CN103406287A - 在线式低场核磁共振含油种子分拣系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，将科研用核磁共振成像分析仪与自动化样品处理装置整合，构建了在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，不仅实现了粮食种子含油率的准确测定，而且实现了大批量、长持续时间的重复实验的取样测试，从而最大限度地发挥了核磁共振检测技术的无损伤、非接触式检测的优点。该发明突破了粮食种子选育手段的技术瓶颈，可以节省种子筛选工作所需人工，并且提升筛选质量。

Description

在线式低场核磁共振含油种子分拣系统

技术领域

本发明涉及低场核磁共振检测设备，具体一种基于低场核磁共振检测对种子含油量进行检测并进行分拣的系统。

背景技术

核磁共振（NMR）是指具有固定磁距的原子核在恒定磁场与交变磁场的作用下，与交变磁场发生能量交换的现象。目前应用较为广泛的是以氢核为研究对象的核磁共振技术，其中，恒定磁场强度低于1.0T的核磁共振现象被称为低场磁共振（LF-NMR）。

以玉米、黄豆为代表的含油粮食作物的选优选育是我国农业科研领域的重点课题之一，工作于中国农业大学国家玉米改良中心的陈绍江教授等人的研究表明，玉米种子的含油率可以作为种子单倍体和双倍体甄别选优的判断依据。据调研，我国常见的种子含油率测试手段以称量法为主，其实验方法步骤繁琐、操作复杂且重复性差，仅在科研单位中采用，该领域的企业类单位甚至以目测筛选作为选种手段，低效率的选种工作严重阻碍了优质粮食产品的培育。

种子样品中蕴含的带氢键油脂分子，可以作为核磁共振波谱分析设备信号采集的准确靶标。经过国内外同行数十年来的技术积累，低场核磁共振技术已经发展为检粮食种子含油率的已知检测方法中最为快速、准确和稳定的一种。但传统实验室磁共振仪器缺乏高频率的样品采集和信号处理的功能，由于同一种粮食种子个体之间尺寸和质量差距较大，样品的含油率和含水率测定结果需要与该样品的质量对应，实验人员必须事先称量每一个种子样品的质量并逐一录入仪器，仪器才能通过数据库中定标数据对从样品中采集的信号加以判断。该方法仍然依赖实验人员的手工操作，使得该技术也没有在科研单位之外得到有效推广。

本发明根据磁共振含油率检测方法，将自动取样称量装置、核磁共振波谱分析设备及其专用软件以及样品智能分拣装置等模块整合在统一的硬件框架和设备嵌入软件控制之下。使得粮食种子含油率准确检测和快速自动化检测在同一款设备之上得以实现，旨在提升粮食加工行业单位在原料采购、筛选和质量监控阶段的工作效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，其具备全程自动化、在线化检测的效果，实现了根据种子含油率对种子的智能分拣，实现粮食种子选育的目的。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，包括由磁体模块、射频柜、谱仪、键盘、鼠标、显示器组成的核磁共振检测模块，所述分拣系统还包括取样称量装置、智能分拣模块，所述取样称量装置包括盛料斗、单粒取样装置以及称量装置，单粒取样装置从盛放种子的盛料斗中取出单粒样品并送至称量装置进行称量并将称量数据发往谱仪，称量后的种子送入核磁共振检测模块进行核磁共振检测检测，设备谱仪采集样品的核磁共振检测信号并根据检测信号计算单粒样品的含油率，然后通过与含油率阈值进行比较给出优劣判别，并将比对结果发送至智能分拣模块，智能分拣模块根据比对结果将样品引导到其所在类别的容器中。

对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案。

作为优化，所述取样称量装置包括盛料斗、单粒取样装置和称量装置，单粒取样装置包括用于抬升单粒样品的无杆气缸、用于输送样品的取样导管，无杆气缸将单粒样品取出后送入取样导管进口，所述取样导管的出口位于称量装置的称重托盘的上方。

进一步，所述无杆气缸设于盛料斗侧面，盛料斗临近无杆气缸的侧面刻有气缸滑槽，无杆气缸可沿气缸滑槽上下移动，无杆气缸上固定有有机玻璃板，有机玻璃板底部朝向盛料斗内的一侧上设有可容纳单粒样品的吸坑，气缸滑槽的上端固定有磁性开关，单粒取样装置还包括用于产生负压的真空发生器、真空换向阀以及空气压缩机，真空发生器、空气压缩机均与真空换向阀相连后再与吸坑相连通，真空换向阀用于控制真空发生器与空气压缩机的进气端的开合。

