CN103808721A - 胶囊型粮仓检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

胶囊型粮仓检测装置及其检测方法，属于粮仓检测设备领域，具体涉及一种可准确、快速采集粮食霉变图像的胶囊型粮仓检测装置。其特征在于：检测器包括内部中空的金属壳（5）、金属壳（5）内设有的图像采集装置和内部环境检测装置，金属壳（5）外部均布有多条用于固定检测器位置的触角，金属壳（5）顶部为透明挡板（1），图像采集装置透过透明挡板（1）拍摄散落在透明挡板（1）上的粮食图像，电路板（6）下部固定装有信号发射装置；检测器上部通过电磁吸合连接取放装置一端，通过取放装置放入粮仓并控制检测器的放置深度。通过实时采集图像的方式，快速、准确的采集同一位置不同时间的粮食变化图像，更便于准确的判断粮食的霉变情况，而且图像清晰度高，数据准确。

Description

胶囊型粮仓检测装置及其检测方法

技术领域

胶囊型粮仓检测装置及其检测方法，属于粮仓检测设备领域，具体涉及一种可准确、快速采集粮食霉变图像的胶囊型粮仓检测装置。

背景技术

我国是是粮食生产和消费大国。粮食在收获、贮藏和加工过程中极易受到霉菌污染，发生霉变不仅影响粮食的风味和外观，而且含有对人、畜有害的霉菌毒素，食用霉变粮食对人、畜生命造成严重威胁。

目前，绝大多数粮食加工企业，主要依靠肉眼观测判断粮食颗粒是否发生霉变、是否感染黄曲霉毒素，并人工拣出霉变颗粒。常规化学分析具有较高的准确度和可靠性。但是，无论是化学分析还是仪器分析，其试样的预处理、试验本身的耗时以及对物料的破坏又是许多场合所不允许的。虽然现在可采用种子光电分选机，但这类色选机普遍结构复杂、价格昂贵，难以普及，且仅有合格及不合格两个分级级别。因此寻找一种能够快速、准确检测同一堆粮食在不同时间段的霉变程度的方法及装置具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种的快速、准确检测同一粮食颗粒群在不同时间的霉变程度及是否感染黄曲霉毒素的胶囊型粮仓检测装置及其检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：包括检测器和取放装置，检测器包括内部中空的金属壳、金属壳内设有的图像采集装置和内部环境检测装置，图像采集装置和内部环境检测装置通过电路板安装在金属壳内中部，金属壳外部均布有多条用于固定检测器位置的触角，金属壳顶部为透明挡板，图像采集装置透过透明挡板拍摄散落在透明挡板上的粮食图像，电路板下部固定装有信号发射装置；检测器上部通过电磁吸合连接取放装置一端，通过取放装置放入粮仓并控制检测器的放置深度。通过金属壳外部设置的触角，固定检测器在粮仓中的大体位置，便于采集图像，位置固定能够确保摄像头拍摄到的粮食颗粒数量、粮食颗粒拍摄角度、个数等参数不变，从而起到提高测量精度及准确度的作用；通过图像采集装置采集粮仓内实时的粮食图像，并结合内部环境检测装置测定金属壳内的温度和湿度情况，最终通过信号发射装置将采集到的图像发回粮仓外的接收装置，获得及时、准确的图像信息。

所述的金属壳分为上下两部分，上壳体为圆筒状，下壳体上端口外部周圈设置有触角，下壳体下部为向外凸起的弧形面，上壳体和下壳体通过螺纹连接为一体。

所述取放装置包括放置杆本体、电磁铁、取放电池、开关和刻度尺，放置杆本体为圆筒形设置，筒体前端设有检测器取放口，检测器取放口底部安装有电磁铁和取放电池，取放电池与开关连接；筒体后端设有插接口，筒体外部设有刻度尺。通过取放电池供电，由开关控制是否向电磁铁通电，使用时将检测器上壳体一端放入取放装置的检测器取放口内，通过电磁铁与上壳体的吸放实现在粮仓内对检测器的取放。

