BR112013027681A2 - Aparelho para classificação de partículas em classes de qualidade e método para classificação de partículas em classes de qualidade - Google Patents

Abstract

aparelho para classificação de partículas em classes de qualidade e método para classificação de partículas em classes de qualidade. um aparelho e um método para classificação de partículas em classes de qualidade de partículas são descritos. o aparelho compreende um dispositivo de medição (400) para determinar pelo menos uma propriedade analítica das referidas partículas. um dispositivo de transporte (300) transporta as partículas passando no dispositivo de medição. um dispositivo de classificação (500) é operativamente acoplado ao dispositivo de medição e classifica as partículas em pelo menos duas classes de qualidade com base na propriedade analítica. para assegurar um transporte rápido e confiável, o dispositivo de transporte compreende uma superfície de transporte (310) configurada para se mover em uma direção de transporte. a superfície de transporte tem uma pluralidade de perfurações. o dispositivo de transporte compreende ainda uma bomba (130) para aplicar uma pressão diferencial a estas perfurações, para fazer com que as partículas alimentadas ao dispositivo de transporte sejam aspiradas nas perfurações e para serem transportadas sobre a superfície de transporte passando no dispositivo de medição para o dispositivo de classificação. em concretizações preferíveis, a superfície de transporte é implementada como uma correia transportadora sem fim ou como um tambor de transporte.

Description

“APARELHO PARA CLASSIFICAÇÃO DE PARTÍCULAS EM CLASSES DE

QUALIDADE E MÉTODO PARA CLASSIFICAÇÃO DE PARTÍCULAS EM CLASSES DE QUALIDADE” Campo técnico 5 A presente invenção refere-se a um aparelho e um método para a análise em tempo real, não invasiva, e não destrutiva e classificação de partículas de propriedades analíticas misturadas, tais como sementes, cereais, grãos, feijão, contas, pílulas, partículas de plástico, partículas minerais, ou qualquer outro material granulado em duas ou mais classes de qualidade. Uma classe de qualidade contém partículas de propriedades analíticas semelhantes, as quais podem incluir propriedades físicas, propriedades químicas, propriedades bioquímicas, ou de grau de contaminação com agentes contaminantes ou agentes infecciosos. As partículas podem ser de origem agrícola, como no caso de sementes, cereais e grãos, ou de qualquer outra origem. Técnica anterior Muitos sistemas foram sugeridos na técnica anterior para a classificação de material granulado de acordo com vários critérios, tais como, tamanho, forma, cor, presença ou ausência de determinados materiais, ou propriedades orgânicas, tais como, umidade, densidade ou concentração de proteína. Para este fim, é conhecido o transporte das partículas passando por uma estrutura de medição o qual leva as imagens das partículas e/ou medidas das propriedades espectrais das partículas nas regiões UV ou IR, visíveis do espectro eletromagnético. Vários meios para transportar as partículas passando por uma estrutura de medição foram sugeridos. Particularmente, uma variedade de arranjos foi sugerida onde as partículas deslizam para baixo em uma calha inclinada ou são transportadas por uma correia transportadora a uma região de medição, que é atravessada pelas partículas em queda livre. As partículas são classificadas através do desvio das partículas selecionadas para dentro de um recipiente separado através de uma corrente de ar a partir de um bico de ar comprimido.

Os exemplos incluem as patentes US 6.078.018, US 6.013.887 e US 4.699.273. Em tais arranjos, o processo 5 de manuseio das partículas durante a classificação não é controlado, e é consequentemente, difícil para apropriadamente sincronizar a etapa de medição e a etapa de classificação, que pode fazer com que as partículas que devem ser desviadas sejam perdidas pelo fluxo de ar ou pode fazer com que partículas erradas sejam desviadas.

Uma desvantagem adicional de tais arranjos, é que a orientação e a trajetória exata das partículas durante a etapa de medição é indeterminada.

Além disso, tais estruturas oferecem apenas flexibilidade muito limitada em relação às condições de medição, apenas a título de exemplo, uma vez que uma determinada estrutura foi escolhida, esta estrutura irá determinar a velocidade das partículas atravessando a região de medição e, consequentemente, o tempo de integração máximo do detector.

Isto é desvantajoso se a propriedade analítica que está para ser determinada deva ser alterada, uma vez que diferentes propriedades analíticas podem exigir diferentes tempos de integração do detector.

Outra desvantagem é que tais arranjos classificam as partículas geralmente apenas em duas classes de qualidade, e modificações para classificar em mais do que duas classes de qualidade são difíceis para implementar ou mesmo impossíveis.

A US 7.417.203 descreve um dispositivo de classificação onde as partículas são transportadas passado pela região de medição no interior de um tambor rotativo provido, no seu interior, com um grande número de cavidades.

O tambor é rotacionado a uma velocidade tal que as partículas serão isoladamente retidas nas cavidades pelas forças centrífugas.

As cavidades são providas com perfurações.

Um detector mede uma propriedade das partículas através destas perfurações, e as partículas são classificadas em diferentes recipientes por pulsos de ar.

Uma desvantagem de tal configuração, é que a faixa de velocidades de rotação possíveis (velocidades angulares) do tambor rotativo é muito limitada.

Se a velocidade de rotação é 5 muito pequena, as partículas podem não ser adequadamente retidas em suas cavidades durante o processo de medição e classificação.

Por outro lado, se a velocidade de rotação for muito alta, existe um risco de excesso de enchimento das cavidades com várias partículas.

A US 5.956.413 descreve um aparelho para simultaneamente avaliar uma pluralidade de grãos de cereais por imagem de vídeo.

Os grãos são transportados passando por uma câmara de vídeo por meio de uma correia transportadora vibratória tendo uma pluralidade de ranhuras transversais.

Os grãos de cereais são espalhados nestas ranhuras com o auxílio de uma segunda correia transportadora.

Para separar os grãos a partir de diferentes ranhuras, é sugerido cobrir as ranhuras da primeira correia por uma terceira correia tendo ranhuras similares alinhadas com as ranhuras da primeira correia, de modo a formar canais cilíndricos entre as duas correias.

Uma fonte de ar comprimido é utilizada para soprar os grãos dos canais selecionados para dentro de um recipiente separado.

Uma desvantagem deste arranjo é que todos os grãos em um canal selecionado são soprados para o interior do mesmo recipiente, isto é, nenhuma seleção individual de grãos isolados é possível.

O WO 2006/054154 descreve diferentes concretizações de aparelhos para classificação de partículas minerais inorgânicas utilizando espectroscopia de reflectância.

Em uma concretização, as partículas são alimentadas em uma correia transportadora longitudinalmente ranhurada e transportadas passando por um espectrômetro de reflectância.

Com base na informação espectral obtida, a partir do espectrômetro, as partículas minerais são classificadas, e as partículas identificadas individualmente podem ser escolhidas a partir da correia transportadora por meio de um único mini ciclone pneumático. Devido à presença de apenas um único meio para a escolha das partículas individuais a partir da correia, o aparelho é apenas adequado para a escolha de 5 um número relativamente pequeno de partículas de interesse a partir de uma grande amostra de partículas, no entanto, tal aparelho não é adequado para a classificação de partículas em diferentes classes de qualidade de tamanhos semelhantes. Das semeadoras é conhecida a dispensa das sementes individuais com a ajuda de um tambor tendo perfurações, para o qual é aplicado sucção para permitir que as sementes sejam escolhidas pelo tambor pela ação de vácuo. Exemplos de tais máquinas são providos nas patente US

4.026.437, DE 101 40 773, EP 0 598 636, US 5.501.366, e EP 1 704 762. Nestas máquinas, as sementes são escolhidas pelo tambor a partir de um recipiente ou tremonha de coleta, e transportadas sobre a superfície externa do tambor em todo o percurso até serem liberadas a partir da superfície em uma região de liberação, a partir de onde elas são depositadas no solo. A liberação é realizada pelo bloqueio da ação de vácuo através de meios mecânicos passivos no interior do tambor, possivelmente em combinação com um raspador no lado de fora do tambor. Estes dispositivos atuam somente como mecanismos de posicionamento, e nenhuma análise ou classificação é realizada de nenhuma maneira. Elas são normalmente instaladas nas máquinas agrícolas, tais como, tratores agrícolas, que procedem a uma velocidade baixa para permitir uma distribuição apropriada das sementes no solo. Em Martin et al, Development of a single kernel wheat characterizing system, Transactions of the ASAE, vol. 36, pp. 1399-1404 (1993) é descrito um método para a alimentação de grãos um por um para um dispositivo de trituração subsequente por meio de um tambor rotativo. O tambor tem uma ranhura espiral interna que transporta os grãos para uma ranhura em forma de U em uma das extremidades do tambor.

