CN101539514B - 农畜产品品质近红外光谱便携式检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农畜产品品质近红外光谱便携式检测方法。箱体内设有样品室，三分叉光源输入光纤等间隔安装在样品室同一高度上，样品容器插入在中空的可拆卸样品托架内，并安装在中空的可转动承载台上，箱体内的下端凸台中安装空心轴并安装齿轮，齿轮与可转动承载台固接，安装在步进电机主轴上的齿轮与空心轴齿轮相啮合；聚光透镜安装在凸台孔中，近红外光源的光经三分叉光源投射到样品上，再经通孔由聚光透镜传输给信号接收光纤，待检测的光至光谱议进行分析处理。本发明实现了在检测积分时间内待测样品整周面积的光源照射，保证了透过样品后的光能较多反映样品的品质信息，从而通过有效光谱信息的采集，提高检测精度，实现快速无损线检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种农畜产品品质近红外光谱便携式检测方法和装置。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，消费者在购买农畜产品时乐意购买那些品质好质量高的产品。农畜产品的主要品质指标为脂肪、蛋白质和水分，而目前这些品质指标的检验常以破坏性理化分析为主，如脂肪含量检测的索氏提取法，蛋白质含量检测的凯氏定氮法，水分检测的烘干法等，这些方法均存在制样烦琐、分析时间长、检测成本高等问题。基于近红外光谱的农畜产品品质无损检测技术，因为其无损伤，检测速度快，已经受到越来越多人们的关注。因此研究便携式快速无损检测农畜产品品质的方法和装置是实现产品按质论价销售，提高商品价值，又让消费者明白消费的一项重要工作。基于目前农畜产品品质便携式无损检测方法和装置还不成熟，且商业化应用较少的现状，本发明提供一种基于近红外光谱分析技术的农畜产品品质便携式无损检测方法和装置。
在现有的技术中已存在一些利用可见-近红外光谱检测果蔬内部品质、谷物品质以及牛肉品质的一些装置。如：
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处的光谱值建立多元线性预测模型进行水果糖度的非破坏性检测。但在这种结构中，由于采用的是漫反射(光源和检测器都设置在水果的同一侧)，往往只能检测水果表皮的信息，检测精度不高。
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数个光电检测器检测，以实现扩大水果被检测面积的目的。但在该装置中，由于光源数量多，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，而且利用多个检测器，不但提高了装置的成本，还需要对不同检测器采集的数据进行标准化处理，计算复杂，容易引起误差。
在国内专利NO.200410065215.8中，描述了一种近红外技术快速检测牛肉嫩度的方法和装置。在该技术中通过多点光谱扫描来提高检测信息的有效性，由于采用的漫反射检测技术，采集的信息只能反映牛肉表层的品质信息。
在美国专利US 6563579B1中，描述了一种近红外技术快速检测水果内部品质的方法和装置。在该技术中采用半透射技术，两个光源布置在样品的两侧，通过开有大半个圆形孔的盘、球面聚光透镜和球面凸透镜来实现将光源尽可能照射到更多的水果表面，但也只能照射到水果的两个侧面，而且照射面积会随水果大小的不同而变化，从而影响检测精度。
发明内容
本发明提供一种用于农畜产品(肉糜、谷物、乳品等)品质快速无损检测的方法和装置，通过设计可转动承载台，实现待测样品整个周表面被光源照射，从而保证光谱仪检测到样品的有效光谱信息，提高检测精度。
本发明采用的技术方案如下：
一、一种农畜产品品质近红外光谱便携式检测方法：