所述的放置杆本体可由多节筒体连接而成，相邻两筒体通过其后端部的插接口连接固定。放置杆的数量可根据实际粮仓的高度和大小来选用一根或多根连接使用，可实现不同深度粮仓的检测需要。

所述的内部环境检测装置包括湿度传感器和温度传感器，均设置在摄像头的一侧，摄像头的另一侧设有加热丝。内部环境检测装置为了实现摄像头前端空间环境的质量检测，并通过发射天线反馈给外部接收装置，进而控制加热装置加热；通过加热丝作用调节摄像头前端空间温度、湿度，避免因湿度过大造成透明挡板出现雾气，影响拍摄效果，确保摄像头工作环境的稳定，从而提高摄像头检测粮食颗粒霉变的精度。

所述的触角为呈水平放射状设置的硬触角。硬触角能够在距离检测器上下或周围较远位置的颗粒发生移动时起到固定检测器的作用。

所述的硬触角端部还连接有软性固定结构，软性固定结构包括软触角和定位铁锚，软触角一端连接硬触角端部，另一端连接定位铁锚。软性固定结构的数量与硬触角的数量相一致，软触角和定位铁锚将在距离检测器较近位置颗粒发生移动时起到固定检测器的作用，主要用来进一步的保证检测器的稳定性，尽可能的减少检测器的移动，定位铁锚可为不规则形状。

所述的信号发射装置为发射天线，发射天线一端固定连接电路板，电路板通过电池供电。通过发射天线向粮仓外的信号接收装置发送各种测量数据，方便控制检测器内的温度和湿度调节。

所述的下壳体下部两侧对应设有粮仓温度传感器和粮仓湿度传感器。粮仓温度传感器和粮仓湿度传感器主要是用来检测检测器外部的粮食颗粒内部的温度和湿度情况。

所述的图像采集装置包括摄像头和光源，摄像头正对其上方的透明挡板，光源包括安装在摄像头两侧的荧光灯和白光灯，荧光灯为黄曲霉毒素的检测提供光源，白光灯为粮食霉变的检测提供光源。上壳体顶部为平面设置且设置透明挡板，既防止粮仓内的粮食的滑落，又能清晰的拍摄落在透明挡板上的粮食颗粒的图像；荧光光源由六个365nm紫外灯珠产生，白光光源由六个白光灯珠产生。由恒流源电源为荧光光源和白光光源供电，保持光强的稳定；同时提供荧光光源和白光光源，避免因光源单一影响判断，如玉米粒等颗粒本身胚部所在面与另一面的特征存在颜色差异，而不能有效分辨玉米颗粒上颜色的差异，造成霉变判断误差的问题；且黄曲霉菌代谢产物在365nm紫外灯下会产生荧光的效应，通过提取图像的黄绿色荧光部分进一步判断粮食颗粒是否被黄曲霉毒素污染。

根据上述的胶囊型粮仓检测装置的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、在将胶囊型粮仓检测装置放入粮仓时，先调节取放装置的长度，取放装置通电，将检测器上部通过电磁吸合连接取放装置一端；

b、然后将取放装置前端朝下，携带检测器插入粮仓内部，通过取放装置放入粮仓并控制检测器的放置深度，到达规定的深度后，继续往下插入5厘米~10厘米，然后再提升到设定的检测深度位置，关闭取放装置的电源，检测器与取放装置前端脱离，拔出取放装置；

c、检测器被放入粮仓一定深度后，通过金属壳外部周圈的触角可基本固定在一定的位置，将检测器较好的固定在一定的位置；位置固定的目的是：保持摄像头前端的粮食颗粒不发生移动，保证摄像头前端的粮食颗粒姿态、位置不动，这样才能保证进行有效的比较，如果粮食颗粒发生移动，前后拍摄的图片就不会有可比性了；

