CN108050773B - 一种可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，解决现有干燥装置无法同时测量物料颜色和形态变化，并缺乏在线检测的能力的问题，该装置包括物料干燥称量系统、气流循环系统、温湿度控制系统和双目立体视觉系统，物料干燥称量系统包括电子天平、设置于电子天平上的物料支架和设置于物料支架上的物料料盘，气流循环系离心风机、干燥室和连通离心风机与干燥室的气流循环管道，双目立体视觉系统设置于物料干燥称量系统上方，本发明可精确控制干燥温度、气流风速和空气湿度等干燥参数，并通过双目立体视觉系统和物料干燥称重系统实现对物料干燥过程中色泽、三维立体形态以及含水率的在线检测。

Description

一种可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置
技术领域
本发明涉及农产品加工技术领域，尤其涉及一种可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置。
背景技术
干燥是农产品加工的重要环节。在干燥过程中，除了物料水分不断减少外，物料色泽以及形态也在实时发生变化。色泽是农产品最重要的品质指标之一，消费者可以通过产品色泽立即对其质量进行判断，色泽的好坏直接决定其商品价值的高低。物料在干燥加工过程的色泽变化，往往预示着褐变反应发生、热敏性物质降解、甚至某些风味物质的形成，因此可通过监测物料在干燥过程中色泽的变化来判断和控制其品质变化。为了测量物料在干燥过程中的色泽，一般要将物料从干燥设备中取出，不可避免的破坏干燥室的温湿度状态，很难实现在线实时测试。
农产品物料通常含有丰富的孔隙结构，在干燥过程中随着水分的散失，物料中毛细管在应力作用下发生缩小甚至塌陷，从而导致在宏观上发生明显的卷曲、收缩现象。农产品外观形态也是重要的品质参数之一，且与后期包装以及进一步加工有密切的关系。现有测试物料收缩的方法多采用置换法，即将物料浸没到液体或固体中，通过浸没前后的体积差来计算物料的体积。以这种方法得到的是物料总体积，无法反映物料的三维形态变化，实际应用价值较小。再者，传统的置换法操作较为繁琐，也很难实现动态测量。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供一种可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，解决现有干燥装置无法同时测量物料颜色和形态变化，并缺乏在线检测的能力的问题，该装置可精确控制干燥温度、气流风速和空气湿度等干燥参数，并通过双目立体视觉系统和物料干燥称重系统实现对物料干燥过程中色泽、三维立体形态以及含水率的在线检测。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，其特征在于，包括物料干燥称量系统、气流循环系统、温湿度控制系统和双目立体视觉系统；
所述物料干燥称量系统包括电子天平、设置于电子天平上的物料支架和设置于物料支架上的物料料盘；
所述气流循环系统包括离心风机、干燥室和连通离心风机与干燥室的气流循环管道，以使气体在离心风机和干燥室之间循环，所述干燥室包括相对设置的顶壁和底壁，所述顶壁上开口并在开口处嵌入石英玻璃，所述底壁上开孔用于使物料支架通过，使料盘处于干燥室内；所述气流循环管道上靠近所述离心风机的进风口处设有加湿孔和进气孔，靠近所述干燥室的出风口处设有排湿孔；
所述双目立体视觉系统包括双目相机、结构光源和图像处理计算机，所述双目相机和结构光源位于干燥室顶壁的开口上方，结构光源以与水平面10～45°的夹角射入干燥室内，所述图像处理计算机与双目相机电连接；
所述温湿度控制系统包括输出控制模块、温湿度传感器、加热装置、蒸汽发生器和排湿风机，所述蒸汽发生器通过蒸汽管道和所述排湿孔与气流循环管道连通，所述蒸汽管道上设有电磁阀；所述加热装置设于气流循环管道上位于离心风机的出风口与干燥室的进风口之间；所述排湿风机设置于排湿孔处，所述温湿度传感器设置于料盘的侧上方，用于测量干燥室内的温度和湿度，所述输出控制模块与温湿度传感器、加热装置、电磁阀和排湿风机电连接，所述输出控制模块根据从温湿度传感器接收的信号，通过控制电加热片、电磁阀和排湿风机以精确控制干燥室内的干燥温度、气流风速和空气湿度。
优选地，所述双目相机的焦距的调节范围为12～25cm，最小视野范围为1cm×1cm。
优选地，所述图像处理计算机将双目相机拍摄的物料照片，转化为国际照明组织CIE的标准颜色坐标，并与实际颜色参数相比，其相关系数R2大于0.95。