采用半透射检测方法，光源输入光纤均匀分布在样品室内壁上，样品放置在可转动承载台上，信号接收光纤位于样品室下方，光谱仪通过信号接收光纤采集透过样品后的有效光谱信息，经多元散射校正，利用平滑处理后的一阶微分光谱建立偏最小二乘法回归模型实现对样品的品质检测。
所述的有效光谱信息，其采集方法是将近红外光源由三分叉光源输入光纤投射到样品某一圆周上等间隔三处，样品随着可转动承载台在检测积分时间内转动，从而实现投射到样品上的三处光源对样品整个圆周的照射，保证光谱仪经信号接收光纤接收的信息为已与大部分样品相互作用后的光谱信息。
二、农畜产品品质近红外光谱便携式检测装置：
箱体内的上端设有样品室，三分叉光源输入光纤的端部等间隔安装在样品室同一高度圆周壁上，盛样品用的样品容器插入在中空的可拆卸样品托架内，可拆卸样品托架安装在中空的可转动承载台上，箱体内的下端凸台的轴承孔中安装空心轴，伸出凸台外一端的空心轴上安装第一齿轮，第一齿轮与可转动承载台固接在一起，步进电机安装在箱体内，安装在步进电机主轴上的第二齿轮与第一齿轮相啮合；聚光透镜安装在箱体内的凸台孔中，近红外光源的光经三分叉光源输入光纤的输入光源A投射到样品上，透过样品后的光B经通孔由聚光透镜传输给信号接收光纤，与信号接收光纤相连的光谱议完成待检测的光C的采集，并传输给安装在箱体上的平板电脑进行分析处理与输出后的显示或打印。
所述的可拆卸样品托架的结构为凹形圆柱盘，材料采用遮光的黑色硅树脂橡胶，可拆卸样品托架顶部为向内伸展的凸缘，凸缘等间距分成数块，在样品容器作用下会弯曲并与样品容器表面紧密接触，可拆卸样品托架底部设有数个圆柱形销，可拆卸样品托架通过其底部圆柱形销安装在可转动承载台上。
本发明具有的有益效果是：
本发明实现了在检测积分时间内待测样品整周面积的光源照射，保证了透过样品后的光能较多反映样品的品质信息，从而通过有效光谱信息的采集，提高检测精度；另外并发明可用于肉糜、谷物、乳品等颗粒状、粉末状、液态的农畜产品品质的快速无损检测。
附图说明
图1是本发明的装置整体示意图。
图2是本发明的有效光谱采集系统的剖视图。
图3是本发明的样品室俯视图局部。
图4是本发明的可拆卸样品托架结构示意图。
图5是用本发明进行检测的操作流程图。
图中：1、箱体；1a、样品室；1b、凸台；2、光谱仪；3、平板电脑；4、三分叉光源输入光纤；5、聚光透镜；6、信号接收光纤；7、可拆卸样品托架；7a、凸缘；7b、圆柱形销；8、可转动承载台；9、样品容器；10、齿轮；11、沉头螺钉；12、空心轴；13、轴承；14、齿轮；15、步进电机；16、近红外光源；A、输入光源；B、透过样品后的光；C、待检测的光。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2、图3所示，箱体1内的上端设有样品室1a，三分叉光源输入光纤4的端部等间隔安装在样品室1a同一高度圆周壁上，盛样品用的样品容器9插入在中空的可拆卸样品托架7内，可拆卸样品托架7安装在中空的可转动承载台8上，箱体1内的下端凸台1b的轴承13孔中安装空心轴12，伸出凸台1b外一端的空心轴12上安装第一齿轮10，第一齿轮10与可转动承载台8通过沉头螺钉11固接在一起，步进电机1安装在箱体1内，安装在步进电机1主轴上的第二齿轮14与第一齿轮10相啮合；聚光透镜5安装在箱体1内的凸台1b孔中，近红外光源16的光经三分叉光源输入光纤4的输入光源A投射到样品上，透过样品后的光B经通孔由聚光透镜5传输给信号接收光纤6，与信号接收光纤6相连的光谱议2完成待检测的光C的采集，并传输给安装在箱体1上的平板电脑3(含触摸屏、CPU、储存器等)进行分析处理与输出后的显示或打印。所述的聚光透镜5通过螺纹结构安装在箱体1内的凸台1b上，能将透过样品后的光B聚成光束，输送给信号接收光纤6，保证待检测光C的强度。