A ranhura em forma de U tem seis furos de escolha para a retenção dos grãos no interior dessa ranhura pela ação do vácuo.

Os grãos retidos dessa 5 maneira são transportados para uma ranhura de interceptação, onde eles são liberados e caem dentro do dispositivo de trituração.

O tambor gira a uma baixa velocidade de 30 rpm.

A capacidade de transporte é de cerca de dois grãos por segundo.

Nenhuma classificação é realizada.

O projeto mecânico impede que o sistema seja expandido para velocidades mais altas e, portanto, inadequado para aplicações de rápida classificação.

Sumário da invenção É um objetivo da presente invenção prover um aparelho de classificação o qual permite a classificação rápida e confiável de partículas individuais em classes de qualidade de propriedades analíticas semelhantes, as quais podem ser facilmente modificadas para permitir a classificação em mais do que duas classes de qualidade, e que ofereça uma maior flexibilidade na escolha da taxa de transferência das partículas e parâmetros de medição.

Este objetivo é alcançado através de um aparelho de acordo com a reivindicação 1. A presente invenção refere-se adicionalmente a um método de classificação de acordo com a reivindicação 21. Outras concretizações da invenção são definidas nas reivindicações dependentes.

A invenção prove um aparelho para a classificação de partículas em classes de qualidade, compreendendo: - um dispositivo de medição para determinar pelo menos uma propriedade analítica das referidas partículas; - um dispositivo de transporte para transportar as partículas passando no dispositivo de medição; e - um dispositivo de classificação operativamente acoplado ao referido dispositivo de medição para a classificação das partículas em pelo menos duas classes de qualidade baseadas na referida propriedade analítica.

Para conseguir o transporte eficiente, rápido e bem definido das partículas passando no dispositivo de medição, o dispositivo de transporte compreende uma superfície de transporte configurada para mover em uma 5 direção de transporte, a superfície de transporte tendo uma pluralidade de perfurações.

O dispositivo de transporte compreende ainda uma bomba para aplicar uma pressão diferencial as referidas perfurações pelo menos em uma região selecionada da superfície de transporte para fazer com que as partículas alimentadas ao citado dispositivo de transporte sejam aspiradas nas referidas perfurações e para serem transportadas sobre a citada superfície de transporte ao longo da direção de transporte passando no dispositivo de medição para o dispositivo de classificação.

As partículas irão assim serem transportadas sobre um primeiro lado da superfície de transporte em locais bem definidos, definidos pelas perfurações, estas perfurações geralmente sendo menores do que a menor dimensão das partículas, de modo a evitar que as partículas passem através das perfurações.

A bomba é, preferivelmente, uma bomba de sucção aplicando vácuo abaixo da pressão ambiente para um espaço confinado pelo lado oposto (segundo) da superfície de transporte, de modo a aspirar as partículas através de uma ação de vácuo.

No entanto, é também concebível que a bomba aplique uma sobre pressão a um espaço confinado pelo primeiro lado, de modo a gerar um fluxo de ar através das perfurações a partir do primeiro lado para o segundo lado da superfície de transporte, o que causaria a aspiração em uma maneira equivalente como se o vácuo fosse aplicado ao segundo lado.

O dispositivo de medição pode incluir um ou mais espectrômetros, espectrômetros de imagem, câmeras, espectrômetros de massa, filtros acústicos-ajustáveis, etc., para analisar partículas, como grãos, feijões, ou sementes em relação às suas propriedades analíticas.

O presente aparelho pode ser capaz de avaliar uma ou várias propriedades analíticas simultaneamente através da medição das propriedades espectrais (isto é, a dependência de certas propriedades ópticas semelhantes a 5 reflectância ou transmissão em comprimento de onda) das partículas sob investigação.

Os tipos de partículas que podem ser classificadas com tal aparelho e método incluem, sem estar limitadas as mesmas, partículas agrícolas, tais como, grãos, feijões, sementes ou grãos de cereais, tais como trigo, cevada, aveia, arroz, milho ou sorgo; soja, grãos de cacau, grãos de café, e muitos mais.

Tipos de propriedades analíticas que podem ser avaliadas são, sem estar limitadas as mesmas, propriedades bioquímicas ou químicas, o grau de contaminação com agentes contaminantes e/ou agentes infecciosos e/ou outros agentes patogênicos, e/ou propriedades sensoriais e geométricas, tais como, tamanho, forma, e cor.

Particularmente, as propriedades bioquímicas devem ser entendidas como sendo propriedades que refletem a estrutura, a composição e as reações químicas das substâncias em organismos vivos.

As propriedades bioquímicas incluem, sem estar limitada as mesmas, teor de proteína, teor de óleo, teor de açúcar, e/ou teor de aminoácidos, teor de umidade, teor de polissacarídeo, em particular, teor de amido ou teor de glúten, teor de gordura ou óleo, ou teor em marcadores químicos ou bioquímicos específicos, por exemplo, marcadores de degradação química, como eles são geralmente conhecidos na técnica.

Os agentes contaminantes ou infectantes incluem microorganismos e produtos químicos nocivos, os quais podem causar doenças ao consumidor e incluem, sem estar limitado aos mesmos, fungicidas, herbicidas, inseticidas, agentes patogênicos, bactérias e fungos.

Em uma primeira concretização preferida, o dispositivo de transporte compreende uma correia transportadora sem fim (correia transportadora) definindo a referida superfície móvel, a correia tendo perfurações.

O dispositivo de transporte então, preferivelmente, compreende ainda uma caixa que é aberta em sua parte inferior, a parte inferior da caixa sendo coberta pela citada correia 5 transportadora, a caixa sendo conectada à bomba para a aplicação de vácuo para a referida caixa.

Desta forma, vácuo pode ser aplicado a uma região bem definida da correia transportadora de uma maneira muito simples.

A caixa pode alojar pelo menos parte do referido dispositivo de medição e/ou do referido dispositivo de classificação.

A título de exemplo, a caixa pode alojar uma ou mais fontes de energia, como fontes de som ou de luz para analisar as partículas, um ou mais detectores para receber a energia transmitida através da e/ou refletida ou dispersa a partir de partículas e/ou um ou mais atuadores, tais como bicos de ejeção pneumáticos para, seletivamente, ejetar as partículas a partir das perfurações em locais definidos.

Em uma outra concretização preferida, o dispositivo de transporte compreende um tambor de transporte rotativo ou uma roda tendo uma superfície circunferencial ou superfície gerada que define a referida superfície móvel.

O tambor é então, preferivelmente, conectado à bomba para aplicação de vácuo ao interior do referido tambor.

Em particular, a bomba pode ser conectada ao interior do tambor através de um eixo central oco do tambor.

Pelo menos parte do referido dispositivo de medição e/ou do referido dispositivo de classificação pode estar disposta no interior do referido tambor.

Em todas as concretizações é preferido que as perfurações sejam arranjadas em uma pluralidade de linhas paralelas estendendo na direção de transporte.

Desta maneira, é possível mover uma pluralidade de partículas passando no referido dispositivo de medição simultaneamente em locais bem definidos.

A distância lateral entre as linhas é, preferivelmente, um pouco maior do que a maior dimensão (média) das partículas de modo a evitar a sobreposição das partículas.

As perfurações das linhas adjacentes podem ser arranjadas na mesma posição ao longo da direção de transporte, de modo que as perfurações formar uma grade retangular na superfície de transporte, ou elas 5 podem ser arranjadas em diferentes posições ao longo da direção de transporte, de modo que as perfurações formem uma grade oblíqua ou até mesmo um arranjo irregular.

O aparelho pode ser complementado por um dispositivo de alimentação para receber um volume das citadas partículas, para singularização das referidas partículas, e para a alimentação das citadas partículas singularizadas ao citado dispositivo de transporte.

Em uma concretização preferida, o dispositivo de alimentação compreende uma correia de alimentação sem fim configurada para receber as referidas partículas a partir de algum dispositivo de armazenamento, tais como, uma tremonha, possivelmente acoplada com um dispositivo de singularização, tal como, uma plataforma (“stage”) vibratória, e para transportar as referidas partículas na direção de transporte para a referida superfície de transporte para permitir que as referidas partículas sejam aspiradas nas perfurações da superfície de transporte.

A correia de alimentação, preferivelmente, se move na direção de transporte a uma velocidade que é inferior do que, mas próxima da velocidade da superfície de transporte, preferivelmente, em 50% - 100%, em particular, 70% - 90 % da velocidade da superfície de transporte, de modo a otimizar a aspiração e minimizar a aceleração das partículas na direção de transporte quando as partículas são aspiradas na superfície de transporte.

