CN109827992A

CN109827992A - 一种水果甜度无损检测装置

Info

Publication number: CN109827992A
Application number: CN201910206250.3A
Authority: CN
Inventors: 江志安; 梁志杰; 王松
Original assignee: Huzhou Lingling Ecological Agriculture Co Ltd
Current assignee: Huzhou Lingling Ecological Agriculture Co Ltd
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明提供了一种水果甜度无损检测装置，包括电子束发射机构、信号检测及图像显示机构、真空机构及计算机；电子束发射机构，用于对待测水果表面进行电子束辐照，信号检测及图像显示机构，用于信号的收集、处理及显示，电子束辐照水果表面后，所述信号检测及图像显示机构包括红外探测器和光学成像物镜，计算机用于接收红外热像图，提取特征参数传送到中心数据库，将实测的水果与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，得出预测水果内部品质参数，判断水果甜度等级。该装置利用电子束辐照后，会产生温度和热量差异的特征，通过红外热像图判断水果成熟度，在检测过程中不损伤水果、品质，检测方法易于掌握，准确、可靠地对水果糖酸度的检测。

Description

一种水果甜度无损检测装置

技术领域

本发明涉及农产品无损检测领域，尤其是涉及一种水果甜度无损检测装置。

背景技术

日常生活中购买水果时，通常需要判断水果的成熟度，一般采用看、摸、敲、闻等经验来判断，不仅效率低，而且准确度不高。因此，在农业生产过程中，对还未摘取的水果进行成熟度判断，也是一个重要的环节。

目前市场上探熟水果的方式有很多，申请号为201410173206.4的专利提供了一种水果内部品质检测装置及检测方法，该水果内部品质检测装置包括检测传感器、放大器，所述检测传感器包括激磁元件、接收器，所述激磁元件与接收器输入端相连，所述接收器输出端与所述放大器相连，该发明虽然能够无损检测水果内部品质，但是无法依据水果内部品质预测值对水果口感进行分级，因此，急需研究一种预测精度更高、更稳定的水果内部品质的检测装置。

使用热红外成像检测系统，只能处理水果表面损伤，而对水果内部化学成分的难以辨认，检测精度不够高，因此，急需一种快速、准确、可靠地对水果糖酸度的检测装置。

发明内容

本发明提供了一种水果甜度无损检测装置，其不仅能够有效地对水果进行无损检测，并能够依据检测值来对水果的内部品质、尤其是口感进行相对可靠的分级。

本发明的技术方案：

一种水果甜度无损检测装置，其特征在于，包括电子束发射机构、信号检测及图像显示机构、真空机构及计算机；

1)电子束发射机构，用于对待测水果表面进行电子束辐照；所述电子束发射机构包括电子束源、电磁透镜、扫描线圈和样品室，其中，

电子束源采用钨丝热电子发射，产生电子束；

电磁透镜用来缩小电子束的束斑；

扫描线圈包括两组，一组用作水果表面扫描，另一组供显像管内的电子束在视觉显示器上与水果做同步扫描用；

样品室主要部件是样品台，能够进行三维空间的移动，还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达到20厘米，倾斜范围至少在50度左右，转动360度；

2)信号检测及图像显示机构，用于信号的收集、处理及显示，电子束辐照水果表面后，所述信号检测及图像显示机构包括红外探测器和光学成像物镜；

红外探测器上设有光敏元件，用来接收水果表面温差产生的红外辐射能量；

光学成像物镜用来观察物体表面的热分布场，并将检测水果的红外热像图传送到计算机；

3)真空机构包括真空容器和真空泵，

真空容器内设有支架，所述支架用来支撑样品室；

真空泵用来在真空容器中产生真空；

4)计算机，用于接收红外热像图，提取特征参数传送到中心数据库，将实测的水果与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，得出预测水果内部品质参数，判断水果甜度等级。

优选地，所述中心数据库设有对比样本的品质信息，对比样本以一组水果为样品，用电子束辐照每个样品，通过红外探测器和光学成像物镜接收样品的热能，从而获得红外热像特征图；同时通过理化方法收集这批水果内部品质参数信息，包括检测水果中的糖分、酸度、水分的具体含量；所述水果内部品质参数信息与红外热像特征图形成映射。

