CN108303379B - 手持式的马铃薯检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种手持式的马铃薯检测设备，包括壳体，壳体中包括：沿壳体的长度方向并排设置的光谱采集单元与光源单元，光谱采集单元和光源单元均突伸出壳体的底面，且光谱采集单元突伸出壳体的底面的长度比光源单元突伸出所述壳体的底面的长度长；开发板，沿壳体的长度方向设置在所述壳体的顶面，开发板与光谱采集单元的输出端和光源单元连接，开发板包括内置光谱信息与标准理化值的定量模型的处理器。本发明采用局部透射光进行光谱分析的方法，有较好的精度和稳定性，并且体积相比现有技术具有明显的缩小，单手即可操作。
Description
技术领域
本发明涉及农产品检测技术领域，更具体地，涉及手持式的马铃薯检测设备。
背景技术
马铃薯是仅次于小麦、水稻、玉米的第四大重要粮食作物。近几年，我国马铃薯产业快速发展，种植产量已超过全世界马铃薯总产量的四分之一。马铃薯不但是烹饪中重要的部分，也是生产马铃薯淀粉及其衍生物的重要原料，马铃薯的质量直接关联到口感与后期加工的质量，因此马铃薯的质量检测工作是马铃薯质量管理中重要的一个环节。
现有可用于检测马铃薯的便携式检测设备在原理上主要分为反射和透射两种。以反射光谱为检测对象所研制的便携式检测设备往往体积较小，但是由于马铃薯表面较为粗糙，而反射光对粗糙表面很敏感，因此会造成较大的误差；而透射光谱为检测对象所研制的便携式检测设备虽然可以良好的反应马铃薯内部的品质，但由于土豆基本上是由淀粉组成的，普通光线很难透过土豆，因此对光源的功率需求会显著增加，而且由于光源与光谱检测单元需布置在待测样品两侧，整机体积一般较大。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的手持式的马铃薯检测设备。
根据本发明的一个方面，提供一种手持式的马铃薯检测设备，包括壳体，所述壳体中包括：
沿所述壳体的长度方向并排设置的光谱采集单元与光源单元，所述光谱采集单元和光源单元均突伸出所述壳体的底面，且所述光谱采集单元突伸出所述壳体的底面的长度比光源单元突伸出所述壳体的底面的长度长；
开发板，沿所述壳体的长度方向设置在所述壳体的顶面，所述开发板与所述光谱采集单元的输出端和光源单元连接，所述开发板包括内置光谱信息与标准理化值的定量模型的处理器。
优选地，所述壳体中还包括：
稳压板，沿所述壳体的长度方向设置在所述壳体的侧面，所述稳压板的输入端与电源连接，所述稳压板的输出端与光源单元和开发板连接。
优选地，所述光谱采集单元包括微型光谱仪以及设置在所述微型光谱仪前端的耦合透镜；
所述光源单元包括反光杯以及设置在所述反光杯中心的灯珠。
优选地，所述反光杯的口径为10-20mm，所述反光杯的中心轴与所述耦合透镜的中心轴的间距为11-16mm。
优选地，所述反光杯的口径为14mm，所述反光杯的中心轴与所述耦合透镜的中心轴的间距为13mm。
优选地，所述壳体的底面还设置：
温度传感器，设置所述光源单元旁，所述温度传感器的输出端与所述处理器的输入端连接；
其中，将所述光源单元与所述耦合透镜中心轴的间距表示为d1，所述光源单元与所述温度传感器的间距表示为d2，满足条件：d1＝d2。
优选地，所述的马铃薯检测设备，还包括：
显示屏，与所述处理器连接，所述显示屏设置在所述壳体的外部顶面。
优选地，所述电源沿所述壳体宽度方向设置在所述壳体内远离所述光谱采集单元的一侧；
相应地，所述马铃薯检测设备还包括：
充电接口，设置在所述壳体的靠近所述光谱采集单元的一侧，所述充电接口与所述充电电池的输入端连接；
装置开关，设置在所述壳体的靠近所述光谱采集单元的一侧，所述装置开关与所述充电电池的输出端连接。
优选地，所述的马铃薯检测设备，还包括：
参考盒，内部底面设置白参考，所述参考盒的顶面设置通孔，所述通孔的形状与所述耦合透镜和反光杯的外轮廓相匹配。
