CN101008611A

CN101008611A - 带称重的便携式水果糖度无损检测装置

Info

Publication number: CN101008611A
Application number: CN 200710066689
Authority: CN
Inventors: 徐惠荣; 应义斌; 王剑平; 饶秀勤
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: CN100483109C

Abstract

本发明公开了一种带称重的便携式水果糖度无损检测装置。机箱盖板设有显示器、键盘，机箱内设有打印机，微处理器，光谱仪，由放大器、A/D转换器和称重传感器组成的称重系统，显示器、键盘、打印机、光谱仪和A/D转换器分别与微处理器连接；机箱上装有与称重传感器连接的秤盘和水果承载盘，水果承载盘开有两条向圆心的斜通孔，检测头放入水果承载盘的一个斜通孔中与光谱仪连接，机箱上装有能从正上方或侧面照射到水果的近红外光源，或者将近红外光源安装在机箱内，通过安装在水果承载盘的另一斜通孔中的光源光纤照射到水果。本发明结构简单、体积小，适于现场检测，能同时检测水果的重量和内部品质糖度两种指标，实现水果按质论价并同时计量销售。

Description

带称重的便携式水果糖度无损检测装置

技术领域

本发明涉及水果品质无损检测的装置，尤其涉及一种带称重的便携式水果糖度无损检测装置。

背景技术

随着水果产量的不断增加和人们生活水平的不断提高，消费者在选购水果时对于内部品质如口感、糖度、酸度等越来越看重，而且水果的糖度是评价水果成熟程度、果实品质的一个重要指标。而目前对水果内部品质的检验常以破坏性化学分析为主，如糖度用蒽酮比色法或糖度计，酸度用电位法(pH计)测定，维生素含量用比色法和高相色谱测定等，这些方法均存在制样烦琐、分析时间长、检测成本高和检测精度低等问题。因此研究便携式快速无损检测水果内部品质装置是实现水果产中科学管理(如果实采收期的科学依据是果品是否到达优质果品最低含糖量的要求)及产后按质论价销售的一项重要工作。基于目前水果内部品质便携式无损检测装置还不成熟、完善且商业化应用较少的现状，本发明提供一种基于光谱分析技术、光纤传感技术、化学计量学技术等多项技术的交叉，选择水果内部品质中最重要指标糖度作为检测评价指标，开发一种带称重功能的便携式水果糖度无损检测装置。

目前国外在水果内部品质无损检测的便携式设备上进行了一些基础研究，如日本开发了基于可见近红外线的便携式糖度计，糖度检测范围5-30Brix％(糖度)，检测速度为3秒。另外，德国、以色列和新西兰等国家也先后在水果的糖度、缺陷、成熟度等方面进行了近红外光谱分析研究并研制了相应的便携检测设备，但投入实际生产应用的不多，原因主要是便携式检测的信号太弱，检测的精度不高和适应性差。

在日本专利NO.09-089767中，对利用近红外检测苹果糖度的便携式装置进行了描述，这种方法和装置是将水果反射光经分光系统(内有凹面衍射光栅约分光镜)后分成不同波长的光入射到光电转换单元上，通过计算吸光度、二次微分处理，并用912nm和888nm处的光谱值建立预测模型，认为可以用于果园树上果实品质的现场检测。但在这种结构中，分光精度容易受外界因素(振动、温度)等影响，从而检测精度不高。

前田弘等人在国内申请的专利NO.02808798.4，描述了一种通过光谱分析非破坏性地检查作为检查对象物的内部质量用的手持式检测装置。与上述技术不同的是，在该技术中用直线型连续可变干涉滤光片与直线型硅阵列传感器紧凑地组合成的小型分光镜代替了衍射光栅，所以结构更紧凑。然而在该手持式糖度检测装置中，与上述专利一样，采用检测水果反射光的方式来检测水果糖度含量，该方式只能检测薄皮水果，对于厚皮水果由于光进入水果内部的深度有限，不能正确反映水果内部品质。

在国内专利NO.200510056732.3中，描述了一种便携式果品内部品质无损检测装置。在该技术中用一圈LED光源照射被测物(水果)，并用设在顶部和底部的光电检测器检测，检测从水果中透射的近红外光，并通过建立预测模型实现对水果品质(水心病程度)检测分级。在该便携式果品内部品质无损检测装置中，样品窗采用了封闭式，因而检测时容易受环境温度的影响。虽然在设计中在靠近所述光电检测器和灯源边设置有一温度传感器，在检测模型中考虑了温度的补偿，但仍存在由此造成检测精度低的问题，而且提高了装置的成本，另外由于散热困难还存在对水果品质的影响的问题。