更进一步，所述空气压缩机同时用于为无杆气缸提供动力，无杆气缸与空气压缩机之间设有电磁阀，所述电磁阀用于控制空气压缩机进气端的开合，控制无杆气缸的向上或向下移动。

作为优化，所述无杆气缸的内部设有小磁钢，盛料斗外设有用于控制真空导向阀工作的磁性开关，当无杆气缸处于最低位置时，吸坑进行吸取样品的动作，当无杆气缸运行到最高位置时，处于无杆气缸内部的小磁钢使磁性开关导通，真空换向阀工作进行方向转换，吸坑处于吹气状态，样品被吹出后沿取样导管进入称重托盘，完成单粒样品的称重。

更进一步，所述称量装置为电子天平。

作为优化，称重托盘的侧面设有吹样气口，分拣系统内设有电磁开关，所述电磁开关用于控制吹样气口的开关，称量完成后，电磁开关转换、吹样通道打开、吹样气口吹气送样，将称重后的单粒样品吹入鼓风送样通道，然后吹样通道再次关闭，单粒样品沿鼓风送样通道落入核磁共振检测模块的探头线圈内进行核磁共振检测。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明将科研用核磁共振成像分析仪与自动化样品处理装置整合，构建了在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，不仅实现了粮食种子含油率的准确测定，而且实现了大批量、长持续时间的重复实验的取样测试，从而最大限度地发挥了核磁共振检测技术的无损伤、非接触式检测的优点。该发明突破了粮食种子选育手段的技术瓶颈，可以节省种子筛选工作所需人工，提升筛选质量。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中取样称量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中单粒取样装置中无杆气缸在盛料斗底端进行单粒取样的结构示意图；

图4为本发明实施例中单粒取样装置中无杆气缸将取得的单粒样品送至取样导管进口时的结构示意图；

图5为本发明实施例中取样称量装置的盛料斗内的结构图；

图6为本发明实施例中取样称量过程的运行原理图；

图7为本发明实施例中的系统运行原理图；

其中：1、取样称量装置；2、磁体模块；3、射频柜；4、谱仪；5、智能分拣模块；6、控制外设；7、盛料斗；8、无杆气缸；9、真空发生器；10、真空换向阀；11、取样导管；12、鼓风送样通道；13、称量装置；14、气缸滑槽；15、样品吸坑；16、吹样气口；17、取样导管进口。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

本实施例描述了一种在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，系统整体结构如图1所示，系统的运行流程图则如图7所示。分拣系统包括由磁体模块2、射频柜3、谱仪4、控制外设6（键盘、鼠标、显示器）组成的核磁共振检测模块，所述分拣系统还包括取样称量装置1、智能分拣模块5，所述取样称量装置1包括盛料斗7、单粒取样装置以及称量装置13，单粒取样装置从盛放种子的盛料斗7中取出单粒样品并送至称量装置13进行称量并将称量数据发往谱仪4，称量后的种子送入核磁共振检测模块进行核磁共振检测检测，设备谱仪4采集样品的核磁共振检测信号并根据检测信号计算单粒样品的含油率，然后通过与含油率阈值进行比较给出优劣判别，并将比对结果发送至智能分拣模块5，智能分拣模块5根据比对结果将样品引导到其所在类别的容器中。

所述取样称量装置1的结构如图2所示，包括盛料斗7、单粒取样装置和称量装置13，单粒取样装置包括用于抬升单粒样品的无杆气缸8、用于输送样品的取样导管11，无杆气缸8将单粒样品取出后送入取样导管11进口，所述取样导管11的出口位于称量装置13的称重托盘的上方。所述称量装置13为电子天平。

盛料斗7内的结构如图5所示，所述无杆气缸8设于盛料斗7侧面，盛料斗7临近无杆气缸8的侧面刻有气缸滑槽14，无杆气缸8可沿气缸滑槽14上下移动，无杆气缸8上固定有有机玻璃板，有机玻璃板底部朝向盛料斗7内的一侧上设有可容纳单粒样品的吸坑15，气缸滑槽的上端固定有磁性开关，单粒取样装置还包括用于产生负压的真空发生器9、真空换向阀10以及空气压缩机，真空发生器9、空气压缩机均与真空换向阀10相连后再与吸坑15相连通，真空换向阀10用于控制真空发生器9与空气压缩机的进气端的开合。

