CN108776105B - 反射光谱检测装置及样品成分检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射光谱检测装置，包括内部中空的腔体；设置于所述腔体内壁上的漫反射膜层；设置于腔体上的探测器检测口、光源入射口以及样品检测口；挡光板和驱动装置；样品检测口设置于腔体上的预设区域内；挡光板贴合设置于腔体的外表面，并对预设区域内部分样品检测口挡光；驱动装置用于控制挡光板对预设区域的不同部分样品检测口挡光，使得未被挡光的部分样品检测口依次位于预设区域内的不同位置。本发明中无需控制腔体相对于样品移动，即可获得样品表面一定区域内多个位置点的高光谱成像数据，提高了对样品检测时的检测效率，并降低了检测装置的复杂程度。本发明中还提供了一种样品成分检测装置，具有上述有益效果。

Description

反射光谱检测装置及样品成分检测装置

技术领域

本发明涉及高光谱成像技术领域，特别是涉及一种反射光谱检测装置及样品成分检测装置。

背景技术

高光谱成像技术是将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。

随着成像和光谱技术的快速发展，高光谱成像技术已经广泛应用于农产品品质与安全的快速无损检测中。高光谱成像技术融合了传统的成像和光谱技术的优点，可以同时获取被检测物体的空间信息和光谱信息，因此该技术既可以像检测物体的外部品质，又可以像光谱技术一样检测物体的内部品质和品质安全。

常规检测农产品等样品表面的物质成分时，需要利用积分球检测样品表面反射的高光谱成像技术，在检测过程中需要将积分球相对于样品移动，以检测样品不同位置的高光谱成像的数据。但是在实际操作过程中样品相对于积分球移动的精度和距离难以把控，且操作复杂，检测工作效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种反射光谱检测装置，解决了样品相对于积分球移动的精度和距离难以把控，且操作复杂，检测工作效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种反射光谱检测装置，包括：

内部中空的腔体；设置于所述腔体内壁上的漫反射膜层；设置于所述腔体上的探测器检测口、光源入射口以及样品检测口；挡光板和驱动装置；

其中，所述样品检测口设置于所述腔体上的预设区域内；

所述挡光板贴合设置于所述腔体的外表面，并对所述预设区域内部分样品检测口挡光；

所述驱动装置用于控制所述挡光板对所述预设区域的不同部分样品检测口挡光，使得未被挡光的部分样品检测口依次位于所述预设区域内的不同位置。

其中，所述腔体为球形腔体、椭球形腔体或类球形腔体中的任意一种腔体。

其中，所述样品检测口在所述腔体的预定区域设置有多个；

所述挡光板用于对多个所述样品检测口中的一个样品检测口不进行遮挡，对其他样品检测口进行遮挡；

所述驱动装置用于控制所述挡光板依次对多个所述样品检测口中的一个样品检测口不进行遮挡，使得所述样品检测口可透光。

其中，所述预设区域为圆形区域，且所述预设区域内设置有四个均匀分布的所述样品检测口；

所述挡光板的直径不小于所述预设区域直径，圆心角为270度扇形挡光板，且所述挡光板的顶点和所述预设区域中心点重合；所述驱动装置用于驱动所述扇形挡光板以所述预设区域中心转动。