优选地，所述理化方法包括使用pH计检测水果样本酸度，用折射仪检测水果样本糖度。

优选地，水果甜度等级至少包括5个等级。

优选地，所述电子束发射机构的能量范围为0.5-5.0 KV，能量密度0.1-0.5J/m²。：

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1.本发明使用电子束辐照水果并结合热红外检测器来检测水果成熟度装置目前没有文章或相似的专利公开；

2.本发明装置能够有效地对水果进行无损检测，并能够依据检测值来对水果的内部品质、尤其是口感进行相对可靠的分级；

3.本发明利用不同品质的水果经过电子束辐照后，会产生温度和热量差异的特征，通过红外热像图判断水果成熟度。

附图说明

图1是本发明所述检测装置的结构连接示意图。

附图标记

电子束发射机构-10、电子束源-11、电磁透镜-12、扫描线圈-13、样品室-14、

信号检测及图像显示机构-20、红外探测器-21、光学成像物镜-22、真空机构-30。

具体实施方式

1)电子束发射机构10，用于对待测水果表面进行电子束辐照；所述电子束发射机构10包括电子束源11、电磁透镜12、扫描线圈13和样品室14，其中，

电子束源11采用钨丝热电子发射，产生电子束；

电磁透镜12缩小电子束的束斑，使得照射到水果表面的电子束光斑越小，分辨率越高；

扫描线圈13包括两组，一组用作水果表面扫描，以激发水果表面不同层次结构和化学组成的信息电子，另一组供显像管内的电子束在视觉显示器上与水果做同步扫描用；

样品室14主要部件是样品台，能够进行三维空间的移动，还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达到20厘米，倾斜范围至少在50度左右，转动360度。

2)信号检测及图像显示机构20，用于信号的收集、处理及显示，电子束辐照水果表面后，在极短的时间内，入射电子的大部分动能转化成热能，所述信号检测及图像显示机构20包括红外探测器21和光学成像物镜22；

红外探测器21上设有光敏元件，用来接收水果表面温差产生的红外辐射能量；红外探测器21接收到的红外辐射能量随水果表面温差状况的不同而变化；

光学成像物镜22用来观察物体表面的热分布场，并将检测水果的红外热像图传送到计算机；

将水果传送至真空检验室，电子束经过加速、聚焦成极细束流，沿着水果表面辐照，用红外探测器21和光学成像物镜22接收水果反映到红外探测器21的光敏元件上的红外辐射能量，从而获得红外热像图。

3)真空机构包括真空容器和真空泵，

真空容器内设有支架，所述支架用来支撑样品室；

真空泵用来在真空容器中产生真空，

之所以要用真空，主要基于以下两点原因：电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱；

为了增大电子的平均自由程，而使得用于成像的电子更多。

根据需要，所述中心数据库设有对比样本的品质信息，该装置使用方法包括：

首先，选取一组水果为样品，用电子束辐照每个样品，通过红外探测器21和光学成像物镜22接收样品的热能，从而获得红外热像特征图；同时通过理化方法收集这批水果内部品质参数信息；将每个样品的品质参数信息对应红外热像特征图提交至中心数据库中，作为对照值，特征参数越多，样本参考价值越高，并依次划分水果成熟度等级，水果成熟度等级至少包括5个等级，等级越高，水果内糖分比重越大，水果越甜。

然后，对目标水果进行实测，实测步骤包括：将水果传送至真空检验室，电子束经过电磁透镜12和扫描线圈13加速、聚焦成极细束流，沿着水果表面辐照，在极短的时间内，电子的大部分动能转化成热能，用红外探测器21和光学成像物镜22接收水果反映到红外探测器21的光敏元件上的红外辐射能量，从而获得红外热像图。

最后，将目标水果的红外热像图传送到中心数据库，与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，中心数据库得出预测水果内部品质参数。

其中，待测水果测试之前在水果周围贴上导电胶，由于水果导电性弱，如果观察前不贴上导电胶或者导电性不好，将产生电荷累计和放电，使得入射的电子束偏离正常路径，产生的热能出现差异，最终造成红外图像有误差甚至无法观察和成像。

根据需要，为了避免水果表面被破坏，必须使用较低的入射电子束能量，较大的入射角和快速帧扫描速度，所述电子束能量范围为0.5-5.0 KV，能量密度0.1-0.5J/m²。