Isto permite que a superfície de transporte se mova a uma velocidade mais elevada do que na ausência da correia de alimentação.

A correia de alimentação pode ter uma superfície externa com uma pluralidade de ranhuras paralelas estendendo na direção de transporte, as ranhuras tendo uma distância lateral correspondente a uma distância lateral entre as perfurações da superfície de transporte, de modo a melhor posicionar as partículas abaixo das perfurações.

A correia de alimentação pode, em algumas concretizações, ser também perfurada de uma maneira semelhante conforme a superfície de transporte, 5 bem como com um diferencial de pressão aplicado à correia de alimentação.

Então é preferível que o diferencial de pressão aplicado à correia de alimentação seja zero ou muito menor do que o diferencial de pressão aplicado à superfície de transporte já que é a região onde a correia de alimentação se sobrepõe com a superfície de transporte para a aspiração das partículas a partir da correia de alimentação para a superfície de transporte.

Um conduto de recirculação pode ser provido para o transporte de partículas que não foram aspiradas em direção a citada superfície de transporte de volta para o referido dispositivo de alimentação.

O conduto de recirculação pode ser acoplado à mesma bomba que também gera o diferencial de pressão da superfície de transporte.

Em concretizações preferidas, a análise das partículas é efetuada por meios ópticos, e o referido dispositivo de medição compreende pelo menos uma fonte de luz e pelo menos um detector de luz.

O termo “luz” deve ser entendido para abranger todos os tipos de radiações eletromagnéticas a partir da região infravermelha (IR) distante para a ultravioleta (UV) extrema, ou mesmo a região do raio-X do espectro eletromagnético.

A fonte de luz e detector de luz podem ser arranjados em lados diferentes da superfície de transporte, de modo a brilhar a luz através das citadas perfurações, e o detector de luz pode então ser arranjado para receber a luz transmitida através das partículas passando no dispositivo de medição na citada superfície de transporte.

Em outras concretizações, a fonte de luz e o detector de luz podem ser arranjados sobre o mesmo lado da superfície de transporte (preferivelmente sobre o lado que as partículas são transportadas), o detector de luz sendo arranjado para receber a luz refletida a partir das partículas passando no dispositivo de medição sobre a citada superfície de transporte.

Para aumentar o rendimento do aparelho, o dispositivo de medição pode 5 compreender uma pluralidade de detectores de luz arranjados ao longo de uma direção transversal estendendo transversalmente à direção de transporte, de modo a permitir medições simultâneas das propriedades analíticas das partículas passando no dispositivo de medição em diferentes localizações transversais.

O detector de luz pode compreender pelo menos um espectrômetro configurado para gravar espectros de luz recebidos a partir das partículas passando no dispositivo de medição.

Estes espectros podem então serem analisados para produzir as propriedades analíticas a partir dos espectros.

Em algumas concretizações, o detector de luz pode compreender um espectrômetro de imagem configurado para gravar espacialmente os espectros determinados das partículas passando no dispositivo de medição em locais diferentes transversais.

Deste modo, não só as propriedades espectrais destas partículas podem ser analisadas, mas também as propriedades geométricas, tais como, o tamanho ou a forma pode ser produzidas.

Em outras concretizações, o detector de luz pode compreender uma câmara, em particular, uma câmara de varrimento em linha ou uma câmara tendo um sensor de imagem bidimensional.

Isto permite analisar o tamanho e/ou a forma, independentemente de outras propriedades.

A classificação pode ser realizada em uma variedade de maneiras diferentes, incluindo pneumática, piezoelétrica, mecânica e outros tipos de classificadores.

Por exemplo, o dispositivo de classificação pode compreender pelo menos um bico de ejeção pneumático operativamente acoplado ao referido dispositivo de medição para gerar um jato de ar para, seletivamente, soprar as partículas passando no referido bico de ejeção afastado da superfície de transporte.

O bico de ejeção é então,

preferivelmente, posicionado no lado da superfície de transporte que está oposta ao lado no qual as partículas são transportadas, de modo a gerar um jato de ar através das citadas perfurações.

Isto permite uma ejeção muito 5 bem definida de partículas individuais selecionadas.

O método de classificação de partículas em classes de qualidade de acordo com a presente invenção compreende: - transportar as partículas passando em um dispositivo de medição; - determinar pelo menos uma propriedade analítica das referidas partículas pelo citado dispositivo de medição; e - classificar as partículas em pelo menos duas classes de qualidade baseadas na referida propriedade analítica.

De acordo com a invenção, as partículas são transportadas por uma superfície de transporte movendo em uma direção de transporte, a superfície de transporte tendo uma pluralidade de perfurações, e as partículas alimentadas ao citado dispositivo de transporte sendo aspiradas em direção as referidas perfurações e transportadas sobre a citada superfície de transporte ao longo da direção de transporte passando no dispositivo de medição.

A propriedade analítica pode ser determinada por uma ou mais de uma medição óptica (incluindo medições de raio- X), uma medição acústica, e uma medição espectroscópica de massa.

Se a medição for óptica, as partículas podem ser iluminadas a partir de um lado da superfície de transporte, e a luz transmitida através das referidas perfurações pode então ser detectada no lado oposto da superfície de transporte.

Alternativamente, as partículas podem ser iluminadas a partir de um lado da superfície de transporte, e a luz refletida ou dispersa, a partir das partículas passando no dispositivo de medição na citada superfície de transporte, pode então ser detectada no mesmo lado da superfície de transporte.

Conforme explicado acima, as propriedades analíticas de uma pluralidade de partículas passando no dispositivo de medição podem ser simultaneamente medidas.

Conforme explicado acima, a etapa de determinar pelo menos uma propriedade analítica pode compreender a gravação de espectros de luz recebidos a partir das partículas 5 passando no dispositivo de medição, em particular, espectros de luz determinados espacialmente recebidos a partir de uma pluralidade de partículas passando no dispositivo de medição simultaneamente.

A etapa de classificação pode envolver a geração de um jato de ar para, seletivamente, soprar as partículas afastadas da superfície de transporte, onde o referido jato de ar, preferivelmente, passa através das citadas perfurações para soprar as partículas para longe da superfície de transporte.

Conforme explicado acima, as partículas que não foram aspiradas para a superfície de transporte, podem ser recirculadas a partir da citada superfície de transporte de volta para um dispositivo de alimentação.

Breve descrição dos desenhos As concretizações preferidas da invenção são descritas a seguir com referência aos desenhos, os quais são para o propósito de ilustrar as presentes concretizações preferíveis da invenção e não para o propósito de limitar as mesmas.

Nos desenhos, A figura 1 mostra um aparelho de classificação de acordo com uma primeira concretização da presente invenção; A figura 2 mostra o aparelho de classificação da figura 1 a partir da esquerda em um estado parcialmente aberto; A figura 3 mostra o aparelho de classificação da figura 1 a partir da direita em um estado parcialmente aberto; A figura 4 mostra uma vista explodida do aparelho de classificação da figura 1, onde alguns componentes foram omitidos para uma melhor visibilidade; A figura 5 mostra uma ilustração esquemática da ação de vácuo sobre a correia transportadora no aparelho da figura 1; A figura 6 mostra uma ilustração esquemática da aspiração das partículas para as perfurações da correia transportadora no aparelho da figura 1; A figura 7 mostra uma ilustração esquemática da liberação das partículas selecionadas a partir da correia transportadora no aparelho da figura 1; 5 A figura 8 mostra uma ilustração esquemática de um primeiro exemplo de arranjo de uma fonte de luz e um detector para a medição em modo de reflexão; A figura 9 mostra uma ilustração esquemática de um segundo exemplo de arranjo de uma fonte de luz e um detector para a medição em modo de reflexão; A figura 10 mostra uma ilustração esquemática de várias medições em modo de reflexão com múltiplas fibras; A figura 11 mostra um esboço de um arranjo de uma fonte de luz e um detector para medições em modo de transmissão; A figura 12 mostra um esboço de dois alinhamentos possíveis diferentes de iluminação e fibras de detecção em um arranjo para medições em modo de transmissão; A figura 13 mostra um esboço de um arranjo de várias subunidades para medições múltiplas em modo de transmissão; A figura 14 mostra um esboço de um arranjo alternativo de várias subunidades para medições múltiplas em modo de transmissão, utilizando uma fibra óptica multi-bifurcada; A figura 15 mostra um esboço ilustrando o princípio de funcionamento de um espectrômetro de imagem; A figura 16 mostra um esboço ilustrando a utilização de um espectrômetro de imagem com múltiplas fibras; A figura 17 mostra um esboço ilustrando uma detecção simultânea de uma pluralidade de partículas por um espectrômetro de imagem; A figura 18 mostra um aparelho de classificação de acordo com uma segunda concretização da presente invenção; A figura 19 mostra um diagrama ilustrando uma distribuição do teor de proteína determinado com o aparelho da figura 1; A figura 20 mostra um diagrama ilustrando a variação do teor em proteína ao longo do tempo; A figura 21 mostra um diagrama ilustrando uma distribuição do teor de amido determinado com o aparelho da figura 1; e 5 A figura 22 mostra um esboço ilustrando a orientação preferida adotada pelas sementes durante o transporte sobre a superfície de transporte. Descrição das concretizações preferidas Primeira Concretização Um aparelho de classificação de acordo com uma primeira concretização da presente invenção é ilustrado nas figuras 1-4. O aparelho compreende uma unidade de alimentação 100, uma unidade de aceleração 200, uma unidade de transporte 300, uma unidade de medição 400, e uma unidade de classificação 500. Estas unidades são controladas por uma unidade de controle comum (não mostrada). A unidade de alimentação 100 compreende uma tremonha 110 montada em uma plataforma vibratória, a tremonha atuando como um reservatório e como uma unidade de distribuição. A tremonha é cheia com partículas, e o plataforma vibratória, a qual é ativada manualmente ou automaticamente, é ajustada de tal forma que o número de partículas que entram na tremonha corresponda, aproximadamente, ao número de partículas que saem da tremonha para análise e classificação em um intervalo de tempo definido. As partículas são liberadas a partir da unidade de alimentação 100 para a unidade de aceleração

