CN108195789A - 一种快速检测粮食指标的手持装置、方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速检测粮食指标的手持装置及方法,手持装置包括壳体,壳体的侧壁设有操作部,操作部上设有显示屏和按键;壳体的顶部连接有设有用于承放样品的容纳杯,容纳杯的底板为玻璃板;壳体内设有旋转机构、转台、光源、反射光收集机构和光模块,转台连接在旋转机构上,转台上连接有窗口玻璃;窗口玻璃位于玻璃板的下方,光源和反射光收集机构位于窗口玻璃下方,所述光模块包括沿光轴依次设置的第一会聚透镜、准直透镜、光栅、成像透镜、DMD、第二会聚透镜、单点探测器,第一会聚透镜用于接收来自反射光收集机构的光。通过红外光谱检测,不需要专职技术人员操作,适用性广,方便携带,能快速、准确的检测粮食样品的指标含量。
Description
技术领域
本发明涉及粮食检测技术,尤其涉及一种快速检测粮食指标的手持装置、方法。
背景技术
目前,随着人民生活水平的提高和需求多样化的变化,以及市场经济全球化的影响,人们对粮油的品质提出了更多更高的要求。粮食收购单位在粮食的收购环节需要保障粮食的品质符合收购标识,粮食仓储部门需要实时掌握粮食进出仓,运输以及储藏期间的品质质量情况帮助其科学决策。水分、脂肪酸值和品尝评分值等成分的含量,显著的影响着粮食的品质;除此之外,优质的粮油品种普遍受到消费者的青睐,价格也相应偏贵。受利益的驱使,不法商家企业便参与到造假的行列当中,比如在号称纯度100%橄榄油产品中添加棉籽油,往五常大米中参入别的廉价大米等等。屡禁不止的粮油掺假报道给传统的检测手段提出了新的挑战,消费者对能在现场实现粮油真假信息的快速检测诉求越来越强烈。粮食中的水分、粗蛋白、粗脂肪和脂肪酸值等成分的含量,显著的影响着粮食的品质。如何能够快速的检测粮食主要品质指标的含量就显得尤为重要。
但是,现有的化学分析方法存在以下缺陷:
检测周期时间长,大致需一周左右,不便于现场分析;检测费用贵,送第三方检测机构一次需要100~400元不等;受设备及人员限制,需要专用设备及专业化学分析人员才能操作,该方法大多使用场景为实验室。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种快速检测粮食指标的手持装置,其能快速、准确了解样品组成含量。
本发明的目的之二在于提供一种快速检测粮食指标的方法,其能够快速、准确了解样品组成含量。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现:
一种快速检测粮食指标的手持装置,包括壳体,壳体的侧壁设有操作部,操作部上设有显示屏和按键;壳体的顶部连接有设有用于承放样品的容纳杯,容纳杯的底板为玻璃板;壳体内设有旋转机构、转台、光源、反射光收集机构和光模块,转台连接在旋转机构上,转台上连接有窗口玻璃;窗口玻璃位于玻璃板的下方,光源和反射光收集机构位于窗口玻璃下方,所述光模块包括沿光轴依次设置的第一会聚透镜、准直透镜、光栅、成像透镜、DMD、第二会聚透镜、单点探测器,第一会聚透镜用于接收来自反射光收集机构的光。
进一步地,所述反射光收集机构包括光纤和设置在光纤顶部的透镜。
进一步地,所述旋转机构包括电机、内齿轮、位于内齿轮外围且与内齿轮啮合连接的小齿轮以及轴承,轴承的内圈与内齿轮固定连接,转台与内齿轮固定或与轴承的内圈固定,轴承的外圈与壳体固定连接,电机固定连接小齿轮。
进一步地,所述转台的侧壁内设有至少一个沿高度方向延伸的安装槽,安装槽内设有弹簧,弹簧的一端与安装槽的底面抵接,弹簧的顶端连接有钢珠,且该钢珠从安装槽伸出;所述容纳杯的底板设有若干个向外延伸限位挡板,任意一个钢珠位于任意两个限位挡板之间。
进一步地,所述限位挡板的数量为三个,安装槽的数量为三个。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现:
一种快速检测粮食指标的方法,包括以下步骤:
测定步骤:获取任意一个筛选出的样品中多个不同指标分别对应的含量,并采集该样品的光谱;
组集步骤:将每一个样品对应的多个指标的含量和光谱组成校正集;
建模步骤:根据校正集,通过多元校正方法建立校正模型,以获取同一样品的光谱与多个不同指标分别对应的含量之间的定量关系。
进一步地,在测定步骤中,每一个样品通过Kennard-Stone方法筛选获得。
进一步地,在建模步骤中,所述多元校正方法为最小二乘法。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
(1)通过红外光谱检测,不需要专职技术人员操作,适应性强,适用性广;
(2)可以持续多次使用,更加环保,并且方便携带;
(3)能快速、准确的检测粮食样品的指标含量。
附图说明
图1为本发明的一种快速检测粮食指标的手持装置的结构示意图;
图2为本发明的一种快速检测粮食指标的手持装置的俯视示意图。
图中:1、壳体;2、显示屏;3、按键;4、容纳杯;41、玻璃板;42、限位挡板;5、转台;51、窗口玻璃;6、光源;7第一会聚透镜;8、准直透镜;9、光栅;10、成像透镜;11、DMD;12、第二会聚透镜;13、单点探测器;14、透镜;15、光纤;16、电机;17、内齿轮;18、小齿轮;19、轴承;20、弹簧;21、钢珠;22、样品。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1和图2所示,本发明提供一种快速检测粮食指标的手持装置,包括壳体1,壳体1的侧壁设有操作部,操作部上设有显示屏2和按键3。按键3用于供用户操作,显示屏2用于显示检测数据结果。壳体1的顶部连接有设有用于承放样品的容纳杯4,容纳杯4与壳体1的连接方式例如为卡接。使用前,先将样品放置在容纳杯中。容纳杯4的底板为玻璃板41,因而可透光。壳体1内设有旋转机构、转台5、光源6、反射光收集机构和光模块,另外本领域技术人员还容易想到,可以在壳体1内设置电源、处理器等,为常规技术手段,在此不作赘述。转台连接在旋转机构上,旋转机构带动转台5转动。转台5上连接有窗口玻璃51,窗口玻璃51也可透光。窗口玻璃51位于玻璃板41的下方,光源6和反射光收集机构位于窗口玻璃51下方。光模块包括沿光轴依次设置的第一会聚透镜7、准直透镜8、光栅9、成像透镜10、DMD 11、第二会聚透镜12、单点探测器13,第一会聚透镜7用于接收来自反射光收集机构的光。
具体的,反射光收集机构包括透镜14和光纤15,透镜14设置在光纤15顶部。光源6发出的光透过窗口玻璃51和玻璃板41照射在样品22的底部,之后经过样品22漫反射的光经过透镜14收集后进入光纤15,光纤15把光导入光模块。旋转机构包括电机16、内齿轮17、位于内齿轮17外围且与内齿轮17啮合连接的小齿轮18,电机16固定连接于小齿轮18上,电机16带动小齿轮转动使得内齿轮17带动转台5转动,为了减小旋转机构转动时的噪音,以及保证旋转机构的轴向位置不发生便宜,在本发明较佳的实施例中,旋转机构还包括轴承19,轴承19一端内圈与内齿轮17固定连接,转台5固定在内齿轮17上,或者转台5固定于轴承19的内腔上,保证内齿轮17转动时,转台随之转动,轴承19的外圈与壳体1固定连接。
为了限制转台5在一定范围为转动,在转台5的侧壁内设有至少一个沿高度方向延伸的安装槽,安装槽内设有弹簧20,弹簧20的一端与安装槽的底面抵接,弹簧20的顶端连接有钢珠21,且该钢珠21从安装槽伸出;所述容纳杯4的底板设有若干个向外延伸限位挡板42,任意一个钢珠21位于任意两个限位挡板42之间,从而使钢珠21只能在两个限位挡板42间移动,也就是限制转台21的转动范围。其中,限位挡板42的数量为三个,安装槽的数量为三个。
另外一方面,本发明还提供一种快速检测粮食指标的方法,包括以下步骤:
测定步骤:获取任意一个筛选出的样品中多个不同指标分别对应的含量,并采集该样品的光谱;
组集步骤:将每一个样品对应的多个指标的含量和光谱组成校正集;
建模步骤:根据校正集,通过多元校正方法建立校正模型,以获取同一样品的光谱与多个不同指标分别对应的含量之间的定量关系。