该装置使用电子束辐照水果后成像的原理是：当电子束在真空条件下对水果表面辐照，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦成极细束流，辐照到水果表面，并在极短的时间内，将电子的动能大部分转化成热能。热是物体中分子、原子运动的宏观表现，温度是度量其运动剧烈程度的基本物理量之一。各种物理、化学现象中，往往都伴随热交换及温度变化。分子化学键的振动、转动能级对应红外辐射波段。因此，通过检测水果发射的红外辐射，能够分析水果的状态、结构、状态和组分等。只要不处于绝对零度的水果，均会发出不同波长的电磁辐射，水果的温度越高，分子或原子的热运动越剧烈，则红外辐射越强。不同水果的内部成分对于电子束的吸收及反射能力不同。水果中的碳水化合物、淀粉、糖分等成分分子，随着水果内部成分以及各成分质量分数的不同，其产生的热量也将发生变化。水果表面反射的热量聚焦到红外探测器21上，用红外探测器21和光学成像物镜22接收水果反映到红外探测器21的光敏元件上的红外辐射能量，探测器与图像视频系统一起将热辐射信号放大并转换成视频信号，通过视频显示器播放红外热像图，热图像的上面的不同颜色代表水果的不同温度。将目标水果的红外热像图传送到中心数据库，与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，中心数据库得出预测水果内部品质参数，并进行成熟度等级预测。

本发明的有益效果：首次使用电子束结合红外探测器21在线检测水果成熟度的装置，目前没有文章或相似的专利公开；本发明不仅有效地对水果进行无损检测，并能够依据检测值来对水果的内部品质、尤其是口感进行相对可靠的分级；本发明利用不同品质的水果经过电子束辐照后，会产生温度和热量差异的特征，通过红外热像图判断水果成熟度。

具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种水果甜度无损检测装置，其特征在于，包括电子束发射机构、信号检测及图像显示机构、真空机构及计算机；

电子束发射机构（10），用于对待测水果表面进行电子束辐照；所述电子束发射机构包括电子束源（11）、电磁透镜（12）、扫描线圈（13）和样品室（14），其中，

电子束源（11）采用钨丝热电子发射，产生电子束；

电磁透镜（12）缩小电子束的束斑；

扫描线圈（13）包括两组，一组用作水果表面扫描，另一组供显像管（15）内的电子束在视觉显示器上与水果做同步扫描用；

样品室（14）主要部件是样品台，能够进行三维空间的移动，还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达到20厘米，倾斜范围至少在50度左右，转动360度；

信号检测及图像显示机构（20），用于信号的收集、处理及显示，电子束辐照水果表面后，所述信号检测及图像显示机构（20）包括红外探测器（21）和光学成像物镜（22）；

红外探测器（21）上设有光敏元件，用来接收水果表面温差产生的红外辐射能量；

光学成像物镜（22）用来观察物体表面的热分布场，并将检测水果的红外热像图传送到计算机；

真空机构（30）包括真空容器和真空泵，

真空容器内设有支架，所述支架用来支撑样品室；

真空泵用来在真空容器中产生真空；

计算机，用于接收红外热像图，提取特征参数传送到中心数据库，将实测的水果与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，得出预测水果内部品质参数，判断水果甜度等级。

2.根据权利要求1所述的一种水果甜度无损检测装置，其特征在于，所述中心数据库设有对比样本的品质信息，对比样本以一组水果为样品，用电子束辐照每个样品，通过红外探测器（21）和光学成像物镜（22）接收样品的热能，从而获得红外热像特征图；同时通过理化方法收集这批水果内部品质参数信息，包括检测水果中的糖分、酸度、水分的具体含量；所述水果内部品质参数信息与红外热像特征图形成映射。

3.根据权利要求2所述的一种水果甜度无损检测装置，其特征在于，所述理化方法包括使用pH计检测水果样本酸度，用折射仪检测水果样本糖度。

4.根据权利要求1所述的一种水果甜度无损检测装置，其特征在于，水果甜度等级至少包括5个等级。

5.根据权利要求1所述的一种水果甜度无损检测装置，其特征在于，所述电子束发射机构（10）的能量范围为0.5-5.0 KV，能量密度0.1-0.5J/m²。