其中，所述腔体为球形腔体，所述腔体的直径和所述样品检测口的孔径的比例为7～10：1。

其中，所述挡光板为面积大于所述预设区域的板状结构，所述挡光板上设置有孔径小于所述样品检测口孔径的透光孔；

所述驱动装置用于驱动所述挡光板带动所述透光孔相对于所述样品检测口运动，使得所述样品检测口各个不同区域依次通过所述透光孔透光。

其中，所述腔体为球形腔体，所述腔体的直径和所述透光孔的孔径的比例为7～10：1。

其中，所述腔体为球形腔体、椭球形腔体或类球形腔体中的任意一种腔体。

其中，所述预设区域的中心点和所述探测器检测口的中心点连线经过所述腔体的中心点。

其中，所述光源入射口的数量为多个，且多个所述光源入射口以所述探测器检测口为中心对称设置。

本发明还提供了一种样品成分检测装置，包括如上任一项所述的反射光谱检测装置，设置于所述探测器检测口的探测器，设置于所述光源入射口的光源。

本发明所提供的反射光谱检测装置，在内部中空的腔体上分别设置安装探测器的探测器检测口、安置入射光源的光源入射口以及正对待检测样品的样品检测口，在腔体内比上还设置有漫反射膜层。且本发明中在设置样品检测口的预设区域对应位置还设置有挡光板，并且通过驱动装置能够控制挡光板对预设区域的不同部分样品检测口挡光，使得未被挡光的部分样品检测口依次位于预设区域内的不同位置，也即是说，挡光板允许预设区域内能够不同位置依次通过样品检测口透光。而待检测样品一般是正对着，预设区域的不同位置也就对应着待检测样品表面的不同位置点，也即是说腔体内部的光线能够依次照射到待检测样品表面多个不同感光位置点处并反射，最终由探测器检测口接收，获得样品表面多个位置点的高光谱成像数据。因此，本发明中无需控制腔体相对于样品移动，即可获得样品表面一定区域内多个位置点的高光谱成像数据，提高了对样品检测时的检测效率，并降低了检测装置的复杂程度。

本发明中还提供了一种样品成分检测装置，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为现有技术中检测反射光谱的积分球结构示意图；

图2为本发明实施例提供的反射光谱检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的腔体上样品检测口的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的腔体上样品检测口的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

高光谱成像技术被广泛应用于农产品等样品的检测中。如图1所示，图1为现有技术中检测反射光谱的积分球结构示意图。常规的用于获得样品4表面反射的高光谱成像的数据采用的是如图1所示的积分球，该积分球包括球形腔体1，球形腔体1上设置有入射光源2射入光线的光源通孔21，光源2在球形腔体1内部反复发生漫反射，最终通过样品通孔41照射至样品4的表面，再经过漫反射入射至探测器通孔31，通过探测器3接收光线获得样品表面的反射光谱数据。一般样品通孔41的孔径并不大，为了获得样品4表面各个位置的反射光谱数据，每次检测完样品4表面一个位置处的反射光谱数据后，需要将样品4相对于积分球移动，使得样品通孔41正对的样品4表面的位置发生变化，进而逐步的检测样品4表面各个位置的反射光谱数据。

但是常规检测样品表面反射光谱数据时，需要频繁移动样品4，在实际操作过程中，移动距离的精度难以控制，且每次测量需要检测多组数据，就需要多次移动样品4，使得检测工作效率降低。

本发明中所提供的反射光谱检测装置，在无需移动样品和反射光谱检测装置的腔体的条件下，即可一次检测样品表面多个位置点的反射光谱数据，提高了检测光谱的工作效率。

下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图2所示，图2为本发明实施例提供的反射光谱检测装置的结构示意图，该装置可以包括：

内部中空的腔体5；设置于腔体5内壁上的漫反射膜层；设置于腔体5上的探测器检测口6、光源入射口7以及样品检测口8；挡光板9和驱动装置；

可选地，腔体5为球形腔体、椭球形腔体或类球形腔体中的任意一种腔体。

需要说明的是，在实际操作过程中，腔体5可以是任意的封闭式的腔体结构，只要光线在腔体5内部能够进行反复的反射即可。但是，更优选地是采用具有对称性，且表面为弧面、球面或类似弧面、类似球面的腔体。

其中，样品检测口8设置于腔体5上的预设区域内；

挡光板9贴合设置于腔体5的外表面，并对预设区域内部分样品检测口8挡光；

驱动装置用于控制挡光板9对预设区域的不同部分样品检测口挡光，使得未被挡光的部分样品检测口依次位于预设区域内的不同位置。

本发明中在腔体5上设置样品检测口8的区域，且正对着待检测样品8的位置设置可活动的挡光板9，该挡光板9能够对对部分样品检测口进行遮挡，也即是说光线无法通过被遮挡的部分样品检测口入射至样品4表面再反射，而光线能够通过未被挡光板9遮挡的部分样品检测口入射至样品4表面最终反射至探测器。可以理解地是，被遮挡的部分样品检测口和未被遮挡的部分样品检测口必然正对着样品4表面的不同位置点，进而通过驱动装置驱动挡光板9依次对不同部分8样品检测口进行遮挡，那么对应地，未被遮挡的部分样品检测口就能够依次正对着样品4表面的各个位置点，进而实现对样品4表面各个位置点进行检测反射光谱数据。

综上所述，本发明中通过在腔体上设置样品检测口的区域设置挡光板9，控制样品检测口8的透光位置，进而在不移动腔体5和样品4相对位置的情况下，也能够一次性检测获得样品4表面多个位置点的反射光谱数据，提高了检测效率。

