一种软物质组装体结构均一性声学分析装置

摘要

本实用新型涉及一种软物质组装体结构均一性声学分析装置，其包括：测试箱体；用于放置样品的样品池，其设于所述测试箱体的内部，所述样品池的相对两侧均设置有驻波管；声波发生装置，其与一侧的所述驻波管连接；检测器，其与另一侧的所述驻波管连接，所述检测器与分析处理系统连接。通过将样品放置在样品池中的载样盘上，在测试前关闭测试箱体实现良好隔音效果，利用声波发生装置发出声波穿过样品，通过采集样品不同部位采样点的声音数据进行分析，可以实现快速精确评价的样品的均一性，通过同一部位一定时间采样分析，实现精确评价样品稳定性。

说明书

技术领域

本实用新型涉及分析装置器设备技术领域，特别涉及一种软物质组装体结构均一性声学分析装置。

背景技术

软物质于1991年由诺贝尔物理学奖得主P.G.de Gennes提出，是指介于固体和理想流体之间的物质，包括液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质等，在自然界、生命体、日常生活和生产中广泛存在。

食品工业中广泛使用的多糖和蛋白质等按照软物质理论被认为是软凝聚态物质，食品组分(如蛋白质、多糖)之间通过分子组装，可形成具有不同结构(液体、半固体和固体)的聚集体，不同的聚集体结构决定了食品的品质和质量。这类软物质复配体系中的组装结构及均一性决定着液态、半固态和固态食品的微观结构和应用品质。软物质组分所形成组装结构及均一性的表征是控制食品质量的前提，更是食品工业的应用技术需要。因此，准确快速的检测软物质组装体结构均一性对研发高质量食品具有重要意义。

相关技术中，测定软物质组装体结构的均一性主要为红外光谱成像、拉曼光谱成像、低场核磁技术等。但是，这些测定软物质组装体结构的均一性评定仪器设备复杂，实验耗时长，效率低下。

因此，有必要提出一种新的软物质组装体结构均一性声学分析装置，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种软物质组装体结构均一性声学分析装置，以解决相关技术中的均一性评定仪器设备复杂，实验耗时长，效率低下的问题。

第一方面，提供了一种软物质组装体结构均一性声学分析装置，其包括：测试箱体；用于放置样品的样品池，其设于所述测试箱体的内部，所述样品池的相对两侧均设置有驻波管；声波发生装置，其与一侧的所述驻波管连接；检测器，其与另一侧的所述驻波管连接，所述检测器与分析处理系统连接。

一些实施例中，所述样品池安装于升降机构，所述升降机构可驱动所述样品池沿高度方向移动。

一些实施例中，所述声波发生装置和所述检测器安装于升降机构，所述升降机构可驱动所述声波发生装置和所述检测器沿高度方向移动。

一些实施例中，所述声波发生装置包括声源和滤波器，所述滤波器设置于所述声源和所述样品池之间。

一些实施例中，所述驻波管的轴线垂直于所述样品池的板面，所述样品池上自上而下间隔设置有多个取样点。

一些实施例中，多个所述取样点的轴心位于同一直线上，且所述直线沿竖直方向延伸。

一些实施例中，所述声波发生装置、所述驻波管和所述检测器的轴线均处于同一直线上。

一些实施例中，所述样品池的内部设有腔体，所述样品池靠近所述声波发生装置和靠近所述检测器的一侧均设有开口，所述腔体与所述开口连通。

一些实施例中，所述样品池的相对两侧壁上设有用于安装载样盘的插槽，所述插槽沿竖直方向延伸，两侧的所述插槽的连线垂直于两侧的所述开口的连线。

一些实施例中，所述样品池的底部设有温控器。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果包括：

本实用新型实施例提供了一种软物质组装体结构均一性声学分析装置，通过将样品放置在样品池中的载样盘上，在测试前关闭测试箱体实现良好隔音效果，利用声波发生装置发出声波穿过样品，通过采集样品不同部位采样点的声音数据进行分析，可以实现快速精确评价的样品的均一性，设备简单，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种软物质组装体结构均一性声学分析装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的软物质组装体结构均一性声学分析装置的采样点的分布图；

图3为本实用新型实施例1提供的KGM/S复合物的高度-吸声系数图；

图4为本实用新型实施例2提供的K0.4G4复合物的高度-吸声系数图；

图5为本实用新型实施例2提供的K0.4G2复合物的高度-吸声系数图；

图6为本实用新型实施例提供的软物质组装体结构均一性声学分析装置的样品池的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的软物质组装体结构均一性声学分析装置的俯视结构示意图。

