CN105158204B - 用于水果内部品质可见近红外光谱检测的可调节光源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水果内部品质可见近红外光谱检测的可调节光源装置。积分球水平赤道上间隔均布开有三个开口，三个LED发光源分别安装在积分球的三个开口上，聚光系统安装在积分球的出口上，三个LED发光源和聚光系统均经控制器与计算机连接；每组LED灯珠组包括由四个波长相同的LED灯珠串联而成的LED灯珠条，多个LED灯珠组分别经各自的继电器串联后与控制器连接，LED灯珠组和继电器均安装在电路板，电路板通过固定圈安装在积分球的开口上。本发明可控制每一条LED灯珠条的亮和灭，实现不同波形的光谱输出，以适应不同品种水果的实验要求。由于采用的是LED灯珠，同时具有节能环保的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种农产品检测光源装置，尤其是涉及一种用于水果内部品质可见近红外光谱检测的可调节光源装置，主要用于水果内部的糖度检测。
背景技术
可见近红外光谱检测技术由于具有快速、无损的特点，已成为一种非常受欢迎的检测技术，它适用于规模化、自动化的工业生产，可用于农产品的在线检测，实现农产品的自动分级。光源是光谱检测技术中极其重要的一环，光源为检测技术提供需要的光谱。
当前用于柑橘类水果的可见近红外光谱检测技术所使用的光源主要是卤钨灯，在现有的技术中已存在一些利用卤钨灯进行可见近红外光谱检测的装置，如：
在美国专利US7295318B2中，描述了两种可见近红外的检测装置。一种是通过在传送带一边设置多盏卤钨灯，而在另一边安放检测器，中间通过一块黑色挡板隔开；另一种是在传送带上方安装多盏卤钨灯光源，该光源可以调节发光体的个数，在传送带下方安装检测器。这两种方法都采用卤钨灯，但是卤钨灯具有一些缺点：发热量大，温度高、能量利用率低，由于温度高的原因，会对部件造成损害，同时也会影响检测结果，并且功率大，能耗大，不节能。
LED(Light Emitting Diode)，是一种较新型的光源，中文名称叫发光二极管，是一种利用半导体材料制作的电子器件，它可以将电转化为光。LED的核心是一块半导体芯片，芯片两端延伸出两个电极，一个正极，一个负极，整个芯片被封装在透明的环氧树脂材料里面。它具有体积小、能耗低、亮度高、热量低、环保、可控性强等特点，在农产品光学特性检测中，LED通常被用作为成像系统的光源或是荧光诱导系统的光源，在其它方面的应用比较少。
同时单个LED灯珠发射的光谱是单波长的，这不利于用于可见近红外光谱检测技术。组合式的LED在校准光源方面应用的较多，但现有技术中缺少在农产品光学特性检测方面的应用及其装置。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于水果内部品质可见近红外光谱检测的可调节光源装置。本发明能够发射出可见近红外波段的光谱，并且能够通过控制每一条LED灯珠条的亮和灭发射出不同波形的光谱，根据聚光系统的安装形式，光线可以通过光纤引到至水果表面，也可以直接照射水果，进而完成光谱采集工作。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括三个LED发光源、积分球、聚光系统、控制器和计算机，积分球水平赤道上间隔均布开有三个开口，三个LED发光源分别安装在积分球的三个开口上，聚光系统安装在积分球的出口上，三个LED发光源和聚光系统均经控制器与计算机连接；LED发光源包括电路板、固定圈、多组发射光波长均不相同的LED灯珠组及其继电器；每组LED灯珠组包括由四个波长相同的LED灯珠串联而成的LED灯珠条，多个LED灯珠组分别经各自的继电器串联后与控制器连接，LED灯珠组和继电器均安装在电路板，电路板通过固定圈安装在积分球的开口上。
所述的LED灯珠组的发射光波长范围为420～1050nm。
所述的聚光系统包括一块平凸透镜和套筒，平凸透镜同轴安装在套筒内，平凸透镜的凸面朝向积分球中心，套筒通过螺丝固定在积分球的出口上。
所述的聚光系统包括两块平凸透镜和套筒，两块平凸透镜凹面相正对同轴安装在套筒内，套筒通过螺丝固定在积分球的出口上。
所述的聚光系统的套筒输出端安装有光纤。