200. A unidade de aceleração 200 compreende uma primeira correia transportadora 210, guiada por roletes 211 tendo eixos 212, suportado por mancais 213, e acionada por um motor 220 através de correias de acionamento 221, 222. A correia transportadora 210 tem uma pluralidade de ranhuras longitudinais na sua superfície externa, as quais são ilustradas em mais detalhes na figura 6. No presente exemplo, estas ranhuras são formadas por nervuras longitudinais 214, cuja distância lateral determina a largura das ranhuras e corresponde, aproximadamente, às dimensões laterais das partículas a serem analisadas e classificadas. A correia 5 transportadora 210 é posicionada abaixo da saída da unidade de alimentação 100. Ela atua para receber as partículas da unidade de alimentação 100, para alinhar as partículas em forma singularizada uma a uma em uma pluralidade de linhas, e para acelerar as partículas na direção de transporte em direção a unidade de transporte

300. A unidade de transporte 300 compreende uma segunda correia transportadora 310 tendo várias linhas longitudinais paralelas de perfurações (furos passantes) 314, os quais são mostrados em maiores detalhes nas figuras 5-7. A unidade de transporte 300 compreende ainda uma caixa de vácuo 320 que é aberta em direção a sua parte inferior, na sua parte inferior, a caixa de vácuo 320 é fechada pela correia transportadora 310. A caixa 320 está acoplada com uma bomba de ar 130 através de um tubo de vácuo 140 (ver figura 3) para criar uma pressão reduzida em relação à pressão ambiente dentro da caixa

320. Quando a bomba de ar 130 é ativada, a correia transportadora 130 é aspirada adicionalmente e pressionada contra a parede extrema inferior da caixa de vácuo 320 por uma força de vácuo Fv, criando assim uma vedação melhorada para evitar a perda de ar. Isto é esquematicamente ilustrado na figura 5. O ar é agora sugado para dentro da caixa de vácuo 320 apenas através das perfurações 314 já que é a região da correia transportadora 310 que fecha a parte inferior da caixa de vácuo. Assim, uma ação de sucção é gerada nessas perfurações, o que é suficiente para aspirar e segurar as partículas presentes nas proximidades das perfurações

314. Os lados laterais da unidade de transporte 300 são cobertos por tampas laterais 301, as quais foram omitidas para permitir uma visão do interior da unidade de transporte nas figuras 2 e 3. Nestas figuras, também uma das paredes laterais da caixa de vácuo, foi omitida.

A segunda correia transportadora 310 é colocada a uma 5 certa distância vertical h acima da primeira correia transportadora 210 e em uma posição a jusante ao longo da direção de transporte, de tal modo que as duas correias apenas se sobrepõem parcialmente ao longo da direção do transporte.

A distância h é escolhida de tal modo que, por um lado, as partículas têm espaço suficiente para se movimentar por entre as duas correias, e que, por outro lado, as partículas da primeira correia transportadora 210 são aspiradas e levantadas para as perfurações da segunda correia transportadora 310. O vácuo no interior da caixa de vácuo 320 agora retém firmemente uma única partícula em cada perfuração 314 no lado de fora da segunda correia transportadora 310. Para garantir que as partículas não interfiram entre si, os espaçamentos entre as perfurações 314 são escolhidos para serem maiores do que a dimensão linear mais longa das partículas.

Por outro lado, a distância de espaçamento deve ser escolhida a menor possível para alcançar uma elevada capacidade de transporte e/ou medição sem desnecessariamente aumentar a velocidade da correia.

O diâmetro das perfurações 314 deverá ser menor do que a menor dimensão linear das partículas para evitar que as partículas possam passar através dos furos e entrar na caixa de vácuo 320. Um sistema de vácuo semelhante pode ser opcionalmente também empregado para a primeira correia transportadora 210 em uma região onde a segunda correia transportadora recebe as partículas a partir da unidade de alimentação 100 para melhorar a singularização das partículas.

Nenhum vácuo deve estar ativo na primeira correia transportadora 210, já que é a região que se sobrepõe com a segunda correia transportadora 310, de modo a evitar a interferência com a aspiração das partículas para as perfurações da segunda correia transportadora 310. A velocidade linear da primeira correia transportadora 210 deve ser ajustada de tal modo que as partículas sobre essa correia transportadora sejam aceleradas a uma 5 velocidade suficiente para permitir que elas sejam facilmente coletadas pela segunda correia transportadora

310. Tal pré-aceleração das partículas pela primeira correia transportadora 210 permite a utilização de uma velocidade mais elevada para a segunda correia transportadora 310, ou em outras palavras, alcançar um aumento da capacidade de transporte. A velocidade mais eficiente da primeira correia transportadora 210 será muito próxima da velocidade da segunda correia transportadora 310. De fato, se a velocidade da primeira correia transportadora 210 for muito menor do que a velocidade da segunda correia transportadora 310, as partículas terão que acelerar, quase instantaneamente, a fim de serem coletadas pela segunda correia transportadora 310, a qual poderia fazer com que as partículas caíssem a partir da segunda correia transportadora 310 ou serem coletadas com um nível reduzido de eficiência a altas velocidades. Desta maneira, as partículas são coletadas uma a uma por meio da unidade de transporte 300 e transportadas em direção a unidade de medição 400. As partículas que saem da unidade de aceleração 200 sem ter sido coletadas pela unidade de transporte 300, caem no interior de um conduto de recirculação 120 e são transportadas de volta para a tremonha 110 através da bomba 130. A unidade de medição 400 compreende geralmente, pelo menos uma fonte de energia para exposição de uma partícula sob investigação à radiação eletromagnética ou ondas sonoras, e pelo menos um detector arranjado para receber a radiação eletromagnética ou ondas sonoras a partir da partícula sob investigação. Nas figuras 1-4, a fonte de energia é apenas muito esquematicamente simbolizada pelas extremidades de uma disposição linear de fibras ópticas, cada fibra terminando acima de uma linha longitudinal de perfurações da correia transportadora 310, estas fibras juntas, representam um sistema de iluminação genérico 410. O detector é 5 simbolizado por uma correspondente disposição de fibras ópticas para a recepção da luz transmitida, através das partículas contidas sobre estas perfurações, junto representando um sistema de detecção genérico 420. Em uma concretização preferida, o sistema de iluminação ilumina a partícula com a radiação eletromagnética (geralmente referida como “luz” a seguir), e o sistema de detecção 420 detecta a radiação uma vez que esta tem interação com a partícula.

A fim de aumentar a quantidade de sinal detectado, sistemas de condução, imagem, e focagem, tais como, por exemplo, lentes, espelhos, fibras ópticas ou combinações destes elementos, podem ser utilizados para concentrar a fonte de radiação sobre a partícula e para a coleta do sinal emitido, refletido, espalhado, e transmitido pelo partícula em direção ao detector.

Tais elementos não são mostrados no desenho uma vez que são bem conhecidos na técnica óptica relacionada.

A unidade de medição 400 pode prover medições multivariadas para avaliar algumas características específicas da partícula, tais como, a sua composição bioquímica ou outras propriedades analíticas.