图中标号：

1、测试箱体；2、样品池；21、腔体；22、开口；23、插槽；24、温控器；3、驻波管；4、声波发生装置；5、检测器；6、分析处理系统；7、升降机构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种软物质组装体结构均一性声学分析装置，其能解决相关技术中评定仪器设备复杂，实验耗时长，效率低下的问题。

参见图1所示，为本实用新型实施例提供的一种软物质组装体结构均一性声学分析装置，其可以包括测试箱体1、样品池2、驻波管3、声波发生装置4、检测器5和分析处理系统6。

测试箱体1包括由亚克力制备的箱体外壳及由隔音材料铺设的内壁，隔音材料可有效阻隔外界环境噪音干扰；

样品池2用于放置样品，其设于所述测试箱体1的内部，样品池2由石英玻璃等类似材料制备，样品池2内设置载样盘，载样盘能载样本厚度可以在1cm～5cm之间，样品池2的底部可以设置有温控器24，以维持样品的温度，所述样品池2的相对两侧均设置有驻波管3；

声波发生装置4与一侧的所述驻波管3连接，声波发生装置4包括声源和滤波器，所述滤波器设置于所述声源和所述样品池2之间，声源可发出20-10000Hz的音频穿透样品池2，滤波器和驻波管3位于样品池2的前端，有利于筛选并集中音频；

检测器5与另一侧的所述驻波管3连接，所述检测器5与分析处理系统6连接，驻波管3及检测器5位于样品池后方，用于提高测试稳定性，检测器5用于测量不同的软物质组分所形成组装物吸收声波后的声音强度，检测器5的探头连线穿过测试箱体1右侧孔洞与外界的分析处理系统6相连，通过利用不同软物质组装体凝胶对不同频率声音的吸收程度不同，对其结构的均一性进行表征，速度快，效果好，设备简单。

参见图1和图2所示，在一些可选的实施例中，所述样品池2安装于升降机构7，所述升降机构7可驱动所述样品池2沿高度方向移动，本实施例中，升降机构7具有精密垂直导轨升降系统，采用静音马达作为动力源，并通过控制箱进行控制，静音马达的工作噪音低于40分贝，样品池2设置有至少5个取样点，利用升降机构7驱动样品池2移动，对5个取样点分别取样，方便快速，通过比较5个以上取样点的吸声系数的一致性，分析组装体凝聚态结构的均一性，取样点分布均匀，测试结果更准确，取样过程简单，方便快速。在其他实施例中，所述声波发生装置4和所述检测器5也可以安装于升降机构7，所述升降机构7可驱动所述声波发生装置4和所述检测器5沿高度方向移动，通过利用升降机构7驱动声波发生装置4和所述检测器5移动，对5个取样点分别取样，能够避免样品池2移动对样品的结构的影响。

进一步，升降机构7还具有传感器，用于检测静音马达的转速，控制稳定匀速升降样品池2或声波发生装置4和检测器5。

参见图1和图2所示，在一些实施例中，所述驻波管3的轴线垂直于所述样品池2的板面，所述样品池2上自上而下间隔设置有多个取样点，由驻波管3穿过的声波可以最大面积的穿过样品池2的板面，使测试结果更准确，取样点自上而下设置多个，符合重力学规律，可以测试样品不同位置的均一性和稳定性。

参见图2所示，优选的，多个取样点的轴心位于同一直线上，且多个取样点的连线沿竖直方向延伸，可以适应样品池2或声波发生装置4和检测器5的移动路径，避免移动路径需要改变而引起噪音。

参见图1和图7所示，优选的，所述声波发生装置4、所述驻波管3和所述检测器5的轴线均处于同一直线上，使声音由声源产生后，可以由滤波器、驻波管3和检测器5的正中心穿过，避免部件之间错位设置对声波产生阻碍或产生噪音，使测试结果更加准确。

参见图6和图7所示，在一些实施例中，所述样品池2的内部设有腔体21，所述样品池2靠近所述声波发生装置4和靠近所述检测器5的一侧均设有开口22，所述腔体21与所述开口22连通，本实施例中，开口22沿竖直方向延伸，开口22的宽度小于其所在的一侧侧壁的宽度，驻波管3的端部正对开口22，腔体21内设有载样盘，从而使声波可以由开口22进入腔体21并穿过载样盘上的样品进行测试，样品池2可以使声音更加集中，测试结果更准确。

参见图6和图7所示，在一些实施例中，所述样品池2的相对两侧壁上设有用于安装载样盘的插槽23，所述插槽23沿竖直方向延伸，两侧的所述插槽23的连线垂直于两侧的所述开口22的连线，本实施例中，样品池2的顶部设有开口，在安装载样盘时，由样品池2的顶部插入插槽23并沿插槽23向下按压移动即可，安装方便，可以将载样盘固定起来，安装后载样盘内样品的板面正对两侧的开口，便于测试。