所述的光源装置用于水果内部品质的透射检测和反射检测。
本发明的LED积分球光源在积分球赤道部位均布三个开口，作为光线输入口，在积分球最顶端再开一个出口，作为光线输出口。发光体采用的是LED灯珠，分别焊接在三块电路板上，电路板安装在积分球的开口上。在积分球出口上接一套筒，套筒内部安装平凸透镜，通过两种方式照射水果，一种用光纤引出照射水果，另一种直接照射水果。
本发明具有的有益效果是：
本发明能够发射出范围在420～1050nm之间的组合光谱，并且可以通过控制每一条LED灯珠条的亮灭，实现不同波形的光谱输出，这样可适应不同水果的品质检测。
本发明根据不同水果检测时的能量要求，该光源既可以用于透射检测，也可以用于反射检测。
本发明发射的光线可以直接照射水果，也可以通过光纤引出再照射水果；同时由于发光源采用的是LED灯珠，本发明还具有节能环保的优点。
附图说明
图1是本发明装置的整体示意图。
图2是LED发光源的安装结构示意图。
图3是LED发光源的内部电路图。
图4是聚光系统的一种结构示意图。
图5是聚光系统的另一种结构示意图。
图6是积分球的结构示意图。
图7是本发明的实施例效果图。
图中：1、LED发光源；2、积分球；3、聚光系统；4、控制器；5、计算机；101、LED灯珠组；102、继电器；103、电路板；104、固定圈；201、开口；202、出口；301、平凸透镜；302、套筒；1011、LED灯珠条，6、光纤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括三个LED发光源1、积分球2、聚光系统3、控制器4和计算机5，积分球2水平赤道上间隔均布开有三个开口201，如图6所示，三个LED发光源1分别安装在积分球2的三个开口201上，聚光系统3安装在积分球2的出口202上，三个LED发光源1和聚光系统3均经控制器4与计算机5连接。
如图2所示，LED发光源1包括电路板103、固定圈104、多组发射光波长均不相同的LED灯珠组101及其继电器102；如图3所示，每组LED灯珠组101包括由四个波长相同的LED灯珠L串联而成的LED灯珠条1011，多个LED灯珠组101分别经各自的继电器SW串联后与控制器4连接，LED灯珠组101和继电器102均安装在电路板103，如图2所示，电路板103通过固定圈104安装在积分球2的开口201上，电路板103固定在固定圈104上，固定圈104安装在积分球2的开口201上。
LED灯珠组101的发射光波长范围为420～1050nm。
如图4所示，聚光系统3的一种实施例是：包括一块平凸透镜301和套筒302，平凸透镜301同轴安装在套筒302内，平凸透镜301的凸面朝向积分球2中心，套筒302通过螺丝固定在积分球2的出口202上。
如图5所示，聚光系统3的另一种实施例是：包括两块平凸透镜301和套筒302，两块平凸透镜301凹面相正对同轴安装在套筒302内，套筒302通过螺丝固定在积分球2的出口202上，聚光系统3的套筒302输出端安装有光纤6。
当接通电源后，本发明装置可发射出范围在420～1050nm之间的组合光谱，可通过控制每一条LED灯珠条的亮和灭，让该光源发射出不同波形的组合光谱，这样可适应不同品种水果的光谱检测，根据不同水果检测时的能量要求，该光源既可以用于透射检测，也可以用于反射检测。最后输出的光线根据聚光系统的安装形式，可以通过光纤引出，照射到水果的表面，也可以直接照射水果，进而采集到水果的可见近红外检测光谱。
本发明的实施例及其具体实施工作过程如下：
LED灯珠组101采用的是HaSunLED，根据水果的种类选定发射光波长，具体实施中选用柑橘，其发射的光波长选用：420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、500nm、510nm、520nm、530nm、550nm、570nm、580nm、600nm、610nm、620nm、660nm、670nm、640nm、700nm、720nm、760nm、800nm、840nm、810nm、850nm、980nm、1050nm。每一种波长选用四只灯珠。
赤道上的三个LED灯珠组分别为：
