transparente, al menos a las longitudes de onda que se emplean para la medida y que siempre estarán por debajo de los 1000 nm, es decir, en el infrarrojo cercano o en el visible. La conducción de leche o el segmento de conducto añadido que actúan como sensor, dispone de una placa situada a corta distancia del orificio y en paralelo a él de tal forma que siempre haya leche en toda la sección que va desde el orificio hasta esa placa.

El funcionamiento del sensor es el siguiente: se introduce un haz de luz de longitud de onda menor de 1000 nm por el orificio, esta luz se refleja en la leche y devuelve un nuevo haz de las mismas longitudes de onda empleadas pero con un valor de intensidad que se relaciona directamente con el contenido de grasa de la leche. En una realización preferida la conducción de la luz de excitación y la luz reflejada puede hacerse mediante fibras ópticas o cualquier otro sistema de guiado óptico.

El sistema de medición del contenido de grasa en leche colocado en línea con las conducciones de leche en cualquier sistema de ordeño, realiza la medida del contenido en grasa, mediante la lectura con un fotosensor o receptor, de la luz reflejada por la leche en respuesta a una excitación luminosa en el visible o infrarrojo cercano producida por una fuente de luz. El receptor o fotosensor proporciona una señal eléctrica, que es tratada según la curva de calibración correspondiente para producir una señal que informe del contenido de grasa.

En una realización preferida, el sistema trabaja en el infrarrojo próximo, por debajo de los 1000 nm y en una realización aún más preferida, en el intervalo comprendido entre 800 y 900 nm.

La fuente de luz puede ser cualquiera capaz de producir un nivel suficiente y en las apropiadas longitudes de onda, aunque es preferible el uso de diodos emisores de luz (LED) por su estabilidad, su bajo consumo y su bajo coste.

El receptor o fotosensor recibe la luz reflejada por la leche en la o las longitudes de onda en que se esté trabajando y proporciona la señal eléctrica proporcional a esa luz. La señal es tratada con posterioridad mediante un circuito analógico para entregar finalmente una señal eléctrica directamente relacionada con el contenido de grasa en la leche. Es posible el empleo de cualquier tipo de fotosensor, con la capacidad de tener una sensibilidad suficiente en las longitudes de onda de interés y en una realización preferida el uso de fotodiodos resulta apropiado para este caso por cumplir con todas las necesidades y poseer un bajo coste.

La relación entre la luz reflejada y el contenido en grasa de la leche puede no ser perfectamente lineal sino que puede tener una función de transferencia estática o curva de calibración con algún factor cuadrático. En una realización preferida se incrementa la exactitud de la medida incluyendo un calculador digital que afina más el valor final de la grasa a partir de la señal analógica. Este calculador incluye los pasos de conversión analógico-digital y puede producir salidas digitales y/o analógicas que representen el contenido en grasa de la leche.

El calculador digital puede proporcionar una o más señales analógicas y/o digitales que indiquen el hecho de que en un momento determinado el contenido en grasa de la leche es mayor o menor que un valor o conjunto de valores prefijado.

En una realización preferida, el sistema proporciona una señal analógica que informa del contenido de grasa.

En otra realización... [Seguir leyendo]

1. Sensor de contenido de grasa de la leche, que comprende una pieza hueca por la que circula la leche con una ventana transparente al infrarrojo (2) para entrada de luz, y que incluye una lámina (10) fija que ocupa una porción de la sección de paso, que está situada paralela a la ventana transparente al infrarrojo (2) de entrada, de forma que el espacio entre la ventana transparente al infrarrojo (2) y la lámina (10) está siempre repleto de leche.

2. Sensor de contenido de grasa de la leche según la reivindicación 1, caracterizado por emplear un conjunto de fibras ópticas para la conducción de la luz desde el emisor de luz (3) hasta la leche y desde la leche hasta el fotosensor (4).

3. Sensor de contenido de grasa de la leche según las reivindicación 1, caracterizado por emplear fibra óptica bifurcada (6) para la conducción de la luz.

4. Sistema de medición del contenido de grasa en leche, caracterizado por medir en línea con las conducciones de leche en cualquier sistema de ordeño, por realizar esta medida mediante la lectura con un receptor o fotosensor (4), de la luz reflejada por la leche en respuesta a una excitación luminosa en el visible o infrarrojo cercano producida por un emisor de luz (3), por que el receptor o fotosensor (4) proporciona una señal eléctrica (5) que es tratada según la curva de calibración correspondiente para producir una señal que informe del contenido de grasa, y porque además comprende un sensor de acuerdo con la reivindicación 1.

5. Sistema de medición del contenido de grasa en leche, según la reivindicación 4, caracterizado por trabajar en el infrarrojo próximo, siempre por debajo de los 1000 nm.

6. Sistema de medición del contenido de grasa en leche, según las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado por trabajar en el infrarrojo próximo, en el intervalo comprendido entre 800 y 900 nm.