优选地，所述壳体的顶面还设置：均与所述开发板连接的检测按键、黑参考按键以及白参考按键。
本发明提出的手持式的马铃薯检测设备，光源单元与光谱采集单元同侧设置，既可以节省体积，也不需要太大功率的光源，再加上光谱采集单元突伸出壳体的底面的长度比光源单元突伸出壳体的底面的长度长，使得光谱采集单元并不会接收到马铃薯表面的反射光，而是接收通过马铃薯内部局部透射出的光，经验证，采用局部透射光进行光谱分析的方法，有较好的精度和稳定性。本发明的马铃薯检测设备体积相比现有技术具有明显的缩小，单手即可操作。
附图说明
图1为本发明实施例的手持式的马铃薯检测设备的结构示意图；
图2为本发明实施例的光线在马铃薯内部的扩散示意图；
图3为本发明实施例的光谱采集单元与光源单元的结构示意图；
图4为本发明实施例的马铃薯检测设备的底面示意图；
图5为本发明实施例的参考盒的结构示意图；
图6为本发明实施例的手持式的马铃薯检测设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例提供一种手持式的马铃薯检测设备，包括壳体，参见图1，壳体中包括：
沿壳体的长度方向并排设置的光谱采集单元101与光源单元102，光谱采集单元101和光源单元102均突伸出壳体的底面，且光谱采集单元突伸出壳体的底面的长度比光源单元突伸出壳体的底面的长度长；开发板103，沿壳体的长度方向设置在壳体的顶面，开发板103与光谱采集单元101的输出端和光源单元102连接，开发板103包括内置光谱信息与标准理化值的定量模型的处理器。
需要说明的是，本发明实施例的马铃薯检测设备既没有采用反射光进行光谱分析，也没有采用透射光进行光谱分析，而是采用局部透射光进行分析，图2示出了光线在马铃薯内部的扩散图，如图所示，本发明实施例的光源单元101与光谱采集单元102是同侧设置的，既可以节省体积，也不需要太大功率的光源，再加上光谱采集单元突伸出壳体的底面的长度比光源单元突伸出壳体的底面的长度长，使得光谱采集单元并不会接收到马铃薯表面的反射光，而是接收通过马铃薯内部局部透射出的光，经验证，采用局部透射光进行光谱分析的方法有较好的精度和稳定性有较好的精度和稳定性，本发明实施例的检测方案可行。
本发明实施例通过综合考虑光源单元、光谱采集单元、开发板以及稳压板的大小，巧妙地将开发板沿壳体的长度方向横向设置，然后将光谱采集单元和光源竖向设置，并且在开发板的一侧设置电源，在电源和光源之间设置稳压板，达到最大限度节省空间的目的。本实施例的马铃薯检测设备可通过单手使用，整体体积相比现有技术的检测设备大幅降低。
本发明实施例的工作流程为：将光谱采集单元与马铃薯接触，光源单元产生光线照射在马铃薯的表皮上，光线透过马铃薯的表皮，进入样品内部，一部分透过样本材料，另一部分被马铃薯散射并返回表面由耦合透镜收集传输给光谱采集单元采集并进行分析，光谱采集单元将光谱信息传送至内置光谱信息和标准理化值的定量模型的处理器，由处理器获得关于马铃薯品质的检测结果。检测结果可以包括马铃薯的干物质、淀粉、还原糖、直链淀粉等含量值。
在上述实施例的基础上，本马铃薯检测设备还包括稳压板，稳压板沿壳体的长度方向设置在壳体的侧面，稳压板的输入端与电源连接，稳压板的输出端与光源单元和开发板连接。稳压板能够稳定电路，避免由于电压不稳对光照强度和处理器造成影响。
在上述实施例的基础上，光谱采集单元包括微型光谱仪以及设置在微型光谱仪前端的耦合透镜；微型光谱仪与耦合透镜螺纹连接，耦合透镜通过采集透过马铃薯表皮的光线的光谱曲线，并将光谱曲线行车光谱信号传送至微型光谱仪，微型光谱仪将光谱信号转换成数字信号并传送至内置光谱信息与标准理化值的定量模型的处理器。
光源单元包括反光杯以及设置在反光杯中心轴的灯珠。具体地，灯珠为卤钨灯珠。
