CN106535384A - 具有分析系统的微波炉 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种具有分析系统的微波炉，包括微波炉主体以及分析系统，分析系统包括：光源、图像采集装置、光谱采集装置、控制装置、通信装置。分析系统中的光源、图像采集装置、光谱采集装置、控制装置、通信装置设置于微波炉主体，控制装置分别与光源、图像采集装置、光谱采集装置以及通信装置耦合。所述分析系统不再需要大型的仪器设备便能采集到食品的光谱信息，并通过图像采集装置采集食品的图像，并通过控制装置将图像采集装置采集到的图像及光谱信息传入到通信装置后，通过通信装置发送到所述服务器进行分析，所述系统及所述微波炉无需对样品进行前期处理，直接将光源照射在待测食品上，即可以开始进行采集和分析。
Description
技术领域
本发明涉及光谱技术领域，具体而言，涉及一种具有分析系统的微波炉。
背景技术
食品安全关系到广大人民群众的身体健康和生命安全，在食用前对食物进行品质的评估以及成分检测是非常有必要的。食品安全检测方法主要有色谱法、质谱法、光谱法和生物检测法等。基于色谱、质谱和免疫分析的检测方法检测精度高、重复性好，可用于食品安全的精确分析和法定检测，但这些方法不仅需要大型的仪器设备，而且需要比较复杂的样品前期处理。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种具有分析系统的微波炉，以解决上述问题。
本发明实施例提供一种具有分析系统的微波炉，其特征在于，包括微波炉主体以及分析系统，所述分析系统包括：光源、图像采集装置、光谱采集装置、控制装置、通信装置，所述分析系统中的光源、图像采集装置、光谱采集装置、控制装置、通信装置设置于所述微波炉主体，所述控制装置分别与所述光源、图像采集装置、光谱采集装置以及通信装置耦合；所述光源输出的光束照射待测食品，所述图像采集装置采集所述待测食品经过上述光源照射后的图像，所述待测食品经过所述光源照射后的反射光进入所述光谱采集装置后，所述控制装置将所述图像采集装置采集到的图像以及所述光谱采集装置采集的所述电信号传入到所述通信装置后，通过所述通信装置发送到服务器进行分析。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉，所述具有分析系统的微波炉中的光谱采集装置不再需要大型的仪器设备便能采集到食品的光信号且将光信号转换为电信号，并通过图像采集装置采集食品的图像，并通过控制装置将所述图像采集装置采集到的图像及所述电信号传入到所述通信装置后，通过所述通信装置发送到所述服务器进行分析，所述系统及所述微波炉无需对样品进行前期处理，直接将光源照射在待测食品上，即可以开始进行采集和分析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉的方框图。
图2是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉中的一种光谱采集装置的结构框图。
图4是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉中的另一种光谱采集装置的原理示意图。
图5是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉中的一种遮挡装置的示意图。
图6是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉中的另一种遮挡装置的示意图。
主要元件符号说明：
光源110，图像采集装置120，光谱采集装置130，微透镜131，透射式分光元件132，光电探测器133，防油防雾装置134，小孔135，反射式分光元件136，控制装置140，通信装置150，服务器160，遮挡装置170，上层热屏蔽板171，下层热屏蔽板172，第一扇叶1721、第二扇叶1722、第三扇叶1723，第四扇叶1724，第五扇叶1725，微波炉主体180，内侧顶壁181，外侧壁182，显示装置190，待测食品200。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