优选地，所述气流循环管道和干燥室均由不锈钢材质支撑，所述气流循环管道和干燥室的厚度不小于2mm，并且气流循环管道和干燥室的外部包裹厚度不小于1cm的隔热棉。
优选地，所述石英玻璃厚度为0.05～1mm，石英玻璃的表面涂抹有防雾涂层。
优选地，所述蒸汽发生器产生100℃的高温蒸汽。
优选地，所述料盘由食品级不锈钢或塑料材质制成。
优选地，所述干燥装置内的气流风速0～30m/s，干燥温度20～95℃，精度为±0.1℃，湿度为5～80％RH，精度为±3％RH。
优选地，所述加热装置为电加热片。
本发明的有益效果：
1.本发明采用高温蒸汽作为加湿介质，与其他加湿方法相比，能够快速提高干燥空气湿度，即使在高温干燥下，也能达到较高的湿度环境。对于一些需要极高湿度作为干燥条件的特殊物料，也能满足其工艺要求，具有较高的科研价值和实际应用价值。
2.本发明利用双目立体视觉系统，可实现对物料的色泽、三维立体结构的快速在线检测，解决了传统取样测试具有的干燥不连续、破坏干燥环境状态以及操作繁琐的问题。
3.本发明可用于多种物料的干燥，并提供广泛的参数控制范围和在线检测能力，可用于干燥科研和实际应用。
附图说明
图1为本发明所述一种可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置的结构示意图。
图中：1-双目相机；2-结构光源；3-干燥室；4-干燥物料；5-物料料盘；6-排湿风机；7-排湿孔；8-气流循环管道；9-蒸汽发生器；10-蒸汽管道电磁阀；11-加湿孔；12-进气孔；13-离心风机；14-电加热片；15-电子天平；16-料盘支架；17-温湿度传感器；18-信号采集与输出控制模块；19-石英玻璃；20-图像处理计算机。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的一种可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，包括气流循环系统、温湿度控制系统、双目立体视觉系统和物料干燥称量系统。
物料干燥称量系统包括电子天平15、设置于电子天平15上的物料支架16和设置于物料支架16上的料盘5，料盘5由食品级不锈钢或塑料材质制成，干燥物料4放置于物料料盘5上。
气流循环系统包括离心风机13、干燥室3和气流循环管道8，气流循环管道8连通离心风机13与干燥室3，以使气体在离心风机13和干燥室3之间循环，具体地，气流循环管道8由多个直角和直线型管道组成，离心风机13的出风口与干燥室3的进风口连通，干燥室3的出风口与离心风机13的进风口连通。干燥室3为长方体结构，顶壁上开口并在开口处嵌入石英玻璃19构成矩形视窗，石英玻璃19的厚度应在0.5mm，并在表面涂抹防雾涂层，减少图像畸变。干燥室3的底壁上开孔用于使物料支架16通过，使料盘5处于干燥室3内；气流循环管道8上靠近所述离心风机13的进气口处设有加湿孔11和进气孔12，靠近所述干燥室3的出气口处设有排湿孔7。气流循环管道8和干燥室3为不锈钢材质，厚度不小于2mm，并且在其外部包裹厚度不小于1cm的隔热棉。
双目立体视觉系统包括双目相机1、结构光源2和图像处理计算机20，双目相机1和结构光源2位于干燥室3顶壁的矩形视窗上方，结构光源2以与水平面15°的夹角射入干燥室3内，图像处理计算机20与双目相机1电连接，双目相机1所拍摄的物料图片，转化为国际照明组织CIE的标准颜色坐标，并与实际颜色参数相比，其相关系数R2大于0.95。由图像处理计算机20处理双目相机1所拍摄的物料图片，可得到物料表面的标准颜色坐标参数、物料平整度、物料体积以及三维立体重构图像。进一步地，双目相机1焦距的调节范围为12～25cm，最小视野范围为1cm×1cm。
温湿度控制系统包括输出控制模块18、温湿度传感器17、加热装置、蒸汽发生器9和排湿风机6，蒸汽发生器9通过蒸汽管道和所述排湿孔7与气流循环管道8连通，蒸汽管道上设有电磁阀10。本实施例中的加热装置为电加热片14，电加热片14设于气流循环管道8上位于离心风机13的出风口与干燥室3的进风口之间；排湿风机6设置于排湿孔7处。进一步地，蒸汽发生器9产生100℃的高温蒸汽，可快速提高干燥空气湿度，除由排湿风机6强制排湿外，湿热空气始终在循环管道8和干燥室3内循环流动，不仅能节省能源，还有利于稳定干燥环境。
温湿度传感器17穿过干燥室3的上壁悬挂于料盘5侧上方的位置，用于测量干燥室3内的温度和湿度，所述输出控制模块18与温湿度传感器17、加热装置、电磁阀10和排湿风机6电连接，所述输出控制模块18根据从温湿度传感器17接收的信号，通过控制电加热片14、电磁阀10和排湿风机6以精确控制干燥室3内的干燥温度、气流风速和空气湿度。