在上述实施例的基础上，光谱采集单元突伸出壳体的底面的长度比光源单元突伸出壳体的底面的长度长1mm。参见图3，耦合透镜201比反光杯202突出1mm，这样在检测时，将耦合透镜与马铃薯的表面相接触，优先保证光谱采集单元紧贴样品，光谱采集单元不会受到马铃薯表面反射光的影响。
在上述实施例的基础上，反光杯的口径为10-20mm，反光杯的中心轴与耦合透镜的中心轴的间距为11-16mm。
表1光谱采集单元和光源单元的间距与使用效果的关系表
选择不同大小的灯杯，以控制光斑大小和光源距离检测探头的距离，结果如表1所示。由表1可知：当光源与探头距离较近时，光源的部分光进入探头，给检测带来误差；而距离较远时，由于信号较差，其稳定性受到一定影响。因此在本装置中选择了14mm的反光杯，光源中心轴与探头中心轴的距离为13mm。
需要注意的是，由于光源单元与马铃薯的表面距离很近，会产生热传递，如果检测时间较短，马铃薯表面并不会发生温度变化，但如果检测时间过长后，马铃薯表面的温度会发生明显的改变，温度变化虽然不会影响土豆的品质，但是对光谱强度会产生部分影响，因此，在上述各实施例的基础上，本发明实施例还包括：温度传感器，温度传感器的输出端与处理器的输入端连接。参见图4，图4示出了马铃薯检测装置的底部示意图，如图4所示，温度传感器303设置光源单元301旁，其中，将光源单元301与耦合透镜302中心轴的间距表示为d1，光源单元与温度传感器的间距表示为d2，满足条件：d1＝d2。
需要说明的是，通过在耦合透镜对称的位置设置温度器，在光谱采集单元检测光谱的同时，获取对称位置的温度，对处理器内置的定量模型进行温度校准，使得马铃薯的品质检测更加准确。
具体的温度校准具有两个方案：第一个方案，在建模的时候，分别5度、10度、15度、20度、25度、30度和35度情况下的创建不同的定量模型，检测到温度后，选择比较接近的模型，调取进行预测。
第二个方案：建立20度下的定量模型，然后将其他温度的光谱校正至20度，然后再进行预测。
在上述各实施例的基础上，本实施例的马铃薯检测设备还包括：显示屏，与处理器连接，显示屏设置在壳体的外部顶面。本发明实施例将显示屏设置在壳体的外部顶面，能够方便使用者直接观察到检测结果。
在上述各实施例的基础上，电源沿壳体长度方向设置在壳体内的一侧；相应地，本检测设备还包括充电接口和装置开关，充电接口设置在壳体的另一侧，充电接口与电源的输入端连接，装置开关设置在所述壳体的靠近所述光谱采集单元的一侧，所述装置开关与所述充电电池的输出端连接。装置开关能够控制整个装置的通断电。
在上述各实施例的基础上，马铃薯检测设备还包括：参考盒，图5示出了本发明实施例的参考盒的结构，如图5(a)所示，参考盒401为一个圆柱形，并配套设置一个参考盒盖402，参考盒盖能够保护参考盒，防止灰尘落入，参考盒的顶面设置通孔，通孔的形状与耦合透镜和反光杯的外轮廓相匹配，图5(b)示出了参考盒的剖面图，参考盒的内部底面设置白参考403。
在上述实施例的基础上，马铃薯检测设备还包括均与开发板连接的检测按键、黑参考按键以及白参考按键。在实际应用时，当使用者按住黑参考键时，光源单元不工作，光谱采集单元工作，获得无光情况下的光谱信息，当按住白参考键，光源单元和光谱采集单元均工作，检测到白光的光谱信息，进而完成黑参考和白参考的校准，之后按住检测键，光谱采集单元采集来自土豆表面的局部透射光谱，处理器对光谱进行理化值预测，获得预测结果，显示器将预测结果进行显示。
图6示出了本发明实施例的一个手持式的马铃薯检测装置，如图所示，包括壳体，壳体的顶部设置显示屏501，显示器501的端部设置一个按键组502，包括：检测按键、黑参考按键以及白参考按键，壳体内部的中段横向设置隔板，隔板将壳体内部分为连通的上区间和下区间，在上区间设置了一个开发板503，开发板503上设置内置光谱信息与标准理化值的定量模型的处理器，开发板503与触摸屏501、按键组503连接，开发板503的端部设置电源507，下区间并排设置光谱采集单元504、光源单元505和温度传感器506，光谱采集单元504、光源单元505和温度传感器506均与开发板503连接，电源507用于向显示屏501、开发板503、光谱采集单元504、光源单元505、温度传感器506供电，光源单元505与电源507之间设置稳压板508，稳压板508的输入端与电源507连接，输出端与光源单元505和开发板503连接。