此外，水果重量是水果计量的依据，目前还没有人提出一种能同时实现水果重量和内部品质糖度检测的便携式检测装置。

发明内容

本发明提供一种带称重的便携式水果糖度无损检测装置，从而满足商品销售按质论价并同时计量的需要。

本发明采用的技术方案如下：

在主体机箱一外侧盖板设有显示器、键盘，主体机箱内设有打印机，微处理器，光谱仪，由放大器、A/D转换器和称重传感器组成的称重系统，显示器、键盘、打印机、光谱仪和转换器分别与微处理器连接；在主体机箱上面装有与称重传感器连接的秤盘，秤盘上装有被测水果的承载盘，水果承载盘开有两条向圆心的斜通孔，两通孔成45°～90°，检测头放入水果承载盘的一个斜通孔中与光谱仪连接，在主体机箱另一外侧的光源架上装有能从正上方或侧面照射到水果的近红外光源，或者将近红外光源安装在主体机箱内，通过安装在水果承载盘的另一斜通孔中的光源光纤照射到水果。

所述的光源架上装有能从正上方或侧面照射到被测水果的近红外光源，是在主体机箱另一外侧的凸缘上装有能在凸缘上作上下滑动的竖杆，竖杆端部装有活动臂，加强杆的一端与活动臂铰接，加强杆的另一端与竖杆直槽铰接，活动臂上装有近红外光源。

所述的检测头放入水果承载盘的一个斜通孔中，检测头与被测水果中心成25°～45°。

所述的承载盘的结构为凹形圆柱盘，材料采用遮光的黑色橡胶，承载盘上平面在水果作用下会弯曲并与水果表面紧密接触，避免近红外光源直接进入检测头。

本发明具有的有益的效果是：它结构简单又能同时检测水果的重量和内部品质糖度指标，应用于水果的现场销售，可以实现按质论价并同时计量销售。

附图说明

图1是本发明的实施例整体示意图；

图2是本发明的另一实施例整体示意图；

图3是本发明的糖度检测系统另一实施例主要部分示意图；

图4是本发明的主要部分剖视图；

图5是本发明的控制电路图；

图6是本发明的光源架两种工作位置结构示意图；

图7是本发明的糖度检测模型对脐橙糖度预测的结果。

图中：1、水果；2、光源架；3、主体机箱；4、显示器；5、键盘；6、底座；7、开关；8、打印机；9、微控制器；10、称重系统；11、放大器；12、A/D转换器；13、称重传感器；20、竖杆；21、活动臂；22、加强杆；23、紧固件；24、凸缘；25、秤盘；101、承载盘；102、近红外光源；103、检测光纤；104、光谱仪；105、聚光罩；106、光源光纤；107、检测头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。

如图1、图2和图5所示，带称重的便携式水果糖度无损检测装置，在主体机箱3一外侧盖板设有显示器4、键盘5，主体机箱3内设有打印机8，微处理器9，光谱仪104(如便携光纤型光谱仪INCE-9310MT，含CCD检测器，2048Pixels)，由放大器11、A/D转换器12和称重传感器13(如SPM称重传感器)组成的称重系统10，显示器4、键盘5、打印机8、光谱仪104和A/D转换器12分别与微处理器9连接；在主体机箱3上面装有与称重传感器13连接的秤盘25，秤盘25上装有被测水果1的承载盘101，水果承载盘101开有两条向圆心的斜通孔(如图3和图4所示)，两通孔的成45°～90°。检测头107放入水果承载盘101的一个斜通孔中与光谱仪104连接，在主体机箱3另一外侧的光源架2上装有能从正上方或侧面照射到水果1的近红外光源102，或者将近红外光源102安装在水果承载盘101的另一斜通孔中。或者将近红外光源102安装在主体机箱3内，通过安装在水果承载盘101的另一斜通孔中的光源光纤106照射到水果1。

如图1、图2和图6所示，所述的光源架2上装有能从正上方或侧面照射到被测水果1的近红外光源(如卤钨灯)102，是在主体机箱3另一外侧的凸缘24上装有能在凸缘24上作上下滑动的竖杆20，竖杆20端部装有活动臂21，加强杆22的一端与活动臂21铰接，加强杆22的另一端与竖杆20直槽铰接，活动臂21上装有近红外光源102。当近红外光源102从正上方照射到被测水果1，如图1所示。当近红外光源102从侧面照射到被测水果1，如图2所示。

如图3和图4所示，所述的检测头107放入检测头107放入水果承载盘101的一个斜通孔中，检测头107与被测水果1中心成25°～45°角度。

如图3和图4所示，所述的承载盘101的结构为凹形圆柱盘，材料采用遮光的黑色橡胶，承载盘101上平面在水果1作用下会弯曲并与水果1表面紧密接触，可避免近红外光源102直接进入检测头107影响检测精度。