干燥室内湿度控制过程为：当温湿度传感器17检测到空气湿度小于设定值时，蒸汽管道上的电磁阀10打开，高温蒸汽通过加湿孔11进入气流循环管道8内，由离心风机13加速下在流循环管道8中高速循环，实现干燥空气加湿过程；当温湿度传感器17检测到空气湿度大于设定值时，蒸汽管道电磁阀10关闭，停止蒸汽的进入，并打开排湿风机6强制排湿，实现干燥空气降湿湿过程。
进一步地，本发明所述的干燥装置的参数控制范围为气流风速0～30m/s，干燥温度20～95℃，精度为±0.1℃，湿度为5～80％RH，精度为±3％RH。
本发明适合于多种物料的干燥加工，并提供广泛的参数控制范围和在线检测能力，可用于干燥科研和实际应用。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，其特征在于，包括物料干燥称量系统、气流循环系统、温湿度控制系统和双目立体视觉系统；
所述物料干燥称量系统包括电子天平(15)、设置于电子天平(15)上的物料支架(16)和设置于物料支架(16)上的物料料盘(5)；
所述气流循环系统包括离心风机(13)、干燥室(3)和连通离心风机(13)与干燥室(3)的气流循环管道(8)，以使气体在离心风机(13)和干燥室(3)之间循环，所述干燥室(3)包括相对设置的顶壁和底壁，所述顶壁上开口并在开口处嵌入石英玻璃(19)，所述石英玻璃(19)厚度为0.05～1mm，石英玻璃(19)的表面涂抹有防雾涂层，所述底壁上开孔用于使物料支架(16)通过，使料盘(5)处于干燥室(3)内；所述气流循环管道(8)上靠近所述离心风机(13)的进风口处设有加湿孔(11)和进气孔(12)，靠近所述干燥室(3)的出风口处设有排湿孔(7)；
所述双目立体视觉系统包括双目相机(1)、结构光源(2)和图像处理计算机(20)，所述双目相机(1)和结构光源(2)位于干燥室(3)顶壁的开口上方，结构光源(2)以与水平面10～45o的夹角射入干燥室(3)内，所述图像处理计算机(20)与双目相机(1)电连接；
所述温湿度控制系统包括输出控制模块(18)、温湿度传感器(17)、加热装置、蒸汽发生器(9)和排湿风机(6)，所述蒸汽发生器(9)通过蒸汽管道和所述加湿孔(11)与气流循环管道(8)连通，所述蒸汽发生器(9)产生100℃的高温蒸汽，所述蒸汽管道上设有电磁阀(10)；所述加热装置设于气流循环管道(8)上位于离心风机(13)的出风口与干燥室(3)的进风口之间；所述排湿风机(6)设置于排湿孔(7)处，所述温湿度传感器(17)设置于料盘(5)的侧上方，用于测量干燥室(3)内的温度和湿度，所述输出控制模块(18)与温湿度传感器(17)、加热装置、电磁阀(10)和排湿风机(6)电连接，所述输出控制模块(18)根据从温湿度传感器(17)接收的信号，通过控制电加热片(14)、电磁阀(10)和排湿风机(6)以精确控制干燥室(3)内的干燥温度、气流风速和空气湿度。
2.根据权利要求1所述的可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，其特征在于，所述双目相机(1)的焦距的调节范围为12～25cm，最小视野范围为1cm×1cm。
3.根据权利要求1所述的可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，其特征在于，所述图像处理计算机(20)将双目相机(1)拍摄的物料照片，转化为国际照明组织CIE的标准颜色坐标，并与实际颜色参数相比，其相关系数R2大于0.95。
4.根据权利要求1所述的可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，其特征在于，所述气流循环管道(8)和干燥室(3)均由不锈钢材质支撑，所述气流循环管道(8)和干燥室(3)的厚度不小于2mm，并且气流循环管道(8)和干燥室(3)的外部包裹厚度不小于1cm的隔热棉。
5.根据权利要求1所述的可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，其特征在于，所述料盘(5)由食品级不锈钢或塑料材质制成。
6.根据权利要求1所述的可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，其特征在于，所述干燥装置内的气流风速0～30m/s，干燥温度20～95℃，精度为±0.1℃，湿度为5～80％RH，精度为±3％RH。
7.根据权利要求1所述的可实时测量物料色泽和形态变化的干燥装置，其特征在于，所述加热装置为电加热片(14)。
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