请参阅图1至图2，图1是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉的方框图，图2示出了本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉的结构示意图。所述具有分析系统的微波炉包括微波炉主体180以及分析系统，所述分析系统包括：光源110、图像采集装置120、光谱采集装置130、控制装置140、通信装置150。所述分析系统中的光源110、图像采集装置120、光谱采集装置130、控制装置140、通信装置150设置于所述微波炉主体180，所述控制装置140分别与所述光源110、图像采集装置120、光谱采集装置130以及通信装置150耦合；所述光源110输出的光束照射待测食品200，所述图像采集装置120采集所述待测食品200经过上述光源110照射后的图像，所述待测食品200经过所述光源110照射后的反射光进入所述光谱采集装置130后，所述控制装置140将所述图像采集装置120采集到的图像以及所述光谱采集装置130采集的所述电信号传入到所述通信装置150后，通过所述通信装置150发送到服务器160进行分析。
所述光源110可以为所述光源为LED灯、钨卤灯、氙气灯或者汞氙灯，工作波段为可见光或者可见－近红外波段。
其中，LED是英文Light Emitting Diode(发光二极管)的缩写，所述光源110可以采用具有优越彩色再现性和低功耗特性的LED。
由于钨卤灯里面充满了卤族元素气体，使得钨丝不会变细，体积更小，发光效率比老式白炽灯好一倍，寿命长达两三倍，显色性可达100％，因此也可以选用卤钨灯作为所述光源110。可以理解的是，如果微波炉主体180自带的照明光源为普通钨灯，可以采用微波炉主体180自带的照明光源，如果微波炉主体180自带的是其他非宽光谱的光源，可以在不破坏微波炉主体180自带的照明系统结构前提下，更换一个宽光谱的灯珠即可。
所述图像采集装置120可以为CMOS和CCD类型的感光组件，优选的，所述图像采集装置120可以为普通微型摄像头，微型摄像头具有体积小、功能强大的特点，采用微型摄像头减小了所述分析系统的体积，但是可以理解的是，所述图像采集装置120可以有多种，并不局限于上述提到的实施方式。
由于需要将所述光谱采集装置130设置于所述微波炉主体180，因此，可以采用微光学与光集成技术，将微透镜、分光元件、探测器等进行片上集成与封装，实现光谱采集装置130的微型化。
请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉中的一种光谱采集装置的结构框图，所述光谱采集装置130a包括微透镜131、透射式分光元件132以及光电探测器133，所述待测食品200经过所述光源110照射后的反射光依次进入所述微透镜131、透射式分光元件132以及光电探测器133。
其中，所述透射式分光元件132可以为FP阵列，线性渐变滤波片，透射光栅。
其中，透射光栅，是指在透明玻璃上刻制很多条相互平行、等距、等宽的狭缝，利用多缝衍射原理，使复合光发生色散的光学元件。
FP阵列，由多个微型FP腔组成的分光器件，FP腔是指一种利用多光束干涉来工作的光学器件或者装置，可以通过调整腔长控制透过的波长。
线性渐变滤光片，是一种特殊的滤光片，它的中心波长是随着在滤光片上位置的不同而变化的。
所述光电探测器133可以使用宽带高灵敏度线阵CCD/CMOS传感器，波长适用范围优选的为400－1700nm。
请参阅图3，所述光源110输出的光束照射待测食品200，所述图像采集装置120采集所述待测食品200经过上述光源110照射后的图像，所述待测食品200经过所述光源110照射后的反射光依次进入小孔135，所述小孔135位于所述微透镜131焦点位置，然后进入所述防油防雾装置134，通过所述微透镜131之后变成平行光，并经过透射式分光元件132，按波长色散到光电探测器133上，所述光电探测器133将色散的光信号转换为电信号。
请参阅图4，图4示出了本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉中的另一种光谱采集装置的原理示意图。所述光谱采集装置130b包括反射式分光元件136以及光电探测器133，所述待测食品200经过所述光源110照射后的反射光依次进入所述反射式分光元件136以及所述光电探测器133。
