随着牛奶消费量的持续上升,牛奶质量的快速检测成为了食品安全领域的一个重要课题。牛奶中蛋白质和脂肪的含量是评价牛奶质量的两个核心指标。传统牛奶质量检测方法的流程复杂而且耗时较长,无法满足产品在生产过程中实时在线分析的技术要求。近红外光检测技术具有成本低、速度快、操作简便和绿色环保等优点,在化工、农业、医药临床、食品检测等领域具有广阔的应用前景。本文在2014年国家科技支撑课题《奶牛设施养殖智能化关键技术装备研究》的资助下,采用单色近红外透射法,研制了一种可实现对牛奶中蛋白质和脂肪含量快速检测的便携式牛奶成分含量检测仪。首先,本文对红外光在介质中的传播特性及牛奶的结构、组成进行了全面分析,在此基础上,通过对比牛奶中蛋白质和脂肪的红外吸收光谱,确定了用于检测牛奶中蛋白质与脂肪的单色近红外光波长为1518nm和1693nm;根据郎伯比尔定律,建立了用于检测牛奶中蛋白质与脂肪成分含量的数学模型,采用最小二乘曲线拟合的方法,通过检测多种已知蛋白质与脂肪浓度含量的牛奶样品数据计算出数学模型公式的系数。其次,研制了牛奶成分含量检测仪的硬件和软件系统,其中以STC15F2K60S2单片机为核心的硬件系统包括光学系统、电路系统和机械系统;软件系统采用C语言编写,与硬件系统联合工作实现牛奶成分含量检测仪的清洗、进样、加热、测试、记录和显示等基本功能。最后,用研制的牛奶成分含量检测仪对多种样品进行了检测。实验数据表明,仪器的测量精度小于0.3%,测量分辨率小于0.1%,单个样品的检测时间小于5分钟,满足牛奶成分含量检测的技术要求。