本实施例的工作流程为：启动装置预设20分钟，将光谱采集单元置于参考盒上，通过依次按下黑参考按键和白参考按键，进行黑参考和白参考校正，将光谱采集单元与马铃薯接触，按下检测按键，光源单元发光，光谱采集单元采集土豆表面的局部透射光谱，进行光谱的预处理，处理后将光谱信息发送至开发板的处理器，同时温度传感器506将实时温度发送至处理器，处理器根据光谱信息以及温度，选取合适的定量模型进行理化值的预测，处理器将光谱曲线与预测的结果显示到LED显示屏上，完成检测。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种手持式的马铃薯检测设备，包括壳体，其特征在于，所述壳体中包括：
沿所述壳体的长度方向并排设置的光谱采集单元与光源单元，所述光谱采集单元包括微型光谱仪以及设置在所述微型光谱仪前端的耦合透镜，所述光源单元包括反光杯以及设置在所述反光杯中心的灯珠，所述光谱采集单元和光源单元均突伸出所述壳体的底面，且所述光谱采集单元突伸出所述壳体的底面的长度比光源单元突伸出所述壳体的底面的长度长，在检测时，所述光谱采集单元与马铃薯接触，所述光源单元产生光线照射在马铃薯的表皮上，光线透过马铃薯的表皮，进入样品内部，一部分透过样本材料，另一部分被马铃薯散射并返回表面由所述耦合透镜收集传输给所述光谱采集单元采集并进行分析；
开发板，沿所述壳体的长度方向设置在所述壳体的顶面，所述开发板与所述光谱采集单元的输出端和光源单元连接，所述开发板包括内置光谱信息与标准理化值的定量模型的处理器。
2.如权利要求1所述的马铃薯检测设备，其特征在于，所述壳体中还包括：
稳压板，沿所述壳体的长度方向设置在所述壳体的侧面，所述稳压板的输入端与电源连接，所述稳压板的输出端与光源单元和开发板连接。
3.如权利要求1所述的马铃薯检测设备，其特征在于，所述反光杯的口径为10-20mm，所述反光杯的中心轴与所述耦合透镜的中心轴的间距为11-16mm。
4.如权利要求3所述的马铃薯检测设备，其特征在于，所述反光杯的口径为14mm，所述反光杯的中心轴与所述耦合透镜的中心轴的间距为13mm。
5.如权利要求1-4任意一项所述的马铃薯检测设备，其特征在于，所述壳体的底面还设置：
温度传感器，设置所述光源单元旁，所述温度传感器的输出端与所述处理器的输入端连接；
其中，将所述光源单元与所述耦合透镜中心轴的间距表示为d1，所述光源单元与所述温度传感器的间距表示为d2，满足条件：d1=d2。
6.如权利要求5所述的马铃薯检测设备，其特征在于，还包括：
显示屏，与所述处理器连接，所述显示屏设置在所述壳体的外部顶面。
7.如权利要求6所述的马铃薯检测设备，其特征在于，电源沿所述壳体宽度方向设置在所述壳体内远离所述光谱采集单元的一侧；
相应地，所述马铃薯检测设备还包括：
充电接口，设置在所述壳体的靠近所述光谱采集单元的一侧，所述充电接口与所述充电电池的输入端连接；
装置开关，设置在所述壳体的靠近所述光谱采集单元的一侧，所述装置开关与所述充电电池的输出端连接。
8.如权利要求7所述的马铃薯检测设备，其特征在于，还包括：
参考盒，内部底面设置白参考，所述参考盒的顶面设置通孔，所述通孔的形状与所述耦合透镜和反光杯的外轮廓相匹配。
9.如权利要求8所述的马铃薯检测设备，其特征在于，所述壳体的顶面还设置：均与所述开发板连接的检测按键、黑参考按键以及白参考按键。
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