Em uma concretização preferida, a medição multivariada é obtida através da medição da composição espectral da luz, uma vez tendo interagida com a partícula em estudo.

A unidade de controle recebe sinais a partir da unidade de medição 400, e a partir destes sinais, determina a classe de qualidade para a qual cada uma das partículas pertence, e envia sinais de controle associados para a unidade de classificação 500. A unidade de classificação 500 compreende um sistema de ejeção 510 com bicos de ejeção 511 acoplados a válvulas de ejeção pneumáticas 512, e um coletor 520 com uma pluralidade de compartimentos, um compartimento por classe de qualidade.

Por simplicidade, todas as tubulações pneumáticas foram omitidas nas figuras 1-4. Para cada classe de qualidade, exceto uma, existe um grupo de bicos de ejeção 511 com válvulas associadas 512. 5 Como um exemplo, se as partículas são para serem classificadas em três classes de qualidade, então apenas dois grupos de bicos de ejeção 511 são empregados.

Os bicos de ejeção 511 criam um fluxo de ar através das perfurações selecionadas da segunda correia transportadora 310 que ultrapassa a força de sucção criada pelo vácuo, de modo a fazer quaisquer partículas que foram retidas sobre essas perfurações caírem da perfuração e serem coletadas no compartimento correspondente à sua classe de qualidade.

A classificação para a terceira classe de qualidade é então obtida automaticamente quando as partículas ainda não sopradas por quaisquer bicos de ejeção alcançam a extremidade da caixa de vácuo 320, uma vez que estas partículas irão agora cair da segunda correia transportadora 310 devido ao fato da falta de sucção nesta área.

Meios de ejeção passivos podem ser aqui empregados, tais como, um raspador ou quaisquer outros meios que sejam capazes de remover mecanicamente quaisquer partículas remanescentes da segunda correia transportadora 310. No lugar dos bicos de ejeção 511, quaisquer outros meios para seletivamente remover as partículas a partir da segunda correia transportadora podem ser utilizados, tais como, dispositivos piezoelétricos, dispositivos magnéticos, abas móveis ou quaisquer outros meios que possam ser ativados e controlados por uma unidade de controle.

O resultado do processo de classificação é coletar as partículas em lotes homogêneos, iniciando a partir de um lote heterogêneo inicial.

A jusante da unidade de classificação, uma unidade de limpeza opcional pode remover qualquer tipo de resíduo, material não desejado a partir da unidade de transporte

300, tal como pó ou pequenas partículas, antes da coleta de outras partículas a partir da unidade de aceleração

200. Esta unidade de limpeza pode ser passiva ou ativa. A unidade de controle é utilizada (a) para controlar o 5 movimento das partes mecânicas, (b) para controlar a bomba de vácuo, (c) para ativar os meios de ejeção, (d) para controlar a unidade de medida para aquisição de dados, (e) para processar os sinais gravados e recuperar qualquer informação de calibração, e (f) para monitorar o funcionamento geral do dispositivo de classificação. A unidade de controle pode compreender um computador para fins gerais, por exemplo, um computador portátil padrão, executando um programa dedicado para o processamento dos sinais gravados e para produzir sinais de controle para os meios de ejeção com base nos sinais gravados. Considerações relativas à detecção Qualquer fonte de luz apropriada pode ser utilizada para prover iluminação de banda de frequências largas para a faixa de comprimentos de onda considerada para a medição multivariada. Fontes de luz preferidas são aquelas que podem prover luz durante a resposta espectral utilizada para a medição multivariada, mas várias fontes de luz com bandas estreitas podem ser combinadas como uma alternativa. Exemplos de tais fontes de luz incluem, mas não estão limitadas a, halogênio, halogênio-tungstênio, xênon, neon, mercúrio e LED. Em uma concretização preferida, uma luz de halogênio-tungstênio, tal como uma fonte HL-200 da Ocean Optics Inc. (Ocean Optics Inc., 830 Douglas Ave. Dunedin, FL 34698, EUA), proporcionando luz na faixa de 360 a 2.000 nanômetros é utilizada. Esta fonte é utilizada em combinação com uma fibra óptica para conduzir a iluminação da luz em direção a amostra. O sinal multivariado proveniente da partícula iluminada é gravado. Para este fim, o detector pode ser dedicado à medição espectroscópica, isto é, a medição da intensidade de luz em relação ao comprimento de onda. Um técnico no assunto entende que qualquer aparelho capaz de extrair a informação espectral a partir do sinal detectado pode ser utilizado. Uma medição direta da intensidade da luz em uma faixa de comprimento de onda específica, pode ser realizada associando um filtro para um detector. Exemplos 5 desses filtros incluem, mas não estão limitados a, filtro colorido absorvente, espelho dicroico e filtro sintonizável acústico-óptico. Para a medição multivariada mais completa, espectros contínuos podem ser gravados durante uma faixa espectral adaptada. Isto pode ser feito, por exemplo, com um único detector, por exemplo, fotodiodo, emparelhado com uma cavidade óptica da espessura controlável, muitas vezes conhecida como espectrometria transformada de Fourier. Isso também pode ser feito pela associação de um detector composto de várias subunidades, ou pixels, e de um elemento de dispersão tal como um prisma ou uma rede de difração, que separa espacialmente os diferentes comprimentos de onda compondo o sinal sobre os pixels do detector, muitas vezes conhecido como espectrógrafo dispersivo. Adicionalmente, um espectrógrafo dispersivo pode utilizar uma única linha de pixels para prover um espectro, mas ele pode bem como monitorar, simultaneamente, vários espectros através da utilização de uma conjugação de imagem e uma disposição bidimensional de pixels. A última configuração é muitas vezes chamada de “espectrômetro de imagem”. A fonte e o detector podem ser posicionados no mesmo lado ou em lados opostos da segunda correia transportadora

310. A seguir, a luz recebida a partir de uma partícula ao longo de uma direção que está na metade do espaço oposta à direção de iluminação é referida como “luz refletida”, independentemente do fato de ser refletida por reflexão direta ou difusa, por fluorescência, etc. A luz recebida a partir da amostra na metade do espaço que contém a direção de iluminação, é referida como “luz transmitida”, independentemente do fato de ser diretamente transmitida ou dispersa. Estas definições de luz refletida e transmitida destinam-se a levar em conta, a reflectância difusa e transmitância que podem ser detectadas em vários ângulos ao redor da partícula.

As duas configurações principais aqui consideradas, podem 5 então ser chamadas de configurações de “modo de reflexão” e de “modo de transmissão”. Em uma configuração “modo de reflexão” ambos a fonte e o detector, estão no mesmo lado da segunda correia transportadora 310, a fim de coletar as radiações emitidas, dispersas, e refletidas pela partícula para trás em relação à direção de propagação da iluminação.

Em uma configuração de “modo de transmissão”, a configuração da fonte está localizada em um dos lados da segunda correia transportadora 310, enquanto que o detector está no outro lado da segunda correia transportadora 310. As radiações emitidas, dispersas, transmitidas pela partícula, são detectadas a frente em relação à direção de propagação da iluminação.

As figuras 8-17 ilustram possíveis arranjos de fonte de luz e detector em tais configurações.

A figura 8 mostra um “modo de reflexão”, configuração onde a luz refletida a partir da partícula K sob investigação, é detectada em um ângulo para o eixo geométrico de iluminação.

A primeira fibra 412 conectada a uma fonte de luz termina em uma extremidade de fibra 413 indicando a direção da partícula K.

A segunda fibra 412' conectada a extremidade do detector em uma extremidade de fibra 413' indicando a direção da partícula K de modo a sobrepor os respectivos campos de observação das duas fibras sobre a partícula, a segunda fibra é orientada em um ângulo diferente de zero em relação à primeira fibra.

Esta configuração é especialmente bem adequada para coletar a luz difusa refletida.

A figura 9 ilustra um arranjo onde uma única fibra é utilizada para iluminação e detecção.

A fibra é bifurcada em um combinador/divisor 430, uma parte da fibra sendo conectada a uma fonte de luz 141 e a outra parte sendo conectada a um detector 421. Em uma configuração alternativa, duas fibras individuais terminando lado a lado, podem ser utilizadas no lugar de uma fibra bifurcada. 5 A Figura 10 ilustra como várias medições podem ser realizadas com várias fibras a partir de uma única unidade de fonte/detector 440. A figura 11 ilustra uma configuração de “modo de transmissão”, onde a luz é transmitida a partir de uma fonte de luz 411 através da partícula K e através da perfuração da correia transportadora, coletada por uma unidade de focagem 422 e transmitida através de uma fibra 412' para um detector 412. A figura 12 ilustra, na parte (a), uma configuração de “modo de transmissão” onde a fibra para iluminação e a fibra para detecção estão arranjadas coaxialmente, na parte (b), uma configuração alternativa é ilustrada onde essas duas fibras estão arranjadas em um ângulo . A última disposição é particularmente adequada para detectar a luz dispersada de forma difusa.