d、依照上述的放置方法，以此类推，可在一个粮仓内不同位置放置多个检测器；检测器放入后，会有粮食颗粒落在检测器顶部的透明挡板上，进而通过金属壳内的图像采集装置透过透明挡板采集相应位置的粮食颗粒的实时图像，拍摄后，通过信号发射装置向粮仓外部的信号接收装置发出信号；

e、通过多次拍摄，可对比同一位置、同一姿态的同一粮食颗粒群在不同时间发生的变化，进而结合多个位置的粮食变化情况，判断粮仓内粮食的霉变情况， 同时，在进行检测的过程中，可实时通过内部环境检测装置检测图像采集空间内的空气湿度和温度，及时反馈给系统，进而控制检测器内的温度和湿度，避免透明挡板上产生的雾气；当检测器内的湿度或温度高于其外部环境时，通过电路板启动摄像头的另一侧的加热丝，通过加热丝加热，提高检测器内的温度，去除透明挡板上产生的雾气；

f、同时，根据设置的检测到的信号发射开始时间及发射结束时间，巡查人员定期接受检测器的发射数据，从而生成以粮仓高度数据、粮仓长度数据、粮仓宽度数据为坐标数据的三维坐标系，以及形成以粮仓粮食颗粒内部各检测点的温度、湿度、霉变等检测数据构成的数据坐标，进而能够直观判断粮食内部的温度、湿度、霉变等情况。

有现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、结构简单、操作方便：整体为胶囊状设置，包括金属壳和金属壳内安装的摄像头、内部环境检测装置及信号发射装置，体积较小，便于操作，很容易放置到大型的粮仓中进行检测，且制作和使用成本较低。

2、检测快速、准确：金属壳顶部为透明的平面，便于摄像头拍摄图像，通过信号发射装置实时将图像发回外部接收装置，结合金属壳内部的内部环境检测装置，更便于实现摄像头前端空间环境的检测，进一步利用加热丝调节摄像头前端空间温度、湿度的作用，确保摄像头工作环境的稳定，从而提高摄像头检测粮食颗粒霉变的精度。

3、检测器内设置加热装置：通过加热丝作用调节摄像头前端空间温度、湿度，避免因湿度过大造成透明挡板出现雾气，影响拍摄效果，确保摄像头工作环境的稳定，从而进一步保证摄像头检测粮食颗粒霉变的精度。

附图说明

图1为胶囊型粮仓检测装置主视图剖视示意图。

图2为检测器结构剖视示意图。

图3为取放装置结构示意图。

图4为硬触角与软触角的连接关系示意图。

图5为多组检测器安装后的位置关系示意图。

其中，1、透明挡板  2、白光灯  3、加热丝  4、硬触角  5、金属壳  501、上壳体502、下壳体  6、电路板  7、发射天线  8、电池  9、摄像头  10、湿度传感器  11、温度传感器  12、放置杆本体  13、电磁铁  14、取放电池  15、开关  16、刻度尺  17、软触角  18、定位铁锚  19、粮仓温度传感器  20、粮仓湿度传感器  21、检测器取放口  22、信号接收杆  23、荧光灯。

具体实施方式

图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明。

参照附图1：胶囊型粮仓检测装置，包括检测器和取放装置，检测器包括内部中空的金属壳5、金属壳5内设有的图像采集装置和内部环境检测装置，图像采集装置和内部环境检测装置通过电路板6安装在金属壳5内中部，电路板6上装有电池8，通过电池8供电，金属壳5外部设有固定位置的触角，触角为硬触角4，金属壳5顶部为透明挡板1，图像采集装置透过透明挡板1拍摄散落在透明挡板1上的粮食图像，电路板6下部固定装有信号发射装置，信号发射装置为发射天线7，发射天线7一端固定连接电路板6，电路板6通过电池8供电；检测器上部通过电磁吸合连接取放装置一端，通过取放装置放入粮仓并控制检测器的放置深度。图像采集装置包括摄像头9和光源，摄像头9正对其上方的透明挡板1，光源包括安装在摄像头9两侧的荧光灯23和白光灯2，荧光灯23为黄曲霉毒素的检测提供光源，白光灯2为粮食霉变的检测提供光源。