对于挡光板对预设区域内的部分样品检测口进行挡光的方式有很多种，下面就以多个具体地实施例进行一一介绍。

如图3所示，图3为本发明实施例提供的腔体上样品检测口的结构示意图，在本发明的一种具体实施例中，具体可以包括：

样品检测口8在腔体5的预定区域设置有多个；

挡光板9用于对多个样品检测口8中的一个样品检测口8不进行遮挡，对其他样品检测口8进行遮挡；

驱动装置用于控制挡光板9依次对多个样品检测口8中的一个样品检测口8不进行遮挡，使得样品检测口8可透光。

如图3所示，图3中是从腔体5内部设置样品检测口4的预设区域的结构示意图，图3中，挡光板9的尺寸略大于预设区域，虚线部分为挡光板9被预设区域内的部分腔体5遮挡的轮廓线。图3中包括有四个样品检测口8，当对样品4表面进行反射光谱检测时，可通过挡光板9将其中三个进行遮挡，只有一个样品检测口8未被遮挡，那么即可对未被遮挡的样品检测口8所正对的样品4表面的位置点进行检测获得反射光谱数据。检测完成后，即可将该样品检测口8通过挡光板9遮挡，将下一个样品检测口8进行开启，如此往复，即可依次检测获得各个样品检测口8正对的样品4表面的位置点的反射光谱数据。

需要说明地是，对于具有多个样品检测口8的实施例中，遮挡多个样品检测口8的挡光板9可以是一块整体的挡光板9，也可以是在每个样品检测口8处个设置一个可开启可闭合的挡光板9，只要能够保证每次只有一个样品检测口8能够透过光线即可。

可选地，在另一具体实施例中，可以包括：

预设区域为圆形区域，且预设区域内设置有四个均匀分布的样品检测口；

挡光板9为直径不小于预设区域直径，圆心角为270度扇形挡光板，且挡光板9的顶点和预设区域中心点重合；驱动装置用于驱动扇形挡光板以预设区域中心点转动。

如图3所示，图3中将挡光板9以扇形的顶角为中心，每转动90度，未被遮挡的样品检测口8即可有其中地一个变为相邻的一个，由此即可依次保证各个样品检测口8的透光作用。

进一步地，本实施例中的驱动装置还可以是设置在挡光板9上的驱动杆，可以手动也可以利用微型电机驱动该驱动杆带动挡光板9转动，对此本发明中不做具体限定。

需要说明的是，本发明中仅仅以只有四个样品检测口8的实施例进行说明，在实际应用中，也可以是五个或六个甚至更多的成环形分布的样品检测口8，那么，对应地扇形挡光板的圆心角和每个样品检测口8所占圆心角的大小相互对应，在此不在一一赘述。

可选地，腔体5为球形腔体，腔体5的直径和样品检测口8的孔径的比例为7～10：1。

如前所述，本发明中的腔体5可以是球形腔体、椭球腔体或类球体腔体，对于不同形状结构以及不同尺寸的腔体，样品检测口8的孔径大小也不相同。本实施例中仅以球形腔体为实施例进行说明。

对于球形腔体而言，其直径可以采用4cm～10cm，对于直径为4cm的腔体，每个样品检测口8的孔径可以设置在4mm～5mm，对于7cm直径的球形腔体，其样品检测口8的孔径可以是9mm～10mm。

当然，本发明中腔体5上的样品检测口8也并不一定需要设置多个，也可以仅设置一个样品检测口8，下面就对此详细说明。

如图4所示，图4为本发明另一实施例提供的腔体上样品检测口的结构示意图，在本发明的另一具体实施例具体可以包括：

挡光板9为面积大于预设区域的板状结构，挡光板9上设置有孔径小于样品检测口8孔径的透光孔10；

驱动装置用于驱动挡光板带动透光孔相对于样品检测口运动，使得样品检测口各个不同区域依次通过透光孔透光。

如图4所示，图4中的虚线11即为透光孔10相对于样品检测口8的移动轨迹，通过驱动装置驱动挡光板9的移动，即可使得样品检测口的各个位置依次通过透光孔10透光，进而获得透光孔10正对的样品的表面不同位置的反射光谱数据。

进一步地，为了避免样品检测口8处的挡光板9正对腔体5内部的表面漫反射光线的能力较弱，可以在挡光板9的该表面上也设置漫反射膜层。漫反射层的材料可以为硫酸钡或聚四氟乙烯。