如图1和图4所示，当近红外光源102从正上方照射到被测水果1，光谱仪104通过检测头107和检测光纤103采集透射光。此检测方式为全透射检测，适用薄皮或小尺寸水果1的内部品质检测。

如图2、图4和图6所示，通过调整光源架2，拆去加强杆22后，通过紧固件23将活动臂21安装到竖杆20上，并根据水果1的高度调整近红外光源102的位置。近红外光源102从侧面照射到被测水果1，光谱仪104通过检测头107和检测光纤103采集透射光。此检测方式为半透射检测，适用苹果、梨、西瓜、甜瓜等水果的内部品质检测。

如图3所示，近红外光源102安装在主体机箱3内，通过安装在水果承载盘101的另一斜通孔中的光源光纤106照射到水果1，光谱仪104通过检测头107和检测光纤103采集透射光。此检测方式为半透射检测，适用苹果、梨、西瓜、甜瓜等水果的内部品质检测。

下面结合图来介绍工作过程：

当水果1装入承载盘101时，其重量使安装于秤盘25和底座6之间的称重传感器13发生变形，并输出与重量成正比的电信号，电信号经放大器11放大后，输入A/D转换器12进行转换，转换成的频率信号直接送入8031微处理器9中计算出水果1的重量；同时打开开关7，近红外光源102在聚光罩105作用下照射到水果1上，光谱仪104检测从水果1透射后的透射光得到一个光谱数据，将光谱数据输入8031微处理器9中，微处理器9通过程序提取有效波长下光谱信息(如透射率)并输入到糖度检测模型(式1)中，计算出水果1的内部品质糖度值。微处理器9一方面把测量值输入显示器4显示数值，另一方面将测量值输入打印机8，将测量值打印在标签上。

C＝a₀+a₁T(λ₂)+a₂T(λ₂)+a₃T(λ₃) (1)

式中C表示水果糖度，λ为波长，T(λ₁)为波长λ₁＝838nm处的透射率，T(λ₂)为波长λ₂＝912nm处的透射率，T(λ₃)为波长λ₃＝982nm处的透射率，系数a₀，a₁，a₂和a₃通过对不同水果样品试验后利用逐步线性回归方法求得。

C＝8.0246-0.0578T(838)-2.54T(912)+2.1837T(982) (2)

式2为对脐橙试验后利用逐步线性回归方法求得的脐橙糖度预测模型。如图7所示，所示结果为利用方程(式2)对55个脐橙糖度的预测值与人工破坏性检测值(实测值)的对比。

Claims

1、带称重的便携式水果糖度无损检测装置，其特征在于：在主体机箱(3)一外侧盖板设有显示器(4)、键盘(5)，主体机箱(3)内设有打印机(8)，微处理器(9)，光谱仪(104)，由放大器(11)、A/D转换器(12)和称重传感器(13)组成的称重系统(10)，显示器(4)、键盘(5)、打印机(8)、光谱仪(104)和A/D转换器(12)分别与微处理器(9)连接；在主体机箱(3)上面装有与称重传感器(13)连接的秤盘(25)，秤盘(25)上装有被测水果(1)的承载盘(101)，水果承载盘(101)开有两条向圆心的斜通孔，两通孔成45°～90°，检测头(107)放入水果承载盘(101)的一个斜通孔中与光谱仪(104)连接，在主体机箱(3)另一外侧的光源架(2)上装有能从正上方或侧面照射到水果(1)的近红外光源(102)，或者将近红外光源(102)安装在主体机箱(3)内，通过安装在水果承载盘(101)的另一斜通孔中的光源光纤(106)照射到水果(1)。

2、根据权利要求1所述的带称重的便携式水果糖度无损检测装置，其特征在于：所述的光源架(2)上装有能从正上方或侧面照射到被测水果(1)的近红外光源(102)，是在主体机箱(3)另一外侧的凸缘(24)上装有能在凸缘(24)上作上下滑动的竖杆(20)，竖杆(20)端部装有活动臂(21)，加强杆(22)的一端与活动臂(21)铰接，加强杆(22)的另一端与竖杆(20)直槽铰接，活动臂(21)上装有近红外光源(102)。

3、根据权利要求1所述的带称重的便携式水果糖度无损检测装置，其特征在于：所述的检测头(107)放入水果承载盘(101)的一个斜通孔中，检测头(107)与被测水果(1)中心成25°～45°。

4、根据权利要求1所述的带称重的便携式水果糖度无损检测装置，其特征在于：所述的承载盘(101)的结构为凹形圆柱盘，材料采用遮光的黑色橡胶，承载盘(101)上平面在水果(1)作用下会弯曲并与水果(1)表面紧密接触，避免近红外光源(102)直接进入检测头(107)。