CN104833636B - 一种便携式大型厚皮类水果内部品质光学检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便携式大型厚皮类水果内部品质光学检测装置。目的是提供的装置用于田间等场合大型厚皮类水果内部品质的快速检测，具有结构紧凑，使用方便的特点。技术方案是：一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：包括辅助功能机构、内部光谱发射机构、外部光谱发射机构以及光谱接收机构；辅助功能机构：包括外筒、连接圆盘及散热组件；外部光谱发射机构：由两个发射单元组成；内部光谱发射机构：包括内筒、内筒端盖及内卤素灯；光谱接收机构：由三个接收单元组成。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测装置技术领域，具体是水果内部品质光学检测装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，消费者在选购水果时越来越重视其内部品质如糖度和酸度等。田间瓜果采摘的时间与其内部品质有着密切的关系，采摘过早或过晚，不利于水果后期的销售和食用。因此，对水果内部品质检测和成熟度判别显得十分重要。与传统的检测方法如人工识别法和化学分析法相比，可见/近红外光谱技术具有检测速度快、无损伤、成本低、可直接检测等特点，已广泛应用于水果的快速无损检测研究中。
目前，基于可见/近红外光谱技术检测水果品质的相关便携式检测仪器已有应用，但是主要针对小型薄皮的水果，检测方式为漫反射。专利CN202928947U中所述的小型球形水果糖酸比快速无损检测装置，通过使用环形分光器在水果表面形成环形光进行检测，但此类检测装置形成的环形光很弱，不能对大型厚皮水果进行检测。专利CN203941098U中所述的便携式厚皮类水果内部品质检测探头，将卤素灯同轴安装在光谱接收机构上方，使用环形光进行检测。该装置虽然对厚皮水果内部品质的检测有一定效果，但对于大型的厚皮水果，只能检测水果局部区域的内部品质，同时受到装置自身结构的限制，接收光谱的区域范围较小，这些因素都大大降低了装置的检测精度。大型厚皮类水果如西瓜、哈密瓜在我国的水果产量中占有一定的比重，并且采用便携式检测装置对大型水果内部品质进行检测更有实际意义。因此，有必要针对大型厚皮类水果研制便携式光学检测装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种便携式大型厚皮类水果内部品质光学检测装置，以用于田间等场合大型厚皮类水果内部品质的快速检测，具有结构紧凑，使用方便的特点。
本发明采用了以下技术方案：一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：包括辅助功能机构、内部光谱发射机构、外部光谱发射机构以及光谱接收机构；
辅助功能机构：包括外筒、固定在外筒前端的连接圆盘以及安装在外筒后端的散热组件；
外部光谱发射机构：由对称布置在外筒两侧的两个发射单元组成，每个发射单元包括可弯折的曲杆、外灯组件以及滑动组件；曲杆的一端通过滑动组件可前后滑动地定位在外筒的外壁，另一端悬伸并安装着外灯组件；
内部光谱发射机构：包括安装在外筒内部的内筒、安装在内筒前端的内筒端盖以及安装在内筒后端的内卤素灯，内筒端盖位于连接圆盘的前侧并与内筒的前端连接，从而将内筒固定在连接圆盘上；
光谱接收机构：由均布在内筒前端的三个接收单元组成，每个接收单元包括探头、凸透镜以及定位组件；凸透镜安装在探头的前端，探头通过定位组件定位在内筒的外壁，连接圆盘上开设有与各探头对应的通孔。
所述外筒的前端通过螺纹安装有外遮光罩，内筒的前端通过螺纹安装有内遮光罩，探头的前端通过螺纹安装有探头遮光罩。
所述曲杆包括上曲杆和下曲杆，上曲杆的后端铰接在滑动组件上，上曲杆的中部通过一弹簧与滑动组件连接；上曲杆的前端和下曲杆的后端通过铰链连接的同时还通过固定螺杆连接；下曲杆的前端安装有导轮，导轮后侧的下曲杆上安装着所述外灯组件。
