CN102928355A

CN102928355A - 带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置

Info

Publication number: CN102928355A
Application number: CN2012104196680A
Authority: CN
Inventors: 谢丽娟; 应义斌; 王爱臣
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang Defeiluo Intelligent Machinery Manufacturing Co ltd
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN102928355B

Abstract

本发明涉及带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置。所要解决的技术问题是提供的装置应具有鉴别速度快、检测精度高、适用面广以及操作简便的特点。技术方案是：带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置，包括光源及计算机、触摸显示屏和光谱仪；其特征在于该装置还配置了称重-光照系统；称重-光照系统由称重系统和光照系统组成；称重系统包括底座、称重传感器及隔板；隔板中心制有一圆孔；光照系统包括环形分光器、柔性遮光罩、聚光透镜及温度传感器和柔性座垫；环形分光器的顶端端面制有一圆环形发光区，壁部制有一大螺孔；聚光透镜由一透镜光纤连接器托持定位，出射光纤也由透镜光纤连接器固定在聚光透镜的下方。

Description

带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，具体是对小型球形水果（如水蜜桃）品质（糖酸比、重量）进行快速无损检测的装置。

背景技术

中国是农业大国，近年来水果产量持续增加；随着人们生活水平的不断提高，消费者在选购水果时不仅仅关注外观，也越来越关注水果的内部品质如口感、糖酸比（糖度与酸度之比）。

糖酸比是指食品或食品原料中总糖量（可溶性固形物）与总酸（可滴定酸）含量的比，是评价水果成熟度、果实品质的一个重要指标。糖酸比可以影响食品的口味，食品生产中也往往通过调节该比值来控制食品口味。如果汁，每一种果汁都有自己固定的糖酸比从而使口味达到最佳。糖酸比还会影响食品的品质，一定酸度会影响食品中微生物的生长，延长保质期。

现有的水果品质鉴别方法主要有：

感官鉴定法，主要凭借视觉、触觉、嗅觉来鉴别。判定的准确性受情绪因素、感情因素、经验、身体健康状况、鉴定环境等诸多因素的影响。

理化分析法，即将水果榨汁，然后利用酸度计、糖度计进行测量。该方法的优点是作为常规仪器分析方法已经得到普遍认同，缺点则是耗时耗力，成本高，周期长，且均需要对待测样品进行破坏性处理。

因此研究快速无损检测水果内部品质装置对于水果内销及进出口都意义重大。目前国内外在水果内部品质无损检测装备上都进行了一些基础研究，但能投入实际生产应用的并不多。

在日本专利NO.09-089767中，描述了一种基于近红外技术检测苹果糖度的便携式装置，该装置是将水果反射光经分光系统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，导致检测精度不高。

中国专利NO.200510056732.3中，描述了一种便携式果品内部品质无损检测装置。该装置中用一圈LED光源照射水果，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。由于LED光源为特定波长光源，有些果品品质无法全部获取，这样在应用上存着一定缺陷；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，目前尚未见到能同时实现水果重量和内部品质检测的装置。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种适用于小型球形水果糖酸比及重量检测的装置，该装置应具有鉴别速度快、检测精度高、适用面广以及操作简便的特点。

本发明采用的技术方案如下：

带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置，包括光源以及通过数据线连接的计算机、触摸显示屏和光谱仪；其特征在于该装置还配置了称重-光照系统，所述光源发出的检测光通过入射光纤输入该称重-光照系统，所述光谱仪通过出射光纤接收该称重-光照系统输出的透射光；

所述的称重-光照系统由称重系统和光照系统组成；

所述称重系统包括底座、固定在底座上方的称重传感器以及固定在称重传感器上方的隔板；所述隔板中心制有一用于敷设出射光纤的圆孔；

所述光照系统包括固定在隔板上的环形分光器、安装在环形分光器顶部的柔性遮光罩、定位在环形分光器中央的聚光透镜以及固定在环形分光器顶端端面的温度传感器和柔性座垫；所述环形分光器的顶端端面制有一用于发射检测光的圆环形发光区，壁部制有一连接入射光纤并导入检测光的大螺孔；所述聚光透镜由一透镜光纤连接器托持定位，所述出射光纤也由透镜光纤连接器固定在聚光透镜的下方，以接收聚光透镜发出的透射光并输送至光谱仪。

所述透镜光纤连接器呈头部大尾部小的漏斗状，头部内壁上制有用于配合两个内套筒的内螺纹；尾部内壁上制有用于固定出射光纤的内螺纹；尾部的外表面还制有三个周向均布的外凸光孔，每个外凸光孔均与一从环形分光器径向伸出的长螺钉配合。