所述反射式分光元件136可以曲面光栅(凸/凹面光栅)或者平面光栅。
其中，平面光栅，是指在一块光洁的平面玻璃上刻出一系列平行的斜槽，入射光经过斜槽的反射后，产生干涉现象。
曲面光栅，是指在一块光洁的凸/凹球面玻璃上刻出一系列平行的斜槽，入射光经过斜槽的反射后，产生干涉现象。
所述光源110输出的光束照射待测食品200，所述图像采集装置120采集所述待测食品200经过上述光源110照射后的图像，所述待测食品200经过所述光源110照射后的反射光依次进入小孔135，然后进入所述防油防雾装置134，经过反射式分光元件136，按波长色散到光电探测器133上，所述光电探测器133将色散的光信号转换为电信号。
进一步的，为了解决微波炉中的油污以及水蒸气对分析系统的影响，所述光谱采集装置130还可以包括：防油防雾装置134，所述防油防雾装置134设置于待测食品200与所述微透镜131之间。
将所述防油防雾装置134设置于光谱采集装置130的小孔135处，其中，所述防油防雾装置134为由透光材料制成的部件，在所述部件表面蒸镀防水、防油污纳米薄膜。所述透光材料可以是玻璃，纳米复合材料，亚克力材料，透明陶瓷等，但是可以理解的是，所述透明材料的实施方式可以有多种，并不局限于所述实施方式。当设置了所述防油防雾装置134，可有效防止油污，水蒸气等对分析系统的影响。
请参阅图2，由于所述光谱采集装置130具有高灵敏度，因此所述光源110、图像采集装置120以及光谱采集装置130可以均设置于所述微波炉主体180的内侧顶壁，或者所述光源110、图像采集装置120以及光谱采集装置130均设置于所述微波炉主体180的同一内侧侧壁。
请参阅图2，所述控制装置140可以设置于所述微波炉主体180的外侧壁，所述通信装置150设置于所述微波炉主体180内部，所述通信装置150的天线设置于所述微波炉主体的外侧壁。
其中，所述控制装置140可以是遥控控制，所述通信装置150支持3G、4G、WIFI、蓝牙、GPRS以及GSM中的一种或多种无线通信方式。
进一步的，为解决微波炉工作时，内部高温对整个分析系统的影响，所述系统200还包括遮挡装置170，所述遮挡装置170包括上层热屏蔽板171和下层热屏蔽板172，上层热屏蔽板用于放置所述图像采集装置、所述光源以及所述光谱采集装置，并分别在放置所述图像采集装置、所述光源以及所述光谱采集装置对应的位置设置小孔，下层热屏蔽板与所述控制装置耦合，以使所述控制装置控制所述下层热屏蔽板的打开和闭合。所述遮挡装置170利用热屏蔽板的反射绝热原理，来隔断热量的传递。由于热屏蔽板为金属材质，因此同时兼具了消除电磁干扰的功能。
请参阅图5，图5是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉中的一种遮挡装置的示意图。所述遮挡装置170包括上层热屏蔽板171和下层热屏蔽板172，所述下层热屏蔽板172可以为如图4所示的电控的扇形金属活页窗，所述下层热屏蔽板172包括第一扇叶1721、第二扇叶1722、第三扇叶1723。所述图像采集装置120，所述光源110以及所述光谱采集装置130分别置于上层热屏蔽板171上，所述遮挡装置170与所述控制装置140耦合，通过控制装置140控制下层热屏蔽板172的智能打开和关闭。
当控制装置140控制所述遮挡装置170关闭时，所述下层热屏蔽板172的第一扇叶1721、第二扇叶1722、第三扇叶1723会闭合，即形成如图5所述的状态，此时设置在所述上层热屏蔽板171上的所述图像采集装置120，所述光源110以及所述光谱采集装置130便会相对于待测食品200隐藏起来。
当控制装置140控制所述遮挡装置170打开时，所述下层热屏蔽板172的第一扇叶1721、第二扇叶1722、第三扇叶1723会收缩起来，此时放置在所述上层热屏蔽板171上的所述图像采集装置120，所述光源110以及所述光谱采集装置130便会相对于待测食品200暴露出来，此时分析系统开始工作。