第一组：420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、500nm、510nm、520nm、530nm。
第二组：550nm、570nm、580nm、600nm、610nm、620nm、660nm、640nm。
第三组：670nm、700nm、720nm、760nm、800nm、840nm、810nm、850nm、980nm、1050nm；
继电器102采用宏发继电器HF46F24-HS1，控制器4采用北京阿尔泰科技发展有限公司的USB5538光隔离16DI/16DO卡，平凸透镜301采用的是光学K9平凸透镜，使用了两块平凸透镜。积分球2的直径为20CM，在水平赤道位置均布有三个直径为5CM的开口201，在积分球2顶端同时开有1个直径为5CM的出口202。
在柑橘未进入的测试前，首先要选定哪些波长下的LED灯珠条1011需要点亮。接通电源，启动装置后，通过控制器4和计算机5控制这几种波长的LED灯珠条1011点亮，其它波长下的LED灯珠条1011熄灭。等待15-20分钟，待设备稳定后再进行光谱采集。通过光纤将聚焦后的光线引出，使其照射到柑橘类水果的表面，再采集可见近红外光谱，用于水果的内部品质检测。
实施例检测得到的光源光谱如图7所示，通过点亮选定波长的LED灯珠条1011可以得到7个波峰的光谱曲线。
由此可见，本发明能够发射出可见近红外波段的光谱，可实现水果的内部品质光谱检测，还可实现不同水果的检测要求，同时由于采用的是LED发光体，此装置还具有节能环保的优点。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于水果内部品质可见近红外光谱检测的可调节光源装置，其特征在于：包括三个LED发光源(1)、积分球(2)、聚光系统(3)、控制器(4)和计算机(5)，积分球(2)水平赤道上间隔均布开有三个开口(201)，三个LED发光源(1)分别安装在积分球(2)的三个开口(201)上，聚光系统(3)安装在积分球(2)的出口(202)上，三个LED发光源(1)和聚光系统(3)均经控制器(4)与计算机(5)连接；
所述的LED发光源(1)包括电路板(103)、固定圈(104)、多组发射光波长均不相同的LED灯珠组(101)及其继电器(102)；每组LED灯珠组(101)包括由四个波长相同的LED灯珠串联而成的LED灯珠条(1011)，多个LED灯珠组(101)分别经各自的继电器(102)串联后与控制器(4)连接，LED灯珠组(101)和继电器(102)均安装在电路板(103)，电路板(103)通过固定圈(104)安装在积分球(2)的开口(201)上；
所述的聚光系统(3)采用以下其中一种：
第一种聚光系统(3)包括一块平凸透镜(301)和套筒(302)，平凸透镜(301)同轴安装在套筒(302)内，平凸透镜(301)的凸面朝向积分球(2)中心，套筒(302)通过螺丝固定在积分球(2)的出口(202)上；
第二种聚光系统(3)包括两块平凸透镜(301)和套筒(302)，两块平凸透镜(301)凹面相正对同轴安装在套筒(302)内，套筒(302)通过螺丝固定在积分球(2)的出口(202)上；
所述水果为柑橘，赤道上的三个LED发光源(1)的波长设置分别为：
第一个：420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、500nm、510nm、520nm、530nm；
第二个：550nm、570nm、580nm、600nm、610nm、620nm、660nm、640nm；
第三个：670nm、700nm、720nm、760nm、800nm、840nm、810nm、850nm、980nm、1050nm；
所述的光源装置用于水果内部品质的透射检测和反射检测。
2.根据权利要求1所述的一种用于水果内部品质可见近红外光谱检测的可调节光源装置，其特征在于：所述的LED灯珠组(101)的发射光波长范围为420～1050nm。
3.根据权利要求1所述的一种用于水果内部品质可见近红外光谱检测的可调节光源装置，其特征在于：所述的聚光系统(3)的套筒(302)输出端安装有光纤(6)。
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