金属壳5为含有铁、钴、镍等成分的金属材料制作，分为上壳体501和下壳体502两部分，上壳体501和下壳体502通过螺纹连接为一体，上壳体501为圆筒状，顶部为平面，且顶部嵌入式安装一水平设置的透明挡板1，透明挡板1为玻璃材质或其他透明材质，下壳体502上部外周均布多条硬触角4，硬触角4呈放射状、水平的围绕连接在下壳体502的上部外圈，下壳体502下部为向外凸起的弧形面。

内部环境检测装置安装在电路板6的上部，包括湿度传感器10和温度传感器11，均设置在摄像头9的一侧，用于检测摄像头9摄像空间内的空气湿度和温度，及时反馈给系统，便于及时调节，保证摄像的清晰度；摄像头9的另一侧设有加热装置，加热装置为加热丝3，通过加热丝3加热，保证透明挡板1不会出现雾气，进一步保证图像拍摄的清晰、准确。

参照附图4：硬触角4下方的下壳体502的两侧还对应设有粮仓温度传感器19和粮仓湿度传感器20，可实时监测检测器外周的粮仓内的温度和湿度。每个硬触角4的端部均连接软性固定结构，软性固定结构的数量与硬触角4的数量相一致，软性固定结构包括软触角17和定位铁锚18，软触角17一端连接硬触角4端部，另一端连接定位铁锚18，定位铁锚18的形状可根据需要随意改变，在使用时，当检测器周围的粮食发生移动时，通过定位铁锚18自身的重力及软触角17的拉力，将检测器较好的固定在一定的位置，进一步的防止检测器发生较大的移动，进而防止影响不同时段的图像采集信息。

参照附图2和3：取放装置包括放置杆本体12、电磁铁13、取放电池14、开关15和刻度尺16，放置杆本体12为圆筒形设置，筒体前端设有检测器取放口21，检测器取放口21底部安装有电磁铁13和取放电池14，取放电池14与开关15连接，筒体内部设有长通孔，通过长通孔布设连接开关15和取放电池14的线路；筒体后端设有插接口，筒体外部设有刻度尺16，通过刻度尺16上的刻度来记录检测器的放置深度。此外，放置杆本体12还可由多节筒体连接而成，相邻两筒体通过其后端部的插接口连接固定。

参照附图5：在一个粮仓内不同位置可放置多个检测器，并可在多个检测器之间安装一根加强无线信号发射的信号接收杆22，信号接收杆22顶部伸出粮仓的粮食堆顶部，辅助接收信号，避免发射天线7功率过低，信号接收杆22连接信号接收及处理部分。

工作过程如下：本发明的胶囊型粮仓检测装置在工作时，需要通过取放装置来实现检测器进入粮仓和离开粮仓的动作。且每次都拍摄都是拍摄同一位置、同一堆姿态的固定的粮食颗粒，每次拍摄的图像（单次拍摄）经过数据处理后和第一次拍摄时的数据进行比较，当图像发生改变或者是经过数据处理后数据发生改变后，说明霉变程度，改变越大，霉变越大。

胶囊型粮仓检测装置的检测方法，包括如下步骤：

a、在将胶囊型粮仓检测装置放入粮仓时，先进行调节，首先根据粮仓的实际高度连接放置杆本体12的节数，并将开关15通过筒体内部的长通孔和线路引到放置杆本体12外面，将检测器的上壳体501朝向放置杆本体12前端的检测器取放口21的凹槽内；

b、启动开关15，使电磁铁13通电充磁，从而吸住上壳体501；然后将放置杆本体12前端朝下，携带检测器插入粮仓内部，根据刻度尺16判断插入深度，到达规定的深度后，继续往下插入5厘米~10厘米，然后再提升到规定的检测深度位置，关闭开关15，电磁铁13失电，拔出放置杆本体12；