校正集中的样本应包含未来待测样本中可能存在的所有化学组成,其浓度(或性质)范围应超过未来待测样本中可能遇到的情况,通常要求其标准偏差应大于参考方法再现性的5倍,校正集中样本的物化参数应是均匀分布的,并且校正集中要具有足够的样本数以能统计确定光谱变量与浓度(或性质)之间的数学关系,通常要求其数量不小于6(f+1),f为PLS主因子数。采用随机选取样本的方法很难得到较为理想的样本集,仅根据性质分布选择校正样本往往也不能得到满意的结果,因为某一性质相同的两个样本,其光谱也可能存有较大差异。目前,测定步骤中最常用的方法是基于光谱变量的Kennard-Stone(K-S)选择方法,K-S方法基于变量之间的欧氏距离,在特征空间中均匀选取样本。可以直接采用光谱作为特征变量,也可以将光谱进行主成分分析(PCA)后,选用主成分得分为特征变量选择样本。K-S方法首先计算两个样本之间的距离,选择距离最大的两个样本,然后分别计算剩余的样本与已选择的两个样本之间的距离,对于每隔剩余样本,先选择其与已选样本之间最短距离的样本,再选择这些最短距离中最长距离所对应的样本作为第三个被选中样本,重复上述步骤,直至所选的样本个数等于事先确定的数目为止。在建模步骤中,所述多元校正方法为最小二乘法。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种快速检测粮食指标的手持装置,其特征在于,包括壳体,壳体的侧壁设有操作部,操作部上设有显示屏和按键;壳体的顶部连接有设有用于承放样品的容纳杯,容纳杯的底板为玻璃板;壳体内设有旋转机构、转台、光源、反射光收集机构和光模块,转台连接在旋转机构上,转台上连接有窗口玻璃;窗口玻璃位于玻璃板的下方,光源和反射光收集机构位于窗口玻璃下方,所述光模块包括沿光轴依次设置的第一会聚透镜、准直透镜、光栅、成像透镜、DMD、第二会聚透镜、单点探测器,第一会聚透镜用于接收来自反射光收集机构的光。
2.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,所述反射光收集机构包括光纤和设置在光纤顶部的透镜。
3.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,所述旋转机构包括电机、内齿轮、位于内齿轮外围且与内齿轮啮合连接的小齿轮以及轴承,轴承的内圈与内齿轮固定连接,转台与内齿轮固定或与轴承的内圈固定,轴承的外圈与壳体固定连接,电机固定连接小齿轮。
4.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,所述转台的侧壁内设有至少一个沿高度方向延伸的安装槽,安装槽内设有弹簧,弹簧的一端与安装槽的底面抵接,弹簧的顶端连接有钢珠,且该钢珠从安装槽伸出;所述容纳杯的底板设有若干个向外延伸限位挡板,任意一个钢珠位于任意两个限位挡板之间。
5.如权利要求4所述的手持装置,其特征在于,所述限位挡板的数量为三个,安装槽的数量为三个。
6.一种快速检测粮食指标的方法,应用于权利要求1-5任一项所述的快速检测粮食指标的手持装置,其特征在于,包括以下步骤:
测定步骤:获取任意一个筛选出的样品中多个不同指标分别对应的含量,并采集该样品的光谱;
组集步骤:将每一个样品对应的多个指标的含量和光谱组成校正集;
建模步骤:根据校正集,通过多元校正方法建立校正模型,以获取同一样品的光谱与多个不同指标分别对应的含量之间的定量关系。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,在测定步骤中,每一个样品通过Kennard-Stone方法筛选获得。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,在建模步骤中,所述多元校正方法为最小二乘法。
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