所述聚光透镜由可调间距的内套筒定位在透镜光纤连接器的上部。

所述光源为功率可调的卤素灯光源。

本发明的工作过程是：

先启动嵌入式计算机并打开相应的检测软件，设置好参数，选择水果品质检测模块。

当被检水果（如水蜜桃）放到柔性遮光罩3-2上时，其重量使安装于底座3-11和隔板3-9之间的称重传感器3-10发生变形，并输出与重量成正比的电信号，电信号传输到嵌入式计算机1并经过处理便可得出水果的重量。检测软件会根据水果的重量和预置的光源功率调节模型，自动发出指令调节光源5的功率，使其适合该水果的实时检测。近红外光源发出的光经过入射光纤4从大螺孔3-1-2进入环形分光器3-1的本体，然后穿越本体到达环形分光器顶部被分散成环形光发出，照射到水果底部一圈的位置；部分环形光在水果内部经过漫透射后，一部分透射光折射后进入聚光透镜3-4，聚光透镜3-4将接收到的透射光聚焦后照射到出射光纤6头部（此时的透射光已经携带了水果的糖酸比等信息）；透射光经过光谱仪7处理后便可得到一个光谱数据，然后传入到嵌入式计算机；与此同时，安装在环形分光器3-1上面的温度传感器3-3也获取了检测时的温度数值并传入到嵌入式计算机1。嵌入式计算机1根据温度和预置的温度校正模型对所获取的光谱信息进行温度校正，然后对校正过的光谱提取有效波长下的光谱信息并输入到糖酸比检测模型，计算出水果的糖酸比，并根据糖酸比将水果分为等级（如优、良、一般、差等），最后触摸显示屏上便会显示出水果的糖酸比、等级、重量等信息。

本发明的有益效果是：

本发明鉴别速度快，精度高，适合现场分析，可以快速准确无损地鉴别小型球形水果的糖酸比和重量。采用的卤素灯光源功率可调，检测软件根据水果的重量信息自动发出指令控制系统调节功率，以适应不同水果的品质检测，并自动进行温度校正，提高了检测精度。光源经环形分光器分光，适用性强、稳定可靠。此外，测量时没有移动部件，解决了现有装置因分光器、光纤移动造成的水果品质鉴别结果不准确的问题；并且操作简便，操作者无需专业知识就能实现自主检测。

附图说明

图1是本发明的实施例的结构示意图。

图2a是本发明实施例中的称重-光照系统的剖面结构示意图。

图2b是图2a中的A部放大结构示意图。

图2c是图2a中的B部放大结构示意图。

图3是本发明实施例中的柔性遮光罩的立体结构示意图。

图4a是本发明实施例中的环型分光器的立体结构示意图之一。

图4b是本发明实施例中的环型分光器的立体结构示意图之二。

图5a是本发明实施例中的透镜光纤连接器的立体结构示意图之一。

图5b是本发明实施例中的透镜光纤连接器的立体结构示意图之二。

图6是本发明实施例中的内套筒的立体结构示意图。

图7是本发明实施例中的隔板的立体结构示意图。

图中：1、计算机；2、触摸显示屏；3、称重-光照系统；4、入射光纤；5、光源；6、出射光纤；7、光谱仪；3-1、环形分光器；3-2、柔性遮光罩；3-3、温度传感器；3-4、柔性座垫；3-5、聚光透镜；3-6、内套筒；3-7、透镜光纤连接器；3-8、长螺钉；3-9、隔板；3-10、称重传感器；3-11、底座；3-1-1、圆环形发光区；3-1-2、大螺孔；3-7-1、外凸光孔。

具体实施方式

本发明提供的带称重功能的便携式水果糖酸比无损检测装置，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酸比作为检测评价指标，还具备称重功能。

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1所示的带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置，包括计算机1（优选嵌入式计算机）、触摸显示屏2、称重-光照系统3、入射光纤4、出射光纤6、光源5（优选功率可调光源）、光谱仪7；计算机与触摸显示屏之间、计算机与光谱仪之间均通过数据线导通。

如图2a所示，所述的称重-光照系统3由称重系统和光照系统组成。

所述称重系统包括底座3-11、称重传感器3-10、隔板3-9。底座3-11是整个称重-光照系统的固定部件，底座上方固定一称重传感器3-10（贴片式温度传感器，标准配件，可外购），调零后可用于称量被检测水果的重量。称重传感器3-10上方固定一隔板3-9，隔板3-9把上面的光照系统和下面的称重系统隔开。隔板中心开有一圆孔，用于导引敷设出射光纤6。