c、检测器被放入粮仓一定深度后，通过金属壳5外部周圈的硬触角4可基本固定在一定的位置，当检测器周围有较远位置的粮食颗粒发生滑动时确保检测器的稳定，其次，结合软性固定结构的软触角17和定位铁锚18的设置，当检测器周围较近距离的粮食发生移动时，通过定位铁锚18自身的重力及软触角17的拉力，将检测器较好的固定在一定的位置，进一步的防止检测器发生较大的移动，进而防止影响不同时段的图像采集信息；

d、依照上述的放置方法，以此类推，可在一个粮仓内不同位置放置多个检测器，并可在多个检测器之间安装一根加强无线信号发射的信号接收杆22，信号接收杆22顶部伸出粮仓的粮食堆顶部；检测器放入后，会有粮食颗粒落在检测器顶部的透明挡板1上，进而通过金属壳5内的摄像头9透过透明挡板1拍摄相应位置的粮食颗粒的实时图像，拍摄后，通过发射天线7向粮仓外部的信号接收装置发出信号；

e、通过多次拍摄，可对比同一位置、同一姿态的同一粮食颗粒群的粮食在不同时间发生的变化，进而结合多个位置的粮食变化情况，判断粮仓内粮食的霉变情况， 同时，在进行检测的过程中，可实时通过湿度传感器10和温度传感器11检测摄像头9摄像空间内的空气湿度和温度，通过粮仓温度传感器19和粮仓湿度传感器20实时监测检测器外周的粮仓内的温度和湿度，及时反馈给系统，当检测器内的湿度或温度高于其外部环境时，通过电路板6启动摄像头9的另一侧的加热丝3，通过加热丝3加热，提高检测器内的温度，去除透明挡板1上产生的雾气；

f、同时，根据设置的检测到的信号发射开始时间及发射结束时间，巡查人员定期接受检测器的发射数据，从而生成以粮仓高度数据、粮仓长度数据、粮仓宽度数据为坐标数据的三维坐标系，以及形成以粮仓粮食颗粒内部各检测点的温度、湿度、霉变等检测数据构成的数据坐标，进而能够直观判断粮食内部的温度、湿度、霉变等情况。通过粮仓温度传感器19和粮仓湿度传感器20实时监测检测器外周的粮仓内的温度和湿度，及时反馈给系统，当检测器内的湿度或温度高于其外部环境时，通过电路板6启动摄像头9的另一侧的加热丝3，通过加热丝3加热，提高检测器内的温度，保证透明挡板1不会出现雾气，进一步保证图像拍摄的清晰、准确以及不同时间摄像的清晰度。

当需要更换粮仓内部的粮食或取出粮食时，可采用在粮食输送皮带上安装另一组电磁铁装置的方式，启动粮食输送皮带上的电磁铁，在检测器随粮食颗粒运动到粮食输送皮带上，到达皮带上的电磁铁的位置时候，皮带上的电磁铁会吸住金属壳5，从而实现检测器的取出过程；当在粮仓内部的检测器发生故障时，可以重新放置一个，或者是根据标定的放置位置，用通电充磁的放置杆本体12，利用电磁铁13与金属壳5的电磁吸合作用取出有故障的检测器。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：包括检测器和取放装置，检测器包括内部中空的金属壳（5）、金属壳（5）内设有的图像采集装置和内部环境检测装置，图像采集装置和内部环境检测装置通过电路板（6）安装在金属壳（5）内中部，金属壳（5）外部均布有多条用于固定检测器位置的触角，金属壳（5）顶部为透明挡板（1），图像采集装置透过透明挡板（1）拍摄散落在透明挡板（1）上的粮食图像，电路板（6）下部固定装有信号发射装置；检测器上部通过电磁吸合连接取放装置一端，通过取放装置放入粮仓并控制检测器的放置深度。

2.根据权利要求1所述的胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：所述的金属壳（5）分为上下两部分，上壳体（501）为圆筒状，下壳体（502）上端口外部周圈设置有触角，下壳体（502）下部为向外凸起的弧形面，上壳体（501）和下壳体（502）通过螺纹连接为一体。