请参阅图6，图6是本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉中的另一种遮挡装置的示意图。所述下层热屏蔽板172可以为如图5所示的电控的金属活页窗，所述下层热屏蔽板172包括第四扇叶1724和第五扇叶1725。所述图像采集装置120，所述光源110以及所述光谱采集装置130分别置于上层热屏蔽板171上，所述遮挡装置170与所述控制装置140耦合，通过控制装置140控制下层热屏蔽板172的智能打开和关闭。
当控制装置140控制所述遮挡装置170关闭时，所述下层热屏蔽板172的第四扇叶1724和第五扇叶1725闭合，即形成如图6所述的状态，此时设置在所述上层热屏蔽板171上的所述图像采集装置120，所述光源110以及所述光谱采集装置130便会相对于待测食品200隐藏起来。
当控制装置140控制下层热屏蔽板172打开时，所述下层热屏蔽板172的第四扇叶1724和第五扇叶1725从中间向两边收缩，所述光源110以及所述光谱采集装置130便会相对于待测食品200暴露出来，此时分析系统开始工作。
可以理解的是，所述遮挡装置170的实施方式有多种，例如也下层热屏蔽板172可以是单个扇叶的，当控制装置140控制下层热屏蔽板172打开时，所述下层热屏蔽板172的单个扇叶收缩起来，此时分析系统开始工作。当然，并不局限于所述实施例中提到的方式。
进一步的，所述微波炉400还可以包括显示装置190，所述显示装置190与所述控制装置140耦合，所述显示装置190可以设置于所述微波炉外侧壁182。通过显示装置190，用户可以方便的查看分析系统对待测食品200进行分析后的结果。
其中，所述显示装置190可以是手机等便携式设备，若所述显示装置190为手机等便携式设备，图像采集装置120采集的图像以及光谱采集装置130采集的光谱信息可以通过通信装置140传送至手机等便携式设备，经手机等便携式设备上传至服务器160，并由服务器160返回物体的成分信息以及品质信息等至手机等便携式设备端，并由所述手机等便携式设备中安装的应用程序的显示界面对所需信息进行显示。
当微波炉不工作时，控制装置140控制所述遮挡装置170关闭时，此时，所述下层热屏蔽板172的扇叶会闭合，此时放置在所述上层热屏蔽板171上的所述图像采集装置120，所述光源110以及所述光谱采集装置130便会相对于待测食品200隐藏起来。当微波炉工作时，将待测食品放入微波炉主体180内，所述光源110输出的光束照射待测食品200，所述图像采集装置120采集所述待测食品200经过上述光源110照射后的图像，所述待测食品200经过所述光源110照射后的反射光依次进入小孔135，然后进入所述光谱采集装置130，所述控制装置140将所述图像采集装置120采集到的图像及所述光谱采集装置130经过光电探测器133将色散的光信号转换形成的电信号传入到所述通信装置150后，通过所述通信装置150发送到所述服务器160进行分析。所述服务器160接收到所述图像以及所述电信号后，所述服务器160将接收到的所述电信号进行去噪、滤波、光谱提取后可以得到待测食物的可见光或者近红外吸收/反射光谱，并将获得的光谱与所述服务器160中的数据库的光谱进行比对、使用适当的算法对光谱进行分析获取到食物成分信息，其中所述服务器160中的数据库中预存储了常见物质的图片以及光谱，例如可见光谱以及近红外光谱等、以及图像处理与分析算法，例如主成分分析，小波去噪、支持向量机、稀疏表示，神经网络等算法。并且，所述服务器160将接收到的图像通过图像处理技术获取图像中包含的样品品质特征信息。
当服务器160通过处理后获取到食物成分信息以及食物品质特征信息后，将所述食物成分信息以及食物品质特征信息返回至所述通信装置150，并通过控制装置140控制显示装置190进行显示，用户通过查看显示装置190上显示的信息，即可获得食物成分信息以及食物品质特征信息，控制装置根据此信息可智能选择合适的加热火力以及加热时间，以获得最佳烹饪效果。