本申请的软物质组装体结构均一性声学分析装置的测试方法可以包括以下步骤：

步骤S01，放入样品至样品池2内，关闭所述测试箱体1。

步骤S02，开启声波发生装置4，利用检测器5采集所述样品的不同部位采样点的声音数据。

步骤S03，利用分析处理系统6根据所述声音数据分析所述样品在不同部位采样点的吸声系数。

步骤S04，根据所述样品在不同部位采样点的吸声系数分析所述样品的均一性。

本实施例中，通过在配置良好隔音效果的测试箱体1内，进行实验样品不同取样点对声音的吸收过滤测试，利用高精度的分析处理系统6对不同取样点过滤后的声音强度和声音频率进行评估分析，从而对软物质组装体结构的均一性进行表征，速度快，效果好。

参见图1和图2所示，在一些可选的实施例中，所述利用检测器5采集所述样品的不同部位采样点的声音数据可以包括：利用升降机构7驱动所述样品池2移动至不同的指定位置，并利用所述检测器5采集所述样品在不同的指定位置时的声音数据。在其他实施例中，也可以利用升降机构7驱动所述声波发生装置4和所述检测器5移动至不同的指定位置，并利用所述检测器5采集所述样品在不同的指定位置时的声音数据，通过升降机构7驱动样品池2移动或驱动声波发生装置4和检测器5同步移动，达到一次实验可以测定5个以上的取样点，方便快速。

参见图1所示，进一步的，在所述开启所述声波发生装置4之前，还可以包括：获取所述样品的特征吸收频率，调整所述声波发生装置4的发射频率至所述特征吸收频率，本实施例中，由于某一介质对某一声源特定频率构成的不同频率的能量分别具有不同的吸收，由这一吸收数据做出的吸收曲线称为吸声频率特性曲线，该介质对特性频率具有最大吸收峰，此频率称为特征吸收频率，测试时，针对不同品种的样品纯物质或者是混合物，将特定的声波通过样品后，测量声波的衰减程度以及频率变化，通过对比同一样品在特征吸收频率下的不同采集点对声音的吸收系数判定该样品的均一性，使测试结果更为直观和准确。

参见图1所示，进一步的，所述利用分析处理系统6根据所述声音数据分析所述样品在不同部位采样点的吸声系数包括：记录声波通过所述样品池2前的发射强度和通过所述样品池2后的接收强度；根据所述发射强度和所述接收强度计算所述吸声系数，本实施例中，吸声系数的计算方法为：吸声系数＝(发射强度-吸收强度)/发射强度，通过声波发生装置4的发射强度和检测器5测得的接收强度来计算吸声系数，简单直观，方便快速。

参见图1所示，进一步的，所述根据所述样品在不同部位采样点的吸声系数分析所述样品的均一性可以包括：比较所述样品在不同部位采样点的吸声系数，若所述吸声系数在预设范围内，则表明所述样品的均一性良好，本实施例中，软物质组分复合物溶液可制备出复杂多孔结构的材料，这类材料通常对声音吸收能力很强，通过采集声波通过样品后的声衰减、声强、声频等声变化来反映软物质组装体结构均一性，如果软物质组分间组装体结构均一，则会表现为声波通过复合样品不同部位产生的变化一样，声衰减、声强、声频等相同或相近，则表明复合样品在各个部位性质相同，形成了均一体系，测试设备简单，过程快速。

在所述根据所述样品在不同部位采样点的吸声系数分析所述样品的均一性之后，还可以包括：开启所述声波发生装置4，通过所述检测器5采集所述样品的同一部位采样点随时间变化的声音数据；利用分析处理系统6分析所述样品的同一部位采样点吸收的声波随时间的变化；根据所述样品的同一部位采样点吸收的声波随时间的变化，分析所述样品的稳定性，本实施例中，通过采集样品的同一部位吸收的声波随时间变化规律，分析组装体凝聚态结构的稳定性，利用不同软物质组装体凝胶对不同频率声音的吸收程度不同，可以对其结构的稳定性进行表征，准确度好，效率高。

具体的，软物质组装体结构均一性稳定性测试方法可以包括以下步骤：

将溶胶、凝胶、膜等生物质材料装入特定尺寸的测试容器石英玻璃皿或其他，放置于样品池2中，样品厚度不超过5cm，关闭测试箱体1；

利用升降机构7控制声波发生装置4和检测器5同频升降或样品池2升降来取点采集数据，当在升降机构7的传感器到达指定检测点时，动力传导部件停止移动，开启声波发生装置4，输入适合测试的声波参数，并打开分析处理系统6，实时采集音量数据，录音分辨率为20-10000Hz，音量精度为0.1dB，且当升降机构7工作时，关闭声音数据采集系统；