A figura 13 ilustra que a iluminação pode ser efetuada por várias fontes de luz independentes 411, juntas formando um sistema de iluminação 410, e a detecção pode ser efetuada por vários detectores independentes 421, juntos formando um sistema de detecção 420. Conforme ilustrado na figura 14, em uma configuração alternativa uma única fonte de luz 411 pode iluminar uma pluralidade de partículas K por meio de um feixe de fibras ou por meio de um divisor 430 de modo a formar uma pluralidade de sub-fontes 414. Alternativamente, uma área de iluminação contínua pode ser formada, cobrindo a área onde as partículas são detectadas.

As figuras 15-17 ilustram a utilização de um espectrômetro de imagem 450. O espectrômetro de imagem 450 compreende uma fenda de entrada 451, uma matriz 2D 453 de pixels sensíveis à luz, e uma unidade óptica 452 incluindo a combinação de um elemento de dispersão e um sistema de imagem.

A composição espectral da luz que entra na fenda é registada ao longo de uma direção da matriz (simbolizada pelo comprimento de onda ), enquanto que a outra direção corresponde à imagem da fenda de 5 entrada.

Com tal disposição, as medições espectrais multiponto podem ser efetuadas através do fornecimento de um único detector de espectro para cada ponto de interesse, ou um espectrômetro de imagem pode ser utilizado para a medição espectral multiponto com um único dispositivo espectroscópico.

Um espectrômetro de imagem também pode ser utilizado para coletar informações espaciais nas partículas que, juntamente com a informação espectral registrada, permitem a coleta de vários pontos de medição para cada partícula.

As medições multipontos podem ser realizadas com um espectrômetro de imagem emparelhado com um feixe de fibras de coleta (figura 16). As fibras 412' para a coleta da luz a partir da amostra são montadas em um feixe linear, e mostradas na fenda de entrada do espectrômetro de imagem.

Cada fibra é representada na matriz detectora 2D em um local separado ao longo de uma direção.

A outra direção é utilizada para gravar o espectro de luz.

Assim, o espectrômetro de imagem proporciona uma medição da composição espectral da luz correspondendo a cada saída de fibra.

A medição de imagem pode ser efetuada com um espectrômetro de imagem pareado com um sistema de imagem óptica externo (figura 17). Este sistema de imagem óptica 454 prove uma imagem de conjugação entre a fenda de entrada do espectrômetro de imagem e uma linha de detecção na superfície da unidade de amostragem.

As partículas transportadas pela unidade de amostragem são movidas na direção perpendicular em relação a esta linha de detecção.

Enquanto as partículas estão passando através da linha de detecção, o espectrômetro de imagem está capturando uma sucessão de imagens espectrais.

Esta técnica, geralmente conhecida como linha de varredura de imagem, permite reconstruir uma imagem espectral da partícula, isto é, uma imagem morfológica das partículas com relação ao seu teor espectral. 5 Independentemente do tipo de iluminação e detecção utilizado, os valores gravados pelo detector são utilizados pela unidade de controle para produzir pelo menos uma propriedade analítica para cada partícula.

A unidade de controle utiliza as propriedades medidas para tomar uma decisão sobre qual classe de qualidade cada partícula pertence.

Segunda concretização Uma segunda concretização da presente invenção é ilustrada na figura 18. Componentes semelhantes, como na primeira concretização, têm os mesmos números de referência e não serão descritos novamente.

Na segunda concretização, uma roda 330 tendo uma superfície produzida perfurada é utilizada no lugar da segunda correia transportadora 310. A alimentação é realizada por uma plataforma vibratória 230, no lugar da primeira correia transportadora 210, no entanto, é igualmente possível empregar a roda 330 em conjunção com a primeira correia transportadora 210, ou empregar com a segunda correia transportadora 310 em conjunto com a plataforma vibratória 230. Ambos os lados da roda 330 são vedados e um vácuo é criado no interior da roda por meio de uma bomba de vácuo, por exemplo, conforme descrito na US 4.026.437. Esta configuração cria uma sucção de ar através das perfurações sobre a superfície gerada da roda, forte o suficiente para capturar as partículas e mantê-las firmemente na posição.

As partículas, colocadas em linhas e aceleradas pela plataforma vibratória 230, alcançam a roda rotativa 330. As perfurações na superfície da roda 330 podem ser arranjadas em linhas paralelas, no entanto outras configurações são possíveis.

Devido à sucção do ar e devido à pequena dimensão das perfurações, uma partícula de cada vez é capturada por cada perfuração da roda e mantida em posição durante a rotação da roda.

A orientação das partículas, conforme mostrada na figura 18, pode não corresponder, necessariamente a realidade, 5 as partículas são mostradas apenas esquematicamente para ilustrar como o transporte e a classificação são realizados.

Em algumas concretizações, meios de posicionamento (não mostrados), tal como uma placa em forma de pente ou um fluxo de ar ou de outros meios, podem ajudar o posicionamento do grão e evitar que mais do que um grão seja capturado em cada perfuração.

A roda interna fixa 331 arranjada concentricamente no interior da roda 330, transporta as partes da unidade de medição 400 (aqui simbolizada pela fonte de luz) e o sistema de ejeção 510. As partículas são classificadas em três compartimentos 521, 522, 523. Um raspador (“skimer”) 524 assegura que todas as partículas restantes, que ainda não alcançaram os compartimentos 521 ou 522, sejam movidas para o interior do compartimento 523. Somente o espaço entre a roda externa 330 e a roda interna 331 necessita de ser submetido ao vácuo na presente concretização.

No entanto, é igualmente possível submeter todo o interior da roda ao vácuo, e montar as partes de medição e as unidades de classificação, dentro da roda 330 em qualquer outra estrutura interna do que na roda interna 331. Embora no presente exemplo o eixo geométrico de rotação da roda 330 seja orientado horizontalmente, o eixo geométrico de rotação pode ter qualquer orientação no espaço tridimensional.

Um motor adequado ou qualquer outro tipo de mecanismo que gera rotação é utilizado para mover a roda.

As mesmas considerações para a unidade de medição, para a unidade de classificação, e para a unidade de controle, como na primeira concretização, também se aplicam para a segunda concretização.

Concretizações adicionais

Em concretizações alternativas adicionais, a aceleração das partículas pode ser conseguida por um sistema de condução onde as partículas são transportadas por um fluxo de ar.

Um técnico no assunto entenderá que qualquer 5 aparelho que possa acelerar, transportar e singularizar as partículas em altas velocidades pode ser utilizado como uma unidade de aceleração.

Exemplo 1: Proteína no trigo O teor de proteína é um dos parâmetros de qualidade primários quando do manuseio do trigo.

Na técnica anterior, o teor de proteína é normalmente determinado tomando uma amostra de 3 a 5 dl e analisando desta amostra por espectroscopia infravermelho próximo NIRS.

O resultado é um teor de proteína médio para os grãos da amostra.

Erros de amostragem significativos podem surgir quando uma sub-amostra é utilizada para determinar o teor de proteína de um lote inteiro.

Os erros podem ser reduzidos através da análise individual dos grãos e o valor total do lote pode ser concretizado quando os grãos são processados posteriormente.

O teor de proteína nos grãos de trigo foi encontrado para, significativamente, variar de um campo para outro, de cultivo para cultivo, e dentro da mesma cabeça (“head”) da planta de trigo.

É bem conhecido na literatura que a diferença no teor de proteína entre os dois grãos pode ser de vários pontos percentuais.

Três amostras de cerca de 3 dl foram tomadas a partir de um lote de 10 kg de grãos.

Cada amostra foi medida em um analisador de grãos NIR da técnica anterior.

Os resultados foram: 12,3 %, 12,4 % e 13,1% de teor de proteína.

A variação destes resultados é uma consequência da heterogeneidade de distribuição do lote, ou seja, diferentes partes do lote têm teores de proteína diferentes.

O lote foi seguidamente analisado e classificado em nível de grão individual com um dispositivo de acordo com a primeira concretização da presente invenção.

O número N total de grãos foi 186.282. A distribuição medida do teor de proteínas P[%] nos grãos é mostrada na Figura 19. A concentração média foi P= 12,6%. Quando as medições do grão individual (P[%]) são plotadas 5 graficamente ao longo do tempo (T/a.u), conforme na figura 20, vê-se que o lote é constituído de dois grupos distintos de grãos.