所述滑动组件包括沿外筒轴向设置的外滑槽、依次安装在滑槽内的弹簧滑块以及曲杆滑块，弹簧滑块与弹簧铰接，曲杆滑块与上曲杆铰接，弹簧滑块和曲杆滑块上分别开设有定位螺纹孔，螺纹孔配合定位螺栓将弹簧滑块和曲杆滑块固定在外滑槽中。
所述定位组件包括设置在内筒外壁的内滑槽、设置在探头外壁的一号凸台以及设置在连接圆盘后侧的二号凸台；内滑槽、一号凸台、二号凸台均与内筒的轴线平行，内滑槽前端与内筒端面平齐，后端封闭；一号凸台插入内滑槽，二号凸台将一号凸台压紧固定在内滑槽内。
所述外灯组件包括外灯罩、外卤素灯、灯罩端盖以及滤光片；外灯罩罩盖在外卤素灯的外部，灯罩端盖与外灯罩配合，将滤光片固定在外卤素灯的头部，外卤素灯的尾部固定在下曲杆上。
所述散热组件包括散热罩、风扇和安全罩，散热罩通过螺纹与外筒的后端连接，风扇和安全罩依次与散热罩通过螺栓固定。
所述外筒上固定有一手柄。
所述曲杆滑块的耳片两侧有两个限位凸台。
本发明的有益效果是：本发明采用多个光源，包括筒外对称布置的光源和筒内光源，增强了有效光强，使入射光能充分与水果果肉相互作用，进而携带足够有效的瓜果内部品质信息；同时，采用多个探头在不同位置接收与瓜果作用后的光，能使采集到的光谱包含更加全面、充分的有效信息；多个遮光罩的使用避免了环境光的影响，以适应田间的检测环境；采用滑槽结构，可针对不同果型水果进行检测；装置的所有部件集成为一体，操作快捷方便。
附图说明
图1是本发明的分解结构图。
图2是外部光谱发射机构的立体结构示意图。
图3是内部光谱发射机构的剖视结构示意图。
图4是光谱接收机构的剖视结构示意图。
图5是外筒的立体结构示意图。
图6是内筒的立体结构示意图。
图7是上曲杆的立体结构示意图。
图8是下曲杆的立体结构示意图。
图9是连接圆盘的立体结构示意图。
图10是曲杆滑块的立体结构示意图。
图11是探头的立体结构示意图。
图12是本发明的工作状态示意图。
图13是本发明的折叠状态示意图。
注：图2-图11中，各部件进行了不同程度的放大。
图中：1、外遮光罩，2、内遮光罩，3、探头遮光罩，4、连接圆盘，4-1、圆孔，4-2、二号凸台，4-3、通孔，5、凸透镜，6、导轮，7、外卤素灯罩，8、外卤素灯，9、灯罩端盖，10、下曲杆，11、上曲杆，12、吊环螺栓，13、带钩弹簧，14、弹簧滑块，15、曲杆滑块，16、手柄，17、风扇，18、安全罩，19、散热罩，20、外筒，21、定灯套筒，22、内卤素灯，23、内筒，24、滤光片，25、探头，25-1、一号凸台，26、透镜套筒，27、内筒端盖，28、限位凸台，28-1、定位螺纹孔，29、吊环螺纹孔，30、槽型通孔，31、光纤通孔，32、光纤接口，33、内滑道，34、外滑道，35、水果，36、铰耳，37、耳片。
具体实施方式
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。
如图1所示，本发明包括内部光谱发射机构、外部光谱发射机构、光谱接收机构和辅助功能机构。
如图1、图2所示，外部光谱发射机构：由两个完全相同且对称安装在外筒两侧的发射单元组成，每个发射单元包括上曲杆11和下曲杆10、外灯罩7、外卤素灯8、曲杆滑块15及弹簧滑块14；上曲杆11一端铰接曲杆滑块15，另一端通过叠铰链与下曲杆10连接(上曲杆和下曲杆还通过固定螺杆连接，国定螺杆与铰链的转轴垂直)，上曲杆11约中部位置固定一吊环螺栓12；下曲杆10另一端固定一导轮6，并在导轮6后方下曲杆10上开有一槽型通孔30，外卤素灯8尾部通过与槽型通孔30过盈配合固定在下曲杆10上；灯罩端盖9与外灯罩7旋合，将滤光片24和外卤素灯8同轴固定在外卤素灯罩7内。
如图1、图3所示，内部光谱发射机构：包括由前至后依次同轴安装的定灯套筒21、内卤素灯22、内筒23、内筒端盖27和内遮光罩2；内筒23一端与定灯套筒21螺纹连接，将内卤素灯22夹紧固定，另一端的圆周外侧均布三条相同的内滑槽33。内卤素灯22在灯罩背面圆周方向上均布一定数量的散热片，散热片均沿径向布置，以提高散热效果。
如图1、图4所示，光谱接受装置：由三个完全相同均布在内筒圆周外侧的接收单元组成，每个接收单元又包括同轴安装的探头25、凸透镜5、两个相同的透镜套筒26和探头遮光罩3。两个透镜套筒26将凸透镜5夹在中间，并与探头25内侧螺纹连接，调节透镜套筒26，使光纤接头落在凸透镜5焦点的位置；探头遮光罩3与探头25一端螺纹连接，并穿过连接圆盘4上的沿圆周均布通孔，用于阻挡环境杂散光和携带无效信息的卤素灯光；通过三叉光纤将三个探头25收集到的光谱信号汇总经由光纤通孔31传输到光谱仪；探头25圆周外侧有一号凸台25-1(横截面呈T形)，与内滑槽33配合连接。
如图1，图5所示，辅助功能机构：包括由前至后依次同轴安装的外遮光罩1、连接圆盘4、所述外筒20、散热罩19、风扇17和安全罩18。外筒20前端和连接圆盘4圆周外侧各有两个对称分布的铰耳36，通过螺栓将它们连接，后端与散热罩19螺纹连接，风扇17和安全罩18与散热罩19通过螺栓固定。外遮光罩1与连接圆盘4螺纹连接；手柄16中空与外筒20通过焊接固定，并将外筒20上的光纤通孔31遮盖；外筒20圆周外侧有两条对称布置外滑槽34。
如图2、图3、图9所示，曲杆滑块15和弹簧滑块14安装在外滑槽34内，带钩弹簧13两端分别与吊环螺栓12和弹簧滑块14连接，并始终处于拉伸状态；连接圆盘4的后端面上以轴线为中心均布三个完全相同的二号凸台4-2(横截面呈T形)，分别与内筒23圆周外侧的滑道对应配合，实现内筒23周向固定；内筒端盖27与内筒23为螺纹配合，使内筒23紧固在连接圆盘4上(连接圆盘的中部开设有圆孔4-1，内筒端盖的螺纹部位可以穿过圆孔与内筒连接)，实现内筒23轴向固定。
如图4所示，探头25圆周侧面上的凸台和连接圆盘4端面上的凸台在沿轴线方向上的长度总和比内滑槽33的长度稍长，探头25凸台被压紧固定在内滑槽33内。
如图6所示，内滑槽33一端与内筒23端面平齐，另一端封闭。
如图7、图8所示，上曲杆11内侧曲面上开有吊环螺纹孔29，上曲杆11和下曲杆10连接端处各有一个耳片37，两个耳片37相同，通过所述固定螺杆连接。
如图9所示，连接圆盘4端面上沿圆周均布三个通孔4-3，分别对应内筒23圆周外侧固定的三个探头25。
如图2、图10所示，弹簧滑块14和曲杆滑块15上各开有两个定位螺纹孔28-1，曲杆滑块15的耳片(用于铰接上曲杆)两侧有两个限位凸台28，弹簧滑块14位于上曲杆11内侧。
如图11所示，探头25在封闭的端面上开有光纤接口32。
检测前，由于曲杆滑块15上限位凸台28的作用，使外筒20两侧对称布置的检测单元始终能保持一定的距离；检测时，将水果32置于两个导轮6之间，下压手柄，导轮6即沿着水果20表面下滑直到遮光罩紧贴水果20表面。其中探头遮光罩3比外遮光罩1和内遮光罩2在轴向方向上伸出稍长一点，以确保在检测过程中，探头遮光罩3始终紧贴水果32表面；检测后，可将下曲杆10弯折至遮光罩处，方便收纳。
下面结合图1、图12、图13具体说明本发明的工作过程：
根据检测水果32的果型差异，调节弹簧滑块14和曲杆滑块15在外筒20滑道上的相对位置，同时选取合适的滤光片24，防止外卤素灯8灼伤水果32表面。以大型西瓜为例，所用卤素灯都为100W。将装置置于西瓜合适方位后，按下运行开关，风扇17开始运转，以向外筒20内鼓风的方式强制散热。外卤素灯8和内卤素灯22发出的光照射到西瓜表面，一部分直接镜面反射，另一部分则穿透果皮进入西瓜内部。进入到西瓜内部的光与西瓜内部组织发生一系列的吸收、散射后，会有一部分含有西瓜内部品质信息的光从西瓜不同部位出射，其中一部分出射光进入三个探头25，被三叉光纤接受后传播至光谱仪。检测完毕后，去掉上曲杆10和下曲杆11连接处的螺栓，可将下曲杆11弯折至遮光罩处，方便收纳。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：包括辅助功能机构、内部光谱发射机构、外部光谱发射机构以及光谱接收机构；
辅助功能机构：包括外筒(20)、固定在外筒前端的连接圆盘(4)以及安装在外筒(20)后端的散热组件；
外部光谱发射机构：由对称布置在外筒(20)两侧的两个发射单元组成，每个发射单元包括可弯折的曲杆、外灯组件以及滑动组件；曲杆的一端通过滑动组件可前后滑动地定位在外筒的外壁，另一端悬伸并安装着外灯组件；
内部光谱发射机构：包括安装在外筒内部的内筒(23)、安装在内筒前端的内筒端盖(27)以及安装在内筒后端的内卤素灯(22)，内筒端盖(27)位于连接圆盘(4)的前侧并与内筒的前端连接，从而将内筒固定在连接圆盘(4)上；
光谱接收机构：由均布在内筒前端的三个接收单元组成，每个接收单元包括探头(25)、凸透镜(5)以及定位组件；凸透镜(5)安装在探头(25)的前端，探头(25)通过定位组件定位在内筒的外壁，连接圆盘上开设有与各探头对应的通孔(4-3)。
2.根据权利要求1所述的一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：所述外筒(20)的前端通过螺纹安装有外遮光罩(1)，内筒的前端通过螺纹安装有内遮光罩(2)，探头的前端通过螺纹安装有探头遮光罩(3)。
3.根据权利要求1或2所述的一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：所述曲杆包括上曲杆(11)和下曲杆(10)，上曲杆(11)的后端铰接在滑动组件上，上曲杆的中部通过一弹簧与滑动组件连接；上曲杆的前端和下曲杆的后端通过铰链连接的同时还通过固定螺杆连接；下曲杆的前端安装有导轮，导轮后侧的下曲杆上安装着所述外灯组件。
4.根据权利要求3所述的一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：所述滑动组件包括沿外筒(20)轴向设置的外滑槽(34)、依次安装在外滑槽内的弹簧滑块(14)以及曲杆滑块(15)，弹簧滑块与弹簧铰接，曲杆滑块与上曲杆铰接，弹簧滑块和曲杆滑块上分别开设有定位螺纹孔(28-1)，定位螺纹孔配合定位螺栓将弹簧滑块和曲杆滑块固定在外滑槽中。
5.根据权利要求4所述的一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：所述定位组件包括设置在内筒外壁的内滑槽(33)、设置在探头外壁的一号凸台(25-1)以及设置在连接圆盘(4)后侧的二号凸台(4-2)；内滑槽、一号凸台、二号凸台均与内筒的轴线平行，内滑槽(33)前端与内筒(23)端面平齐，后端封闭；一号凸台插入内滑槽(33)，二号凸台将一号凸台压紧固定在内滑槽(33)内。
6.根据权利要求5所述的一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：所述外灯组件包括外灯罩(7)、外卤素灯(8)、灯罩端盖(9)以及滤光片(24)；外灯罩(7)罩盖在外卤素灯(8)的外部，灯罩端盖(9)与外灯罩(7)配合，将滤光片(24)固定在外卤素灯(8)的头部，外卤素灯(8)的尾部固定在下曲杆(10)上。
7.根据权利要求6所述的一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：所述散热组件包括散热罩(19)、风扇(17)和安全罩(18)，散热罩(19)通过螺纹与外筒(20)的后端连接，风扇(17)和安全罩(18)依次与散热罩(19)通过螺栓固定。
8.根据权利要求7所述的一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：所述外筒(20)上固定有一手柄(16)。
9.根据权利要求8所述的一种便携式大型厚皮水果内部品质光学检测装置，其特征在于：所述曲杆滑块(15)的耳片两侧有两个限位凸台(28)。
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2015
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