3.根据权利要求1所述的胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：所述取放装置包括放置杆本体（12）、电磁铁（13）、取放电池（14）、开关（15）和刻度尺（16），放置杆本体（12）为圆筒形设置，筒体前端设有检测器取放口（21），检测器取放口（21）底部安装有电磁铁（13）和取放电池（14），取放电池（14）与开关（15）连接；筒体后端设有插接口，筒体外部设有刻度尺（16）。

4.根据权利要求3所述的胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：所述的放置杆本体（12）可由多节筒体连接而成，相邻两筒体通过其后端部的插接口连接固定。

5.根据权利要求1所述的胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：所述的内部环境检测装置包括湿度传感器（10）和温度传感器（11），均设置在摄像头（9）的一侧，摄像头（9）的另一侧设有加热丝（3）。

6.根据权利要求1或2所述的胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：所述的触角为呈水平放射状设置的硬触角（4）；所述的硬触角（4）端部还连接有软性固定结构，软性固定结构包括软触角（17）和定位铁锚（18），软触角（17）一端连接硬触角（4）端部，另一端连接定位铁锚（18）。

7.根据权利要求1所述的胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：所述的信号发射装置为发射天线（7），发射天线（7）一端固定连接电路板（6），电路板（6）通过电池（8）供电。

8.根据权利要求2所述的胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：所述的下壳体（502）下部两侧对应设有粮仓温度传感器（19）和粮仓湿度传感器（20）。

9.根据权利要求1所述的胶囊型粮仓检测装置，其特征在于：所述的图像采集装置包括摄像头（9）和光源，摄像头（9）正对其上方的透明挡板（1），光源包括安装在摄像头（9）两侧的荧光灯（23）和白光灯（24），荧光灯（23）为黄曲霉毒素的检测提供光源，白光灯（24）为粮食霉变的检测提供光源。

10.根据权利要求1~9任一所述的胶囊型粮仓检测装置的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、在将胶囊型粮仓检测装置放入粮仓时，先调节取放装置的长度，取放装置通电，将检测器上部通过电磁吸合连接取放装置一端；

b、然后将取放装置前端朝下，携带检测器插入粮仓内部，通过取放装置放入粮仓并控制检测器的放置深度，到达规定的深度后，继续往下插入5厘米~10厘米，然后再提升到设定的检测深度位置，关闭取放装置的电源，检测器与取放装置前端脱离，拔出取放装置；

c、检测器被放入粮仓一定深度后，通过金属壳（5）外部周圈的触角可基本固定在一定的位置，将检测器较好的固定在一定的位置；

d、依照上述的放置方法，以此类推，可在一个粮仓内不同位置放置多个检测器；检测器放入后，会有粮食颗粒落在检测器顶部的透明挡板（1）上，进而通过金属壳（5）内的图像采集装置透过透明挡板（1）采集相应位置的粮食颗粒的实时图像，拍摄后，通过信号发射装置向粮仓外部的信号接收装置发出信号；

e、通过多次拍摄，可对比同一位置、同一姿态的同一粮食颗粒群在不同时间发生的变化，进而结合多个位置的粮食变化情况，判断粮仓内粮食的霉变情况， 同时，在进行检测的过程中，可实时通过内部环境检测装置检测图像采集空间内的空气湿度和温度，及时反馈给系统，进而控制检测器内的温度和湿度，避免透明挡板（1）上产生的雾气；

f、同时，根据设置的检测到的信号发射开始时间及发射结束时间，巡查人员定期接受检测器的发射数据，从而生成以粮仓高度数据、粮仓长度数据、粮仓宽度数据为坐标数据的三维坐标系，以及形成以粮仓粮食颗粒内部各检测点的温度、湿度、霉变等检测数据构成的数据坐标，进而能够直观判断粮食内部的温度、湿度、霉变等情况。

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