可选地，对于球形结构的腔体5，腔体5的直径和透光孔10的孔径比例为7～10：1。

需要说明的是，对于只有一个样品检测口8的腔体5而言，真正能够决定透光面积大小的是透光孔10。因此该透光孔10和腔体5的直径之间的比例也需要在一定范围内。

具体地，对于球形腔体而言，其直径可以采用4cm～10cm，对于直径为4cm的腔体，透光孔10的孔径可以设置在4mm～5mm，对于7cm直径的腔体，其透光孔10的孔径可以是9mm～10mm。

基于上述任意实施例，在本发明地另一具体实施例中，可以进一步地包括：

预设区域的中心点和探测器检测口6的中心点连线经过腔体5的中心点。

如图1所示，将探测器检测口6正对着样品检测口8设置，有利于接收更强的由样品4表面反射的光线。

可选地，如图2所示，在本发明的另一具体实施例中，可以包括：

光源入射口7的数量为多个，且多个光源入射口7以探测器检测口6为中心对称设置。

常规的积分球上一般只设置一个光源2的通过，并在通孔处设置卤素灯光源，但是卤素灯在实际安装中，并不便于集成。为了便于装置的集成设置，可采用LED灯，但是LED灯的照射至腔体5内部后，腔体5内部光线的均匀性相对较差。为此如图4所示，关于探测器检测口6对称设置多个光源入射口7，有利于提高腔体5内部光线的均匀性。

本发明中还提供了一种样品成分检测装置，该装置可以包括上任意实施例所述的反射光谱检测装置，设置于所述探测器检测口的探测器，设置于光源入射口的光源。

本发明中通过驱动装置控制挡光板对预设区域内部分样品检测口进行挡光，进而依次获得样品表面各个位置点的高光谱成像数据。无需控制腔体相对于样品移动，即可获得样品表面一定区域内多个位置点的高光谱成像数据，提高了对样品检测时的检测效率，并降低了检测装置的复杂程度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

Claims (7)

1.一种反射光谱检测装置，其特征在于，包括内部中空的腔体；设置于所述腔体内壁上的漫反射膜层；设置于所述腔体上的探测器检测口、光源入射口以及样品检测口；挡光板和驱动装置；

其中，所述样品检测口设置于所述腔体上的预设区域内；

所述挡光板贴合设置于所述腔体的外表面，并对所述预设区域内部分样品检测口挡光；

所述驱动装置用于控制所述挡光板对所述预设区域的不同部分样品检测口挡光，使得未被挡光的部分样品检测口依次位于所述预设区域内的不同位置；

所述腔体为球形腔体、椭球形腔体或类球形腔体中的任意一种腔体；

所述样品检测口在所述腔体的预设区域设置有多个；所述挡光板用于对多个所述样品检测口中的一个样品检测口不进行遮挡，对其他样品检测口进行遮挡；所述驱动装置用于控制所述挡光板依次对多个所述样品检测口中的一个样品检测口不进行遮挡，使得所述样品检测口可透光；

或者，所述挡光板为面积大于所述预设区域的板状结构，所述挡光板上设置有孔径小于所述样品检测口孔径的透光孔；所述驱动装置用于驱动所述挡光板带动所述透光孔相对于所述样品检测口运动，使得所述样品检测口各个不同区域依次通过所述透光孔透光。

2.如权利要求1所述的反射光谱检测装置，其特征在于，当所述样品检测口在所述腔体的预设区域设置有多个时，所述预设区域为圆形区域，且所述预设区域内设置有四个均匀分布的所述样品检测口；

所述挡光板的直径不小于所述预设区域直径，圆心角为270度扇形挡光板，且所述挡光板的顶点和所述预设区域中心点重合；所述驱动装置用于驱动所述扇形挡光板以所述预设区域中心转动。

3.如权利要求2所述的反射光谱检测装置，其特征在于，所述腔体为球形腔体，所述腔体的直径和所述样品检测口的孔径的比例为7~10：1。

4.如权利要求1所述的反射光谱检测装置，其特征在于，当所述挡光板为面积大于所述预设区域的板状结构，所述挡光板上设置有孔径小于所述样品检测口孔径的透光孔时，所述腔体为球形腔体，所述腔体的直径和所述透光孔的孔径的比例为7~10：1。

5.如权利要求1至4任一项所述的反射光谱检测装置，其特征在于，所述预设区域的中心点和所述探测器检测口的中心点连线经过所述腔体的中心点。

6.如权利要求5所述的反射光谱检测装置，其特征在于，所述光源入射口的数量为多个，且多个所述光源入射口以所述探测器检测口为中心对称设置。

7.一种样品成分检测装置，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的反射光谱检测装置，设置于所述探测器检测口的探测器，设置于所述光源入射口的光源。