所述空气压缩机同时用于为无杆气缸8提供动力，无杆气缸8与空气压缩机之间设有电磁阀，所述电磁阀用于控制空气压缩机进气端的开合，控制无杆气缸8的向上或向下移动。

所述无杆气缸8的内部设有小磁钢，盛料斗7外设有用于控制真空导向阀工作的磁性开关，当无杆气缸8处于最低位置时，吸坑15进行吸取样品的动作，当无杆气缸8运行到最高位置时，处于无杆气缸8内部的小磁钢使磁性开关导通，真空换向阀10工作进行方向转换，吸坑15处于吹气状态，样品被吹出后沿取样导管11进入称重托盘，完成单粒样品的称重。

取样称量装置1的运行原理图如图6所示，具体运行情况如下：

无杆气缸8运行到最低位置时，A、R常开，使吸坑15处于吸气状态，吸坑15进行吸样，此时单粒取样装置的结构如图3所示；

当无杆气缸8运行到最高位置时，单粒取样装置的结构如图4所示，此时，磁性开关被无杆气缸8内部所设的小磁钢导通，P打开，同时使A、R关闭，吸坑15处于吹气状态（空气压缩机提供动力），吸坑15进行吹样动作，将单利样品吹入取样导管11，送往承重托盘；

电磁阀在单片机的控制下打开与闭合，在此过程中空气压缩机提供压力，控制着无杆气缸8的向上和向下。

称重托盘的侧面设有吹样气口16，分拣系统内设有电磁开关，所述电磁开关用于控制吹样气口16的开关，称量完成后，电磁开关转换、吹样通道打开、吹样气口16吹气送样，将称重后的单粒样品吹入鼓风送样通道，单粒样品沿鼓风送样通道落入核磁共振检测模块的探头线圈内进行核磁共振检测。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，包括由磁体模块、射频柜、谱仪、键盘、鼠标、显示器组成的核磁共振检测模块，其特征在于，所述分拣系统还包括取样称量装置、智能分拣模块，所述取样称量装置包括盛料斗、单粒取样装置以及称量装置，单粒取样装置从盛放种子的盛料斗中取出单粒样品并送至称量装置进行称量并将称量数据发往谱仪，称量后的种子送入核磁共振检测模块进行核磁共振检测检测，设备谱仪采集样品的核磁共振检测信号并根据检测信号计算单粒样品的含油率，然后通过与含油率阈值进行比较给出优劣判别，并将比对结果发送至智能分拣模块，智能分拣模块根据比对结果将样品引导到其所在类别的容器中。

2.根据权利要求1所述的在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，其特征在于，所述取样称量装置包括盛料斗、单粒取样装置和称量装置，单粒取样装置包括用于抬升单粒样品的无杆气缸、用于输送样品的取样导管，无杆气缸将单粒样品取出后送入取样导管进口，所述取样导管的出口位于称量装置的称重托盘的上方。

3.根据权利要求2所述的在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，其特征在于，所述无杆气缸设于盛料斗侧面，盛料斗临近无杆气缸的侧面刻有气缸滑槽，无杆气缸可沿气缸滑槽上下移动，无杆气缸上固定有有机玻璃板，有机玻璃板底部朝向盛料斗内的一侧上设有可容纳单粒样品的吸坑，气缸滑槽的上端固定有磁性开关，单粒取样装置还包括用于产生负压的真空发生器、真空换向阀以及空气压缩机，真空发生器、空气压缩机均与真空换向阀相连后再与吸坑相连通，真空换向阀用于控制真空发生器与空气压缩机的进气端的开合。

4.根据权利要求3所述的在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，其特征在于，所述空气压缩机同时用于为无杆气缸提供动力，无杆气缸与空气压缩机之间设有电磁阀，所述电磁阀用于控制空气压缩机进气端的开合，控制无杆气缸的向上或向下移动。

5.根据权利要求3所述的在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，其特征在于，所述无杆气缸的内部设有小磁钢，盛料斗外设有用于控制真空导向阀工作的磁性开关，当无杆气缸处于最低位置时，吸坑进行吸取样品的动作，当无杆气缸运行到最高位置时，处于无杆气缸内部的小磁钢使磁性开关导通，真空换向阀工作进行方向转换，吸坑处于吹气状态，样品被吹出后沿取样导管进入称重托盘，完成单粒样品的称重。

6.根据权利要求2所述的在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，其特征在于，所述称量装置为电子天平。

7.根据权利要求2所述的在线式低场核磁共振含油种子分拣系统，其特征在于，称重托盘的侧面设有吹样气口，分拣系统内设有电磁开关，所述电磁开关用于控制吹样气口的开关，称量完成后，电磁开关转换、吹样通道打开、吹样气口吹气送样，将称重后的单粒样品吹入鼓风送样通道，单粒样品沿鼓风送样通道落入核磁共振检测模块的探头线圈内进行核磁共振检测。

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