所述光照系统包括中空的环形分光器3-1、柔性遮光罩3-2、温度传感器3-3、柔性座垫3-4、聚光透镜3-5、内套筒3-6、透镜光纤连接器3-7、长螺钉3-8。

如图2a、图2c、图4所示，所述环形分光器3-1通过底面的三个螺纹孔固定在隔板3-9上，并且保证两者的大圆孔同轴。环形分光器3-1中间的大圆孔用于安装定位光线透镜连接器3-7；上部外圆周面开有外螺纹，用于固定柔性遮光罩3-2；下部圆柱面有三个径向放射状分布的小螺纹孔，用于固定长螺栓，从而对透镜光纤连接器3-7实现有效固定；侧面有一大螺孔3-1-2，用于固定入射光纤4；顶面有一圆环形发光区3-1-1，入射光纤4传来的光从大螺孔3-1-2中进入环形分光器的本体，然后通过圆环形发光区3-1-1传播出来；顶面装有一个体积很小的贴片式温度传感器3-3（标准配件，可外购）和一圈圆环状的柔性座垫3-4（用于支撑水果，同时防止环形光源光直接进入聚光透镜），柔性座垫通常可用橡胶制作。

上述环形分光器优选利于光线传导的材料（如光学级的压克力/PC材料；可外购获得）制作。

如图2a、图2c、图3所示，所述柔性遮光罩3-2选用遮光、柔软易变形的材料制作（如黑色橡胶），主体做成褶子状；底部的一柱形塑料圈上开有内螺纹，用于和环形分光器连接。当水果放到柔性遮光罩3-2时，柔性遮光罩会被压缩变形，头部外张唇可与水果表面紧密贴合，便可以隔绝外界光，同时可以保护水果表面不受损伤。

如图2a、图2b、图5所示，所述透镜光纤连接器3-7为上大下小的漏斗状（头部口径大尾部口径小）。头部内壁上制有内螺纹，用于固定两个内套筒3-6（内套筒的外圆周面制有相配合的外螺纹），两个内套筒之间便可固定聚光透镜3-5，而且可以根据需要调节聚光透镜的上下位置；尾部也开有内螺纹，用于固定出射光纤（用通用光纤螺栓固定）；尾部小径圆柱外部有三个周向均布的外凸光孔3-7-1，长螺钉3-8通过环形分光器3-1侧面的螺纹孔径向伸入到外凸光孔3-7-1中，使透镜光纤连接器3-7得以固定。

Claims

1.带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置，包括光源（5）以及通过数据线连接的计算机（1）、触摸显示屏（2）和光谱仪（7）；其特征在于该装置还配置一称重-光照系统，所述光源发出的检测光通过入射光纤（4）输入该称重-光照系统（3），所述光谱仪通过出射光纤（6）接收该称重-光照系统输出的透射光；

所述的称重-光照系统由称重系统和光照系统组成；

所述称重系统包括底座（3-11）、固定在底座上方的称重传感器（3-10）以及固定在称重传感器上方的隔板（3-9）；所述隔板中心制有一用于敷设出射光纤的圆孔；

所述光照系统包括固定在隔板上的环形分光器（3-1)、安装在环形分光器顶部的柔性遮光罩（3-2）、定位在环形分光器中央的聚光透镜（3-5）以及固定在环形分光器顶端端面的温度传感器（3-3）和柔性座垫（3-4）；所述环形分光器的顶端端面制有一用于发射检测光的圆环形发光区（3-1-1），壁部制有一连接入射光纤并导入检测光的大螺孔（3-1-2）；所述聚光透镜由一透镜光纤连接器（3-7）托持定位，所述出射光纤也由透镜光纤连接器固定在聚光透镜的下方，以接收聚光透镜发出的透射光并输送至光谱仪。

2.根据权利要求1所述的带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置，其特征在于：所述透镜光纤连接器呈头部大尾部小的漏斗状，头部内壁上制有用于配合两个内套筒（3-6）的内螺纹；尾部内壁上制有用于固定出射光纤的内螺纹；尾部的外表面还制有三个周向均布的外凸光孔（3-7-1），每个外凸光孔均与一从环形分光器径向伸出的长螺钉（3-8）配合。

3.根据权利要求2所述的带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置，所述聚光透镜由可调间距的内套筒定位在透镜光纤连接器的上部。

4.根据权利要求3所述的带称重功能的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置，所述光源为功率可调的卤素灯光源。