CN102519815A

CN102519815A - 小麦硬度检测仪及使用该仪器检测小麦硬度的方法

Info

Publication number: CN102519815A
Application number: CN2011104172766A
Authority: CN
Inventors: 曹毅; 于心俊; 周杰; 李秀娟; 臧义
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: CN102519815B

Abstract

本发明公开了一种小麦硬度检测仪，它包括测量平台及支架，设置在支架上端的电机带动的丝杆上旋拧有滑块，水平固连在滑块上的横杆端部连接有向下的压杆，在横杆上设置有压力传感器；测量平台上活动放有盛麦容器，在盛麦容器的压盖上开有测孔，压杆自测孔插入盛麦容器中。使用该检测仪检测小麦硬度的方法为：将小麦样品称重后装入容器放在测量平台上，压杆对准容器压盖中心的测孔，打开上位机的硬度测定程序，启动电机，丝杆转动滑块向下，带动压杆向下自压盖测孔中插入容器中，根据压入容器中的深度与压力的关系测试，计算出小麦硬度并显示出来。本发明的优点在于通过构建小麦冲击破碎的数学模型，实现通过检测关键参数快速确定小麦硬度的目的。

Description

小麦硬度检测仪及使用该仪器检测小麦硬度的方法

技术领域

本发明涉及粮食品质的检验，尤其是涉及一种小麦硬度检测仪，本发明还涉及使用该仪器检测小麦硬度的方法。

背景技术

小麦籽粒质地的软硬是评价小麦加工品质和食用品质的一项重要指标，是国内外小麦市场分类和定价的重要依据之一，也是各国育种家重要的育种目标之一。

国内外有关小麦硬度理论的研究持续了100多年，测定小麦硬度的方法也有100多种，根据测定原理，可以分为感官检验法、抗压力法、研磨法、近红外法等。感官检验法主要是检验小麦中部籽粒剖面的角质（玻璃质）或粉质比例，因此也称角质率法。它是用肉眼观察籽粒透光部分所占的比例，从而判断其硬度，这类方法简便易行，因而首先被广泛采用，其指标迄今仍作为一些国家谷物分类的标准。感官检验法最大的缺点是检验前需要去除小麦中的不完善粒，即使有经验的、操作熟练的检验人员也需要20多分钟，满足不了收购现场的快速检测要求；它的另外一个缺点是主观分级误差难以消除，在实际操作中不宜准确判断。抗压力法的意义比较明确，认可程度较高，但需要在大样品量测定、统计分析的基础上才能得出正确结果。研磨法是对一定质量的小麦进行测定的，这种方法测定的硬度指标分辨率较好，比较适合制粉行业使用，但测定时间较长，仪器使用成本较高。近红外法是利用小麦在近红外广谱区内的光学特性测定其硬度的一种新方法。近红外法的优点是可以实现小麦硬度的无损检测，测定速度快、测定成本低、重现性好，同一批次样品可比性强，样品用量少，还可同时测几个性状；缺点是仪器价格过于昂贵，难以推广普及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、测试方便、成本低廉的小麦硬度检测仪；本发明还提供使用该仪器快速、准确、接近无损的检测小麦硬度的方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的小麦硬度检测仪，它包括测量平台以及垂直设置在所述测量平台上的支架，设置在支架上端的伺服电机带动的工作丝杆上旋拧有上下移动的滑块，水平固连在所述滑块上的横杆端部设置有垂直向下的压杆，靠近压杆的横杆上设置有压力传感器；在所述测量平台上活动放置有盛麦容器，旋拧在盛麦容器上的压盖中心位置开设有测孔，所述压杆自测孔插入盛麦容器内腔中。

所述工作丝杆外部设置有护罩；固连在滑块上的横杆沿护罩上开设的纵向通槽上下移动。在伺服电机上方安装有位移编码器。

使用本发明的小麦硬度检测仪检测小麦硬度的方法，包括下述步骤：

第一步，选待测试小麦样品，称重后装入盛麦容器中，经振动旋紧压盖；初始化：扣紧压盖，加1Nm力，使盛麦容器受力一致，确定初始位置；根据测量要求，继续旋拧压盖，当达到预定力矩时停止，记录旋转角度；

第二步，将盛麦容器放在测量平台上，压杆对准盛麦容器压盖中心的测孔，准备测量；

第三步，打开上位机的硬度测定程序，启动伺服电机，工作丝杆转动使滑块向下，带动压杆向下自压盖的测孔中插入盛麦容器中，根据压入盛麦容器中的深度与压力的关系以及测试小麦的重量数据，微处理器自动计算出小麦硬度并在显示屏上显示出来，测量后滑块复位，等待下次测量。

本发明的优点在于通过构建小麦冲击破碎过程的数学模型，确定小麦硬度与其受力压缩乃至破碎过程中的压杆受力、位移和做功的数学关系，从而构建硬度与关键参数之间的数学模型，采用本发明的检测仪实现通过检测关键参数快速确定小麦硬度的目的。

本发明小麦硬度的测定方法国外常用的小麦硬度测定方法具有显著的线性相关性，无需粉碎小麦颗粒一次压力浸入，减少了破碎工艺的流程，缩短了测定时间，实现了测定方法与测定仪器的标准化；与颗粒指数法相比，该方法具有较高的分辨率、重复性和再现性；同时测定简单、快速、分辨率高，检测仪价格低，易于推广普及。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明控制系统的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的小麦硬度检测仪，包括测量平台1以及垂直设置在测量平台1上的支架2，设置在支架上端的伺服电机3带动的工作丝杆4上旋拧有上下移动的滑块5，水平固连在滑块5上的横杆6端部设置有垂直向下的压杆7，靠近压杆7的横杆6上设置有压力传感器8；在测量平台1上活动放置有盛麦容器9，旋拧在盛麦容器9上的压盖10中心位置开设有测孔，压杆7自测孔插入盛麦容器9内腔中；工作丝杆4外部设置有护罩11；固连在滑块5上的横杆6沿护罩11上开设的纵向通槽上下移动；在伺服电机3上方安装有位移编码器12。

第一步，选待测试小麦样品，在电子天平上称重40g后装入盛麦容器9中，晃动均匀，后旋紧压盖10；初始化：用扭矩扳手扣紧压盖10，加1Nm力，使盛麦容器9受力一致，确定初始位置；根据测量要求，再用扭矩扳手缓慢增加力，继续旋拧压盖10，当达到预定的力矩时停止，记录旋转角度；

第二步，将装有小麦的盛麦容器9放在测量平台1上，压杆7对准盛麦容器压盖10中心的测孔，准备测量；

第三步，打开上位机的硬度测定程序，此应用软件主要具备5大功能：数据采集、硬度分析、报表输出、系统设置和退出，用户可以根据需要使用相应功能；启动伺服电机3，工作丝杆4转动使滑块5向下，带动压杆7向下自压盖10的测孔中插入盛麦容器9中，根据压杆7压入盛麦容器9中的深度与压力的关系以及电子天平的重量数据，微处理器自动计算出小麦硬度并在液晶显示屏上显示出来，测量后滑块5自动复位，方便连续测量。

本发明检测仪控制系统框图如图2所示。

在盛麦容器中装入小麦并压实，操作人员通过键盘按键经嵌入式核心控制器和伺服电机控制单元启动伺服电机，伺服电机带动工作丝杆驱动压杆压入小麦中；压杆压入时压力传感器上的受力开始变化经嵌入式核心控制器控制伺服电机、编码器控制压杆的压入深度，压杆上的压力传感器接受压杆的受力变化信号并传输到嵌入式核心控制器，信号进行处理输出到液晶显示屏上，直接读出结果。检测小麦重量的读数经电子天平，盛装小麦容器压盖旋转的角度、扭矩、盛装小麦容器的直径、压盖螺纹的螺距等数据信号一起进入嵌入式核心控制器被同步处理。

本发明是将小麦作为散粒体进行研究，根据散粒体在受到外界载荷时的整体特性来研究小麦散粒体硬度的特性。而传统的小麦硬度检测是通过将一个或多个小麦颗粒样本采用物理方法进行剪切或挤压破碎，通过对小麦破损率进行统计分析得到该批次小麦的硬度值，因为需要多个测量工序，工作量大、效率低，对小麦破碎之后的重量称量精度要求较高。与传统测量方法相比，本发明检测方法作用于群体颗粒样本，测量步骤简单，测量一致性较高，并可通过检测散粒体的整体性直接反映小麦的硬度特性，可实现小麦的近无损检测，即在检测过程中极大地减小了对小麦颗粒的破损，可实现对同批次的小麦样本进行重复试验。

为验证本发明检测仪的检测效果，选择10各小麦样品分别测其硬度，并与采用现有国标JYDB100-40测量的硬度结果进行比较，具体数据如下表：

样品名称	本发明检测仪所测硬度	采用JYDB100-40所测硬度
			郑麦366	3.04	66
郑麦9023	2.87	63
			大德屯麦	2.64	64
矮抗58	2.61	65
			郑麦004	2.39	63
周麦22	2.28	63
			郑麦9694	2.27	61
漯麦9	2.07	59
			温麦18	1.78	60
偃展4110	1.32	45

对比表中两组数据可以看出：

（1）本发明与现有的仪器具有正相关性，具有一定的一致性，比如对于硬度最大和最小的麦子结论一样；

（2）温麦18与漯麦9排序不同，从JYDB100-40测试的结果来看，两者硬度数值(60、59)差距很微小。相对硬度差为：(60-59)/60=1.7%；用本发明测试仪测试的相对硬度差为：(2.07-1.78)/2.07=14%，说明用本发明测试仪可以更明显的反映二者之间的硬度差值；

（3）硬度排序差距最大的不同在郑麦9023和矮抗58，因为两种测试方法采用的分析方法和量纲不同，所以在数值上不具有可比性。但是硬度的排序具有可参照性，表明了小麦硬度之间的相对关系。两种测试方法之所以多数小麦硬度排序相同是因为小麦在硬度的表现上，可以体现为抵抗外界压力变形的能力。对于现有硬度标准采用的JYDB100-40来说，小麦硬度的表现为抵抗切削力的能力，硬度越大，抵抗能力越强，越难被破碎；对于本发明的硬度检测仪来说，小麦的硬度表现为抵抗压杆压入时受力变形的能力。这两种测试方式都是体现了小麦的力学特性。

（4）两种测试方法存在不一致的地方：首先，测试时所用的小麦样品本身具有差异性；其次，即便是同一种测试方法，每次测量时，仪器的初始参数也会发生变化，测量的样品总量也会产生一定的影响；最后，两种测试方法虽然都是基于力学变形的，但是小麦变形机理和过程本身存在着差异。

综上所述，可以得出结论：

因为本发明的小麦硬度检测仪与现有硬度测试仪在测量结果上存在着正相关性，所以该仪器完全可以用于小麦硬度的测量。

因为两种测试方法采用的仪器和测量量纲不同，具体数值上存在差异，可以通过比例换算与现有测量值建立转换关系。

Claims

1.一种小麦硬度检测仪，其特征在于：它包括测量平台（1）以及垂直设置在所述测量平台（1）上的支架（2），设置在支架上端的伺服电机（3）带动的工作丝杆（4）上旋拧有上下移动的滑块（5），水平固连在所述滑块（5）上的横杆（6）端部设置有垂直向下的压杆（7），靠近压杆（7）的横杆（6）上设置有压力传感器（8）；在所述测量平台（1）上活动放置有盛麦容器（9），旋拧在盛麦容器（9）上的压盖（10）中心位置开设有测孔，所述压杆（7）自测孔插入盛麦容器（9）内腔中。

2.根据权利要求1所述的冲击式小麦硬度检测仪，其特征在于：所述工作丝杆（4）外部设置有护罩（11）；固连在滑块（5）上的横杆（6）沿护罩（11）上开设的纵向通槽上下移动。

3.根据权利要求1所述的冲击式小麦硬度检测仪，其特征在于：所述伺服电机（3）上方设置有位移编码器（12）。

4.使用权利要求1所述的仪器检测小麦硬度的方法，它包括下述步骤：

第一步，选待测试小麦样品，称重后装入盛麦容器（9）中，经振动旋紧压盖（10）；初始化：扣紧压盖（10），加1Nm力，使盛麦容器（9）受力一致，确定初始位置；根据测量要求，继续旋拧压盖（10），当达到预定力矩时停止，记录旋转角度；

第二步，将盛麦容器（9）放在测量平台（1）上，压杆（7）对准盛麦容器压盖（10）中心的测孔，准备测量；

第三步，打开上位机的硬度测定程序，启动伺服电机（3），工作丝杆（4）转动使滑块（5）向下，带动压杆（7）向下自压盖（10）的测孔中插入盛麦容器（9）中，根据压入盛麦容器（9）中的深度与压力的关系以及测试小麦的重量数据，微处理器自动计算出小麦硬度并在显示屏上显示出来，测量后滑块（5）复位，等待下次测量。