Isto pode ser devido à modificação física, por exemplo, a separação durante o transporte.

Também pode ser que o lote de 10 kg foi composto pela combinação de lotes de grãos de diferentes variedades, de diferentes campos, etc.

O grão é heterogêneo e o lote tem heterogeneidade de distribuição substancial, o que significa que a concentração de proteína se difere, em um nível médio, em locais diferentes no lote.

Isso foi o observado quando se analisou o lote com o analisador NIR.

As medições feitas em sub-amostras têm erros de amostragem associados, decorrente da heterogeneidade entre os grãos individualmente.

Erros de amostragem são eliminados quando se analisa todos os grãos individualmente.

Limites de 10,0% e 13,0% de proteína foram utilizados para a classificação.

Todos os grãos abaixo de 10% foram classificados na classe 1, os grãos acima de 10%, mas abaixo de 13%, foram classificados na classe 2, e os grãos acima de 13% de proteína foram classificados na classe 3. A tabela 1 apresenta as distribuições dos grãos nas três classes mostradas em conjunto com o teor médio de proteína.

Tabela 1 Distribuição de grãos nas classes 1, 2 e 3 após classificação.

Os limites foram ajustados em 10% e 13% Teor de proteína Número de % de grãos do [%] grãos total Classe 1 9,7 1.218 0,7 Classe 2 12,0 122.242 65,6 Classe 3 13,7 62.822 33,7 Média de todos 12,6 [m1]186.282 100 os grãos

O teor de proteína médio é diferente em cada uma das três classes, e um terço do lote tem um teor de proteína muito elevado, que pode ser utilizado para produtos de valor elevado. 5 Assim, os lotes de trigo ou fluxos contínuos de trigo podem ser analisados e classificados no nível de grão individual, e uma imagem clara da heterogeneidade dos grãos pode ser visualizada, erros de amostragem podem ser eliminados e os grãos podem ser classificados em classes com propriedades bioquímicas distintas, as quais podem ser utilizadas para diferentes fins, como massas, pão e cerveja de trigo.

Exemplo 2: Infestação de insetos no milho A contaminação por fungos e infestação de insetos pode ser cara devido à degradação pós-colheita de grãos armazenados e o risco de ter os grãos rebaixados.

A análise e classificação dos grãos no nível de grão individual podem remover grãos infestados e garantir a estabilidade de armazenamento e uma qualidade consistente.

Neste exemplo, é demonstrado como um lote de milho pode ser limpo de grãos infectados utilizando a presente invenção.

A infestação de insetos e fungos em lotes de milho armazenados pode diminuir o valor de forma significativa, devido à perda pós-colheita ou desclassificação.

A infestação é provavelmente para ser distribuída de modo desigual ao longo de um lote, e, portanto, existe um alto risco de não ser detectada.

Um lote de milho (aproximadamente 1 kg), com a garantia de estar livre de infestação, foi misturado com 100 grãos, com a garantida a estarem infestados de gorgulhos de milho.

Os grãos foram cuidadosamente misturados antes do processamento adicional.

Os grãos foram analisados e classificados utilizando a presente invenção em um nível de grão individual (no total de 2.866 grãos). Um algoritmo de classificação classificando os grãos de acordo com a infestação.

Os grãos identificados de estarem infestados foram removidos no processo de classificação.

As duas frações resultantes dos grãos consistiu de grãos infestados e os não infestados.

A Tabela 2 mostra o resultado da classificação.

Tabela 2 5 Resultado da classificação de 2.866 grãos de milho classificados de acordo com a infestação de insetos. 100 grãos eram conhecidos por estarem infestados, destes 98 grãos foram identificados como infestados e 2 grãos não foram identificados. 2.766 grãos não foram infestados, 89 desses grãos foram identificados como infestados.

Classificação Não infestado Infestado Referência Não infestado 2.677 89 Infestado 2 98 Quase todos os grãos infestados são identificados e removidos do lote diminuindo assim a possibilidade de degradação pós-colheita e diminuição da qualidade com a perda econômica como um resultado.

Exemplo 3: Aumentar o teor de amido no milho através de cruzamento (“breeding”) O milho é uma cultura importante para o biocombustível.

O amido pode ser fermentado para etanol, que é utilizado como biocombustível.

Selecionando os grãos de semente com base no teor de amido, pode-se melhorar a eficiência de cruzamento para criar cultivares de alta produtividade.

O grão de milho deve ser analisado na transmissão para obter resultados confiáveis do teor de óleo total.

As medições de transmissão só podem serem feitas utilizando longos períodos de integração.

Neste exemplo é demonstrado como a presente invenção pode ser utilizada para determinar o teor de amido no milho e a seleção de uma fração do total de grãos para trabalho adicional.

As sementes de milho podem ser utilizadas para a produção de biocombustível, onde o amido é fermentado para etanol e utilizado como biocombustível.

Os cultivares de milho utilizados para a produção de biocombustível são os resultados de longos e complexos programas de melhoramento.

A seleção de sementes com alto teor de amido pode, potencialmente, melhorar a eficiência dos programas de melhoramento.

O teor de amido no grão pode variar de aproximadamente 30 a 70%. Portanto, analisando os grãos de milho, individualmente, e de maneira não 5 destrutiva, pode ajudar na separação dos grãos com alto teor de amido, os quais são melhores para a produção de biocombustível.

Um lote de 1 kg de grãos de milho foi analisado para o amido e classificado de acordo com o teor.

O limite foi ajustado em 60%. O rendimento não foi importante nesta aplicação, de modo que os grãos foram analisados em modo de transmissão, o qual necessita de um tempo de integração mais longo do que no modo de reflexão.

A presente invenção é concebida para ser capaz de operar com grandes intervalos de tempo de integração.

A figura 21 mostra a distribuição de grãos (número de grãos N) no lote.

A distribuição do teor de amido S[%] segue uma distribuição normal.

Os grãos com teor de amido acima de 60% foram selecionados para trabalho adicional.

O teor de amido foi utilizado neste exemplo, mas outras propriedades, que não estão diretamente relacionadas com a composição, podem também ser medidas e classificadas.

Considerações adicionais A figura 22 ilustra partículas tendo geralmente uma forma elipsoidal oblonga ou ovoide, com um longo eixo geométrico polar a e eixos geométricos equatoriais curtos b e c, enquanto sendo transportadas por uma correia transportadora perfurada 310. Aqui, a > b e a > c, enquanto b e c são geralmente semelhantes em extensão.

Muitas partículas agrícolas, em particular, grãos e sementes, têm uma forma que pode ser bem aproximada por esta forma geralmente elipsoidal.

Isto foi verificado nas experiências que tais partículas adotam geralmente uma orientação sobre as perfurações 314 que é semelhante à orientação mostrada na figura 22, ou seja, o eixo geométrico maior é orientado geralmente perpendicular à superfície de transporte.

O dispositivo de transporte atua desta forma, para transportar as partículas não só em locais bem definidos (definidos pelas localizações das perfurações 314), mas também para induzir uma orientação 5 bem definida das partículas.

As partículas são assim transportadas passando no dispositivo de medição em uma orientação bem definida, sendo o seu eixo geométrico maior perpendicular à superfície de transporte.

Isto é especialmente vantajoso se o tamanho ou a forma das partículas são para serem determinadas como uma propriedade analítica.

Em particular, a análise dos dados para determinar o tamanho de partícula ou forma a partir das imagens gravadas por uma câmara é muito simplificada se a orientação das partículas é conhecida.

Em algumas concretizações, uma câmara de varredura em linha tendo um sensor que define uma linha de pixels pode ser empregada, a linha sendo paralela ao eixo geométrico longitudinal das partículas (isto é, sendo perpendicular à superfície de transporte). O tamanho das partículas pode então ser simplesmente determinado pela contagem do número de pixels contido na informação da imagem a partir das partículas.