如图4所示，图4(b)为可拆卸样品托架7的剖视图，图4(a)为仰视图，图4(c)为俯视图，所述的可拆卸样品托架7的结构为凹形圆柱盘，材料采用遮光的黑色硅树脂橡胶，可拆卸样品托架7顶部为向内伸展的凸缘7a，凸缘7a等间距分成数块，在样品容器9作用下会弯曲并与样品容器9表面紧密接触，可拆卸样品托架7底部设有数个圆柱形销7b，可拆卸样品托架7通过其底部圆柱形销7b安装在可转动承载台8上。
下面结合图1-5介绍操作过程：
①打开安装在箱体1上的平板电脑3，运行已安装在平板电脑3内的程序，通过平板电脑3自带的触摸屏进行控制并开始检测；
②检测不打开近红外光源16时的暗光强ID，并保存；
③将空样品容器9插入卡在可拆卸样品托架7内，打开近红外光源16，检测以空样品容器9作为参考的近红外光源16通过空样品容器9的光强IR，并保存；
④将样品放入样品容器9(如石英比色皿)内，并将样品容器9插入卡在可拆卸样品托架7内，打开近红外光源16，三分叉光源输入光纤4将输入光源A分三处照射到样品上，触发步进电机15转动，通过齿轮14和齿轮10的传动，可拆卸样品托架7和样品容器9随着安装在齿轮10上的可转动承载台8转动而转动，使得输入光源A逐渐照射到样品其他部位，当可转动承载台8转过120°时，三分叉光源输入光纤4刚好使输入光源A完成样品一周的照射(可转动承载台8也可以转过大于120°，延长输入光源A与样品的作用时间)，透过样品后的光B经聚光透镜5聚成光束，通过信号接收光纤6，由光谱仪2完成采集，得到样品的有效光谱信息IS并保存，步进电机停止转动；
⑤计算透过率T＝(IS-ID)/(IR-ID)；
⑥利用储存在平板电脑3中的程序完成数据处理，实现对样品的品质检测，并将结果进行输出或打印。
在本实施例中，利用上述近红外光谱便携式检测方法和装置可以方便、准确地实现农畜产品品质的无损检测。
Claims (2)
1.一种农畜产品品质近红外光谱便携式检测装置，其特征在于：箱体(1)内的上端设有样品室(1a)，三分叉光源输入光纤(4)的端部等间隔安装在样品室(1a)同一高度圆周壁上，盛样品用的样品容器(9)插入在中空的可拆卸样品托架(7)内，可拆卸样品托架(7)安装在中空的可转动承载台(8)上，箱体(1)内的下端凸台(1b)的轴承(13)孔中安装空心轴(12)，伸出凸台(1b)外一端的空心轴(12)上安装第一齿轮(10)，第一齿轮(10)与可转动承载台(8)固接在一起，步进电机安装在箱体(1)内，安装在步进电机主轴上的第二齿轮(14)与第一齿轮(10)相啮合；聚光透镜(5)安装在箱体(1)内的凸台(1b)孔中，近红外光源(16)的光经三分叉光源输入光纤(4)的输入光源A投射到样品上，透过样品后的光B经通孔由聚光透镜(5)传输给信号接收光纤(6)，与信号接收光纤(6)相连的光谱议(2)完成待检测的光C的采集，并传输给安装在箱体(1)上的平板电脑(3)进行分析处理与输出后的显示或打印。
2.根据权利要求1所述的一种农畜产品品质近红外光谱便携式检测装置，其特征在于：所述的可拆卸样品托架(7)的结构为凹形圆柱盘，材料采用遮光的黑色硅树脂橡胶，可拆卸样品托架(7)顶部为向内伸展的凸缘(7a)，凸缘(7a)等间距分成数块，在样品容器(9)作用下会弯曲并与样品容器(9)表面紧密接触，可拆卸样品托架(7)底部设有数个圆柱形销(7b)，可拆卸样品托架(7)通过其底部圆柱形销(7b)安装在可转动承载台(8)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100804 Termination date: 20150402 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |