CN108787484A - 一种含油种子核磁共振分选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含油种子核磁共振分选方法，通过全自动化控制系统，含油种子在空气压缩机产生的空气作用下，依次经自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道核磁测量系统、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元，采用基于一维恒定梯度频率编码梯度的信号采集方法，根据核磁共振测量结果进行含油种子分选，达到含油种子快速、准确、高效分选的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种含油种子核磁共振分选方法，属含油种子核磁共振分析技术领域。
背景技术
在含油种子选种、育种领域，种子的挑选不仅至关重要，而目繁琐、困难，需要借助理化分析方法鉴别目标油料种子，同时需要耗费大量的时间与人力。现阶段的种子选育方法主要是通过人、机结合的方式进行。通过机器测试，得到测试数据，然后手工的将种子进行分选，从而达到筛选优良目标含油种子的目的。而机器测试过程中一般都需要人工进行监管，由人工完成放样与出样工作，工作效率低下，无法满足大量选种育种工作的需求。核磁共振仪作为种子含油率测试设备，其测试方法的优越性已得到认可，但测试过程中仍需要人工进行放样与出样，采用一维脉冲频率编码梯度的信号采集方法，每天的测试量非常有限。如果采用现在的单通道模式，称重时间+进样时间+检测时间+出样时间是一个循环过程，没办法做到同时运行，3.5秒/粒是极限。
而实际育种实践中，一次选种总量可达100万粒，2周左右时间就需要选好重新下种。因此行业希望能实现每天4-6万粒，甚至10万粒/天的检测分选速度，亦即0.46粒/秒至1.16粒/秒的检测分选速度，准确率达到98%以上。
因此如何解决上述现有单通道模式技术存在的问题，采用全自动多通道核磁共振检测分析方法，达到预期的育种检测分选速度及准确率，成为该领域研究的难点。
发明内容
本发明是为解决现有技术存在的问题，提供一种含油种子核磁共振分选方法，用于实际育种检测分选，达到提高含油种子检测分选速度及准确率的目的。
本发明的目的是通过以下措施实现的：
一种含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
所述的含油种子核磁共振分选方法包括自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道核磁测量系统、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元及配套的空气压缩机、温度控制器、核磁测量软件、全自动化控制系统，采用基于一维恒定梯度频率编码梯度的信号采集方法，即利用多通道核磁测量系统中异型磁体产生的恒定梯度磁场区分不同位置的种子信号，多种频率信号叠加，采用傅里叶变换法，得到多种相应频率的频谱，每种频率的峰下面积表示该粒种子的信号，从而根据频率的差异来实现信号分离；再通过多通道核磁测量系统计算出种子含油率，进而根据种子含油率差异实现种子快速分选的目的。
所述的空气压缩机用于配合多通道自动进样单元、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元；所述的温度控制器用于多通道核磁测量系统的温度控制；所述的自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元采用全自动机械结构系统；所述的全自动化控制系统以微处理器为核心，用于控制全自动机械结构系统；所述的核磁系统软件用于核磁共振系统的核磁测量和数据处理分析，全自动化控制系统与核磁测量软件之间采用USB串口通信。
所述的多通道是指三个或三个以上通道。
所述的含油种子适用于玉米、大豆、花生等含油种子。
含油种子在空气压缩机产生的空气作用下，依次经自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道核磁测量系统、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元，多通道核磁测量系统和核磁系统软件分析得出的数据处理结果经全自动化控制系统实现分选种子的目的。
所述的全自动机械结构系统包括一个带自动加料功能的料斗、一个振动盘、三个或三个以上排队进样杆、三个或三个以上称重天平及相应、三个或三个以上出样与分选系统、真空发生器及核磁共振测试用计算机。
所述的多通道核磁测量系统包括一个带有恒定磁场梯度的异型磁体、可并行容纳三粒或三粒以上种子的射频线圈、控制系统及种子信号分离单元。
所述的异型磁体，采用扁长双极型永磁体或其它形式的磁体或磁体构型，能够并行容纳三粒或三粒以上种子并产生恒定梯度的磁场。
所述异型磁体采用扁长双极型永磁体时，能够产生40mm*10mm*10mm区域的有一微弱恒定梯度(1-2Gs/cm)的磁场，能够并行容纳3粒种子，每两粒种子之间间距5mm；图2是多通道核磁系统结构图，所示为采用一维恒定梯度磁场的磁体模式，两块磁极板的厚度呈线性增加，使得磁场强度体现出微弱的线性增加。也可以是能实现这种其它形式的磁体或磁体构型，一种典型的实现模式是在扁长型磁体产生的40mm*10mm*10mm区域的均匀磁场下，利用梯度线圈施加脉冲电流来实现脉冲梯度磁场的叠加模式，如图3所示。梯度线圈与常用的梯度线圈不同，设计为椭圆型或者矩形加双半圆形形状，如图4所示。
所述的射频线圈，可以是三个或三个以上螺线管线圈并行排列，或者是三个或三个以上螺线管线圈串行绕制。可并行容纳三粒种子的射频线圈，可以是三个螺线管线圈并行排列，或者是三个螺线管线圈串行绕制，分别如图5和图6所示。
所述的种子信号分离单元是指三粒或三粒以上含油种子处于微弱恒定梯度磁场中，种子的信号存在线性的频率差异，三种或三种以上的频率信号叠加，采用傅里叶变换法，得到三种或三种以上的频率的频谱，根据频率的差异来实现信号分离；每种频率的峰下面积表示该粒种子的信号，从而实现了三粒或三粒以上种子的信号分离。图7为三粒种子的信号叠加信息；图8为经傅里叶变换后的三粒种子的信号分离，峰下面积表示信号量。
所述的多通道核磁测量系统检测出每个含油种子的含油量进而计算出含油率，再根据种子含油率差异进行种子分选。
所述的自动加样单元包括同一个控制信号，三个或三个以上直线水平导杆和三个或三个以上脉冲喷气口，脉冲喷气口在导杆的顶部，用以将停在导杆顶部的种子吹到称重传感器上；导杆顶部还有一个红外传感器，用以检测是否有种子达到顶部。当有种子抵达顶部时,红外传感器会给出触发信号，用以停止振动盘的振动。三个自动加样单元如图9所示，包括同一个控制信号，三个直线水平导杆和三个脉冲喷气口。
所述的自动加料功能的料斗由一个大料斗、底部一个脉冲信号控制开合的隔板、红外检测器组成；红外检测器用于检测振动盘底部的种子多少；种子减少到一定量时，给出门控信号，开启隔板，让料斗里泻入一些种子后然后关闭。自动加料功能的料斗如图10所示。
所述的称重天平包括三个或三个以上串口通信的称重传感器和一个串口分配器；称重传感器给出的质量数据，经串口分配器后送到计算机存储。三个称重天平如图11所示。
所述三个或三个以上出样与分选单元包括同一个控制信号，一个出样定向气缸和三个或三个以上分选定向气缸，根据核磁共振检测结果进行分选。三个出样与分选单元如图12所示。
本发明未说明的技术特征采用成熟的现有技术进行配套。
本发明相比现有技术具有如下优点：
1、采用基于一维恒定梯度频率编码梯度的信号采集方法，再通过傅里叶变换法实现信号分离，信号采集、分离高效准确；
2、多通道核磁检测系统能快速计算出每个含油种子的含油率，提高了种子含油率检测效率及准确性；
3、利用快速多通道全自动检测与分选的功能，根据测试需求调节取样与放样速度，有效配合核磁共振分析仪达成自动化、快速选种的目标，检测分选速度0.46粒/秒以上，准确率达到98%以上；
4、采用含油种子核磁共振分选方法制造的分选仪结构紧凑、模块化制造，易于流水线式制造，维护成本低。
附图说明
图1是本发明的一种含油种子核磁共振分选方法组成示意图。
图2是多通道核磁系统结构图。
图2中：1-铁轭，2-厚度线性增加的磁钢极板，3-恒定梯度的椭球形磁场均匀区，4-三个螺线管线圈，5-三粒种子。
图3是扁长型磁体产生的40mm*10mm*10mm区域的均匀磁场下，利用梯度线圈施加脉冲电流来实现脉冲梯度磁场的叠加模式。
图4是梯度线圈设计为椭圆型或者矩形加双半圆形形状，可产生40mm*10mm*10mm区域的一维线性梯度磁场。
图5是并行三通道线圈形式。
图6是串联三通道线圈形式。
图7为三粒种子的信号叠加信息。
图8为经傅里叶变换后的三粒种子的信号分离.