本发明实施例提供的一种具有分析系统的微波炉不再需要大型的仪器设备便能采集到食品的光信号且将光信号转换为电信号，并通过图像采集装置120采集食品的图像，并通过控制装置140将所述图像采集装置120采集到的图像及所述电信号传入到所述通信装置150后，通过所述通信装置150发送到所述服务器160进行分析，所述系统及所述微波炉无需对样品进行前期处理，直接将光源110照射在待测食品200上，即可以开始进行采集和分析，分析完毕后，可以在显示装置190上进行显示，方便用户查看分析后的结果，进一步提高了用户的使用体验。并且所述分析系统中的图像采集装置120利用计算机视觉技术，通过光学成像传感器代替人眼的视觉功能客观获取被检食品的图像信息，然后通过图像处理技术挖掘图像中包含的食品品质特征信息，采用模式识别算法建立品质信息的定性或定量检测模型，为食品品质检测、分级、管理等提供信息支持，同时光谱采集装置130利用光谱技术进行分析食品的成分信息，具有速度快、无损，无需制备样品以及成本低等优势，另外，微波炉是科技时代迅速发展起来的新型厨房电器，已经走进了千家万户，将所述分析系统集成到微波炉中，实时快速地为使用者提供烹饪食品的品质特征及其成分信息将极大的提高其生活质量，应用前景十分广阔。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种具有分析系统的微波炉，其特征在于，包括微波炉主体以及分析系统，所述分析系统包括：光源、图像采集装置、光谱采集装置、控制装置、通信装置，
所述分析系统中的光源、图像采集装置、光谱采集装置、控制装置、通信装置设置于所述微波炉主体，所述控制装置分别与所述光源、图像采集装置、光谱采集装置以及通信装置耦合；
所述光源输出的光束照射待测食品，所述图像采集装置采集所述待测食品经过上述光源照射后的图像，所述待测食品经过所述光源照射后的反射光进入所述光谱采集装置后，所述控制装置将所述图像采集装置采集到的图像以及所述光谱采集装置采集的所述电信号传入到所述通信装置后，通过所述通信装置发送到服务器进行分析，以使所述服务器将分析结果发送到所述控制装置，所述控制装置根据所述分析结果选择对应的加热火力以及加热时间。
2.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，所述光谱采集装置包括微透镜、透射式分光元件以及光电探测器，所述待测食品经过所述光源照射后的反射光依次进入所述微透镜、分光元件以及光电探测器。
3.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，所述光谱采集装置包括反射式分光元件以及光电探测器，所述待测食品经过所述光源照射后的反射光依次进入所述反射式分光元件以及所述光电探测器。
4.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，所述光源、图像采集装置以及光谱采集装置均设置于所述微波炉主体的内侧顶壁，或者所述光源、图像采集装置以及光谱采集装置均设置于所述微波炉主体的同一内侧侧壁。
5.根据权利要求1所述的微波炉，其特征在于，所述分析系统还包括遮挡装置，所述遮挡装置与所述控制装置耦合，所述遮挡装置位于待测食品与所述图像采集装置、所述光源以及所述光谱采集装置之间，用于所述分析系统不工作时，遮挡所述图像采集装置、所述光源以及所述光谱采集装置。
6.根据权利要求5所述的微波炉，其特征在于，所述遮挡装置包括上层热屏蔽板和下层热屏蔽板，上层热屏蔽板用于放置所述图像采集装置、所述光源以及所述光谱采集装置，并分别在放置所述图像采集装置、所述光源以及所述光谱采集装置对应的位置设置小孔，下层热屏蔽板与所述控制装置耦合，以使所述控制装置控制所述下层热屏蔽板的打开和闭合。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的微波炉，其特征在于，所述光谱采集装置还包括：防油防雾装置，所述防油防雾装置设置于待测食品与所述微透镜之间。
8.根据权利要求7所述的微波炉，其特征在于，所述防油防雾装置为由透光材料制成的部件，所述部件表面蒸镀防水、防油污纳米薄膜。
9.根据权利要求1至6任意一项所述的微波炉，其特征在于，所述光源为LED灯、钨卤灯、氙气灯或者汞氙灯。
10.根据权利要求1至6任意一项所述的微波炉，其特征在于，所述微波炉还包括显示装置，所述显示装置与所述控制装置耦合。
11.根据权利要求2所述的微波炉，其特征在于，所述透射式分光元件为透射光栅，FP阵列，或线性渐变滤波片。
12.根据权利要求3所述的微波炉，其特征在于，所述反射式分光元件为曲面光栅或者平面光栅。
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