测试不同部位的5个采样点，从距离样品池2顶部0.5cm处开始测试样品，间隔0.5cm，采集5个数据点对不同部位吸收声波后的变化，同时分析处理系统6以0.1s的频率记录。

通过分析处理系统6自动分析上述5个数据点作图，通过5个数据点的一致性分析组装体凝聚态结构的均一性。

测试软物质组装体结构稳定性时，则测试同一部位采样点，可设置测试间隔时间，如间隔5s(1h)，绘制时间-吸声系数曲线，对比样品随时间变化后同部位吸收声波的变化；通过分析处理系统6，软件自动分析上述时间-吸声系数曲线，通过不同时间段数据点升降判定组装体凝聚态结构的稳定性。

本实用新型实施例提供的一种软物质组装体结构均一性声学分析装置的原理为：

通过采用驻波管法采集声波通过样品不同部位后的声衰减、声强、声频等声指标的变化，并对比样品多个数据点的吸声系数的一致性及同一部位的吸声系数随时间变化规律，分析组装体凝聚态结构的均一性及稳定性，实现样品的原位、无损、动态监测，以全新的视角、简单快速的方法解构软物质组分的相互作用，将为科学研究软物质提供全新手段与工具，丰富软物质组分的研究方法，也提供了一种可以互相验证和参考的不同状态样品均一性和稳定性的检测方法。

下面将结合实施例1和2，对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1为魔芋葡甘聚糖-可溶性淀粉溶液的制备：

分别将采用溶液浇铸法制备了一系列不同混合比的魔芋葡甘聚糖KGM/可溶性淀粉S共混溶液，其配方如表1所示。首先，将KGM粉末溶解在蒸馏水中，通过电动搅拌器以600rpm的速度连续搅拌1小时，制备KGM溶液；同样，S溶液的制备方法是将S溶解在蒸馏水中，在95℃下以400rpm的速度连续搅拌0.5h；KGM/S共混溶液的制备方法是将S溶液缓慢加入KGM溶液中，在60℃下以1000rpm的速度搅拌0.5h。然后将共混溶液倒入玻璃板28cm×28cm×1.5cm上，并在60℃的烘箱中干燥成膜12小时。所有样品中KGM和S的总含量保持为1.0g干基；试验前，所有共混膜均在25±1℃、40±2％相对湿度RH条件下处理48小时。薄膜厚度mm用千分尺测量。

表1不同比例KGM/S复合溶液/复合膜的配方

选取上述搅拌好的KGM/S复合物3种比例的复合溶液通过定量进样器置于石英玻璃皿中，放入样品池2内，并关闭测试箱体1实现良好隔音效果，开启升降机构7控制声波发生装置4和检测器5同频升降取点，设置距离样品池顶部0.5cm处开始取点，开启声波发生装置4，输入测试的声波参数，通过采集样品5个数据点，分析判断KGM/S复合物的均一性。

实施例2为魔芋葡甘聚糖-明胶溶液的制备：分别将采用溶液浇铸法制备了一系列不同混合比的魔芋葡甘聚糖KGM/明胶G共混溶液，其配方如表2所示。首先，将KGM粉末溶解在蒸馏水中，通过电动搅拌器以600rpm的速度连续搅拌1小时，制备KGM溶液。同样，G溶液的制备方法是将G溶解在蒸馏水中，G在90℃下以400rpm的速度连续搅拌0.5h；KGM/G共混溶液的制备方法是将G溶液缓慢加入KGM溶液中，在90°KGM/G下以1000rpm的速度搅拌1h；然后将共混溶液倒入玻璃板28cm×28cm×1.5cm上，并在60℃的烘箱中干燥成膜12小时；所有样品中KGM和G的总含量保持为1.0g干基；试验前，所有共混膜均在25±1℃、40±2％相对湿度RH条件下处理48小时。薄膜厚度mm用千分尺测量。

表2不同比例KGM/G复合溶液/复合膜的配方

选取上述搅拌好的KGM/G复合物2种比例的复合溶液通过定量进样器置于石英玻璃皿中，放入样品池2内，并关闭测试箱体1实现良好隔音效果，开启升降机构7控制声波发生装置4和检测器5同频升降取点，设置距离样品池顶部0.5cm处开始取点，开启声波发生装置4，输入测试的声波参数，通过采集样品5个数据点，分析判断KGM/G复合物的均一性。

参见图3、图4和图5所示，该结果表明，KGM/S复合物组装体结构均一性良好，五个测试点的吸声系数标准偏差除于算术平均值小于0.05，说明该复合物组装体的均一性良好；K0.4G4复合物静置1天组装体系发生相分离；K0.4G2测试的五个测试点吸声系数标准偏差除于算术平均值远远大于于0.05，即说明发生沉降分离，均一性较差。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在本实用新型中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。