图9是三个自动加样单元。
图10是自动加料料斗。
图11是三个称重天平。
图12是三个出样与分选单元。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本方法作进一步详细描述。
实施例1：
如图1至图12所示，实施例采用三粒种子的含油种子核磁共振分选方法：
所述的含油种子核磁共振分选方法包括自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道核磁测量系统、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元及配套的空气压缩机、温度控制器、核磁测量软件、全自动化控制系统，采用基于一维恒定梯度频率编码梯度的信号采集方法，即利用多通道核磁测量系统中异型磁体产生的恒定梯度磁场区分不同位置的种子信号，多种频率信号叠加，采用傅里叶变换法，得到多种相应频率的频谱，每种频率的峰下面积表示该粒种子的信号，从而根据频率的差异来实现信号分离；再通过多通道核磁测量系统计算出种子含油率，进而根据种子含油率差异实现种子分选的目的；所述的空气压缩机用于配合多通道自动进样单元、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元；所述的温度控制器用于多通道核磁测量系统的温度控制；所述的自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元采用全自动机械结构系统；所述的全自动化控制系统以微处理器为核心，用于控制全自动机械结构系统；所述的核磁系统软件用于核磁测量和数据处理分析，全自动化控制系统与核磁测量软件之间采用USB串口通信。
所述的多通道是指三个通道。
所述的含油种子是指玉米单倍体种子。
通过全自动化控制系统，含油种子在空气压缩机产生的空气作用下，依次经自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道核磁测量系统、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元完成分选目的。
所述的全自动机械结构系统包括一个带自动加料功能的料斗、一个振动盘、三个排队进样杆、三个称重天平及相应、三个出样与分选系统、真空发生器及核磁共振测试用计算机。
所述的自动加料功能的料斗由一个大料斗、底部一个脉冲信号控制开合的隔板、红外检测器组成；红外检测器用于检测振动盘底部的种子多少；种子减少到一定量时，给出门控信号，开启隔板，让料斗里泻入一些种子后然后关闭。
所述的多通道核磁测量系统包括一个带有恒定磁场梯度的异型磁体，其可检测磁场区域可并行容纳三粒种子的射频线圈、控制系统及种子信号分离单元。
所述的异型磁体采用扁长双极型永磁体，能够并行容纳三粒种子并产生40mm*10mm*10mm区域的均匀磁场。
所述的可并行容纳三粒种子的射频线圈，采用三个螺线管线圈并行排列。
所述的自动加样单元包括同一个控制信号，三个直线水平导杆和三个脉冲喷气口，脉冲喷气口在导杆的顶部，用以将停在导杆顶部的种子吹到称重传感器上；导杆顶部还有一个红外传感器，用以检测是否有种子达到顶部。当有种子抵达顶部时,红外传感器会给出触发信号，用以停止振动盘的振动。
所述三个称重天平包括三个串口通信的称重传感器和一个串口分配器；称重传感器给出的质量数据，经串口分配器后送到计算机存储。
所述三个出样与分选单元包括同一个控制信号，一个出样定向气缸和三个分选定向气缸，根据核磁共振检测结果进行分选。
本发明未说明的技术特征采用成熟的现有技术进行配套。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉本领域专业的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，可作各种简单修改、等同变化，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
所述的含油种子核磁共振分选方法包括自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道核磁测量系统、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元及配套的空气压缩机、温度控制器、核磁测量软件、全自动化控制系统，采用基于一维恒定梯度频率编码梯度的信号采集方法，利用多通道核磁测量系统中异型磁体产生的恒定梯度磁场区分不同位置的种子信号，多种频率信号叠加，采用傅里叶变换法，得到多种相应频率的频谱，每种频率的峰下面积表示该粒种子的信号，从而根据频率的差异来实现信号分离；再通过多通道核磁测量系统计算出种子含油率，进而根据种子含油率差异实现种子快速分选的目的。
2.根据权利要求1所述的含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
该方法所述的空气压缩机用于配合多通道自动进样单元、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元；所述的温度控制器用于多通道核磁测量系统的温度控制；所述的自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元采用全自动机械结构系统；所述的全自动化控制系统以微处理器为核心，用于控制全自动机械结构系统；所述的核磁系统软件用于多通道核磁测量系统和数据处理分析，全自动化控制系统与核磁测量软件之间采用USB串口通信。
3.根据权利要求1所述的含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
该方法所述的含油种子在空气压缩机产生的空气作用下，依次经自动加样单元、多通道自动单粒选样单元、多通道自动称重单元、多通道自动进样单元、多通道核磁测量系统、多通道自动出样单元、多通道自动分选单元，多通道核磁测量系统和核磁系统软件分析得出的数据处理结果经全自动化控制系统实现分选种子的目的。
4.根据权利要求1所述的含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
该方法所述的全自动机械结构系统包括一个带自动加料功能的料斗、一个振动盘、三个或三个以上排队进样杆、三个或三个以上称重天平及相应、三个或三个以上出样与分选单元、真空发生器及核磁共振测试用计算机。
5.根据权利要求4所述的含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
该方法所述的自动加料功能的料斗由一个大料斗、底部一个脉冲信号控制开合的隔板、红外检测器组成。
6.根据权利要求1所述的含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
该方法所述的多通道核磁测量系统包括一个异型磁体，可并行容纳三粒或三粒以上种子的射频线圈、控制系统及种子信号分离单元。
7.根据权利要求6所述的含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
该方法所述的射频线圈，采用三个或三个以上螺线管线圈并行排列，或者是三个或三个以上螺线管线圈串行绕制。
8.根据权利要求1所述的含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
该方法所述的自动加样单元包括同一个控制信号，三个或三个以上直线水平导杆和三个或三个以上脉冲喷气口，脉冲喷气口在导杆的顶部，用以将停在导杆顶部的种子吹到称重传感器上；导杆顶部还有一个红外传感器，用以检测是否有种子达到顶部；当有种子抵达顶部时,红外传感器会给出触发信号，用以停止振动盘的振动。
9.根据权利要求4所述的含油种子核磁共振分选方法，其特征在于：
该方法所述的称重天平包括三个或三个以上串口通信的称重传感器和一个串口分配器，称重传感器给出的质量数据，经串口分配器后送到计算机存储。
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