Lista de sinais de referência 100 Unidade de alimentação 101 Semente 110 Tremonha 5 120 Conduto de retorno 130 Bomba de ar 140 Tubo de vácuo 200 Unidade de aceleração 201 Lateral coberta 210 Correia 211 Rolo 212 Eixo 213 Mancal 214 Nervuras 220 Motor 221 Correia de acionamento 222 Correia de acionamento 230 Plataforma vibratória 300 Unidade de transporte 301 Lateral coberta 310 Correia 311 Rolo 312 Eixo 313 Mancal 314 Perfuração 320 Caixa de vácuo 400 Unidade de medição 410 Sistema de iluminação 411 Fonte de energia 412, 412´ Fibra óptica 413, 413´ Extremidade da fibra 420 Sistema de detecção 421 Detector 422 Unidade de foco 430 Combinador/divisor 440 Unidade de fonte de luz/detectora 450 Espectrômetro de imagem

451 Fenda de entrada 452 Unidade óptica 453 Detector de matriz 500 Unidade de coleta e classificação 5 510 Unidade de ejeção 511 Bico de ejeção 520 Coletor 521, 522, 523 Compartimentos 524 Raspador Fv Força de vácuo K Partícula P Teor de proteína S Teor de amido N Número t Tempo Comprimento de onda y Dimensão lateral

Claims (32)

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para classificação de partículas em classes de qualidade, compreendendo: - um dispositivo de medição (400) para determinar pelo 5 menos uma propriedade analítica das referidas partículas; - um dispositivo de transporte (300) para transportar as partículas passando no dispositivo de medição; e - um dispositivo de classificação (500) operativamente acoplado ao referido dispositivo de medição (400) para a classificação das partículas em pelo menos duas classes de qualidade baseadas na referida propriedade analítica, caracterizado pelo fato de o dispositivo de transporte (300) compreender uma superfície de transporte configurada para mover em uma direção de transporte, a superfície de transporte tendo uma pluralidade de perfurações (314), e no qual o dispositivo de transporte compreende ainda uma bomba (130) para aplicar uma pressão diferencial para as referidas perfurações para fazer com que as partículas alimentadas ao citado dispositivo de transporte sejam aspiradas para as referidas perfurações e para serem transportadas sobre a citada superfície de transporte ao longo da direção de transporte passando o dispositivo de medição (400) para o dispositivo de classificação (500).

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o dispositivo de transporte compreender uma correia transportadora sem fim (310) definindo a citada superfície móvel.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender uma caixa (320) que é aberta em sua parte inferior, a parte inferior da caixa sendo coberta pela referida correia transportadora (310), a caixa sendo conectada a referida bomba (130) para aplicar vácuo à referida caixa (320).

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de pelo menos parte do referido dispositivo de medição (400) e/ou do referido dispositivo de classificação (500) serem arranjados no interior da citada caixa.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o dispositivo de transporte 5 compreender um tambor rotativo (330) tendo uma superfície circunferencial que define a citada superfície móvel.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o tambor estar conectado à bomba (130) para aplicar vácuo ao referido tambor (330).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de pelo menos parte do referido dispositivo de medição (400) e/ou do referido dispositivo de classificação (500) estar(em) arranjados no interior do citado tambor (330).

8. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de as perfurações (314) estarem arranjadas em uma pluralidade de linhas paralelas estendendo na direção de transporte.

9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de compreender ainda um dispositivo de alimentação (100, 200) para receber um volume das referidas partículas, para singularização das citadas partículas, e para a alimentação das referidas partículas singularizadas ao citado dispositivo de transporte (300).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o referido dispositivo de alimentação (100, 200) compreender uma correia de alimentação sem fim (210) configurada para receber as referidas partículas e para transportar as referidas partículas na direção de transporte para a citada superfície de transporte para permitir que as referidas partículas sejam aspiradas para as perfurações da superfície de transporte.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a referida correia de alimentação (210) ter uma superfície externa com uma pluralidade de ranhuras paralelas estendendo na direção de transporte, as ranhuras tendo uma distância lateral correspondente a uma distância lateral entre as perfurações (314) da superfície de transporte. 5

12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 11, caracterizado pelo fato de compreender ainda um conduto de recirculação (120) para transporte de partículas que não foram aspiradas para a citada superfície de transporte de volta ao referido dispositivo de alimentação (100, 200).

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de o referido dispositivo de medição (400) compreender pelo menos uma fonte de luz (411) e pelo menos um detector de luz (421).

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a fonte de luz (411) e um detector de luz (421) serem arranjados em lados diferentes da superfície de transporte, de modo para a luz brilhar através da referida perfuração (314), o detector de luz (421) sendo arranjado para receber a luz transmitida através das partículas passando no dispositivo de medição (400) na citada superfície de transporte.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a fonte de luz (411) e o detector de luz (412) serem arranjados no mesmo lado da superfície de transporte, o detector de luz (412) sendo arranjado para receber a luz refletida a partir das partículas passando no dispositivo de medição (400) sobre a citada superfície de transporte.

16. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 13 a 15, caracterizado pelo fato de o dispositivo de medição (400) compreender uma pluralidade de detectores de luz (412) arranjados ao longo de uma direção transversal estendendo transversalmente à direção de transporte, de modo a permitir medições simultâneas das propriedades analíticas das partículas passando no dispositivo de medição (400) em diferentes locais transversais.

17. Aparelho, de acordo com qualquer uma das 5 reivindicações de 13 a 16, caracterizado pelo fato de o referido detector de luz (412) compreender pelo menos um espectrômetro configurado para gravar o espectro de luz recebido a partir das partículas passando no dispositivo de medição.

18. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 13 a 17, caracterizado pelo fato de o detector de luz compreender um espectrômetro de imagem (450) configurado para gravar o espectro determinado espacialmente das partículas passando no dispositivo de medição, em particular, de uma pluralidade de partículas passando no dispositivo de medição em diferentes locais transversais.

19. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 18, caracterizado pelo fato de pelo menos uma referida propriedade analítica incluir pelo menos uma das seguintes propriedades: - propriedades químicas; - propriedades bioquímicas; e/ou - uma medida da contaminação com pelo menos um agente contaminante, agente infeccioso e/ou outro agente patogênico.

20. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 19, caracterizado pelo fato de o dispositivo de classificação compreender pelo menos um bico de ejeção pneumático (511) operativamente acoplado ao referido dispositivo de medição (400) para gerar um jato de ar para seletivamente soprar as partículas passando no referido bico de ejeção (511) afastadas a partir da superfície de transporte.

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de o dispositivo de transporte ser configurado para aspirar as partículas nas perfurações (314) em um primeiro lado da citada superfície de transporte, e onde o referido bico de ejeção (511) é posicionado em um segundo lado oposto da superfície de transporte de modo a gerar um jato de ar 5 através das referidas perfurações (314).

22. Método para classificação de partículas em classes de qualidade, compreendendo: - transportar as partículas passando no dispositivo de medição (400); - determinar pelo menos uma propriedade analítica das referidas partículas pelo referido dispositivo de medição (400); e - classificar as partículas em pelo menos duas classes de qualidade baseadas na referida propriedade analítica, caracterizado pelo fato de as partículas serem transportadas por uma superfície de transporte movendo em uma direção de transporte, a superfície de transporte tendo uma pluralidade de perfurações (314), e nas quais as partículas alimentadas ao citado dispositivo de transporte são aspiradas para as referidas perfurações (314) e transportadas sobre a citada superfície de transporte ao longo da direção de transporte passando no dispositivo de medição (400).

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de a propriedade ser determinada por uma medição óptica.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de as partículas serem iluminadas a partir de um lado da superfície de transporte, e onde a luz transmitida através das referidas perfurações (314) ser detectada no lado oposto da superfície de transporte.

25. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de as partículas serem iluminadas a partir de um lado da superfície de transporte, e onde a luz refletida a partir de partículas passando no dispositivo de medição na citada superfície de transporte ser detectada no mesmo lado da superfície de transporte.

26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 22 a 25, caracterizado pelo fato de as propriedades analíticas de uma pluralidade de partículas passando no dispositivo de medição ser medida simultaneamente. 5

27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 22 a 26, caracterizado pelo fato de a etapa de determinar pelo menos uma propriedade analítica compreender a gravação do espectro de luz recebido a partir das partículas passando no dispositivo de medição (400).

28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 22 a 27, caracterizado pelo fato de a etapa de determinar pelo menos uma propriedade analítica compreender a gravação do espectro de luz determinado espacialmente recebido a partir de uma pluralidade de partículas que simultaneamente passam no dispositivo de medição (400).

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 22 a 28, caracterizado pelo fato de pelo menos uma referida propriedade analítica incluir pelo menos uma das seguintes propriedades: - propriedades químicas; - propriedades bioquímicas; e/ou - uma medida da contaminação com pelo menos um agente contaminante, agente infeccioso e/ou outro agente patogênico.

30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 22 a 29, caracterizado pelo fato de a etapa de classificação compreender a geração de um jato de ar para seletivamente soprar as partículas para longe da superfície de transporte.

31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de o referido jato de ar passar através das citadas perfurações para soprar as partículas para longe da superfície de transporte.

32. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 22 a 31, caracterizado pelo fato de as partículas que não foram aspiradas na superfície de transporte serem recirculadas a partir da citada superfície de transporte de volta para um dispositivo de alimentação.