CN110376263A - 一种用于检测水果成熟的检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于检测水果成熟的检测装置，包括盒体、安装在盒体上的盒盖、设置在盒体内的燃料电池、与燃料电池电连接的计时器、电压表和电动机；盒体内设置隔板将盒体内部分隔为盛放腔和测量腔，隔板上形成一通孔以用于盛放腔与测量腔连通，测量腔的一侧开设有用于与外部连通的通气口，通孔与通气口上分别设有阀门以用于控制盛放腔与测量腔是否进行通气；燃料电池包括阳极、阴极、质子交换膜、阴离子交换膜和离子反应区。本发明的有益效果是通过大量的数据采集，测量水果释放乙烯气体，乙烯进入到燃料电池中产生的电能势并通过电压表测量得出电压，根据生长天数‑电压值的表征判断水果的当前生长时期，有效避免过于依赖有技术经验的管理人员。

Description

一种用于检测水果成熟的检测装置及其方法

技术领域

本发明属于农业信息处理技术领域，尤其是涉及一种用于检测水果成熟的检测装置及其方法。

背景技术

随着我国农业和种植业的繁荣发展，果园面积和水果产量不断增加，水果的成熟度与水果采后运输、存储、深加工关系重大。人们也在不断完善水果的储藏及运输环境，一般延长水果保存时长的方法是采摘未完全成熟的水果，在运输过程中催熟水果后而到市场上售卖。但是每年仍然会有很多水果因采摘时成色不好、积存过多或运输环境不佳而导致水果损伤，以致水果不易售出，造成资源浪费并造成了果农的经济损失。

目前，评价水果的成熟度主要依据果农和技术人员的经验，以定性判断为主，果农或技术人员通过水果的气味和颜色来判断是否成熟，尚无定量的评价标准。采用上述判断方法的工作量大且工作效率低。

因此，研究水果成熟过程中的普遍规律，寻求稳定性高的理化参数，对水果成熟度进行定量化研究，并根据实际生产需要提出一种合理的检测装置具有重要方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、操作简单、基于水果释放乙烯量、对水果成熟状态划分明确的用于检测水果成熟的检测装置。

本发明的技术方案如下：

一种用于检测水果成熟的检测装置，包括盒体、安装在盒体上的盒盖、设置在盒体内的燃料电池、与燃料电池电连接的计时器、电压表和电动机；

所述盒体内设置隔板将盒体内部分隔为盛放腔和测量腔，所述隔板上形成一通孔以用于盛放腔与测量腔连通，所述测量腔的一侧开设有用于与外部连通的通气口，所述通孔与通气口上分别设有阀门以用于控制盛放腔与测量腔是否进行通气；

所述燃料电池包括阳极、阴极、质子交换膜、阴离子交换膜和离子反应区，所述离子反应区设置在所述阳极与阴极之间，所述阳极与所述离子反应区之间通过质子交换膜分隔以使阳极产生的质子通过质子交换膜进入至离子反应区中，所述阴极与离子反应区之间通过阴离子交换膜分隔以使阴极产生的阴离子通过阴离子交换膜进入离子反应区，并与离子反应区中的质子反应，所述阳极设有燃料输入口、燃料输出口和电子输出端，所述阴极设有氧化性气体输入口、氧化性气体输出口和电子输入端，所述离子反应区设有出水口；

所述电压表用于测量燃料电池产生的电压；

所述电动机与阀门电连接以用于控制阀门的开闭。

在上述技术方案中，所述电压表外接一显示器，用于显示测量燃料电池的电压值。

在上述技术方案中，所述电动机与外部的电源电连接，以用于对电动机供电。

在上述技术方案中，所述盒体的外侧设有多个控制按钮，所述控制按钮与电压表、计时器和电动机电连接，用于控制电压表、计时器和电动机的开闭。

在上述技术方案中，所述计时器与电压表、电动机电连接，用于在达到预设计时时长后，通过控制按钮启动电压表及电动机的运行。

在上述技术方案中，所述盒体与安装在盒体上的盒盖形成密闭空间，用于获取放置在所述盒体内盛放腔中的燃料。

在上述技术方案中，所述阳极设有流体连通的阳极催化剂层和燃料扩散区，所述燃料输入口和燃料输出口设置在燃料扩散区内，所述电子输出端设置在阳极催化剂层中，所述阳极催化剂层设置于燃料扩散区和质子交换膜之间，所述燃料输入口与通孔连通。

在上述技术方案中，所述阴极设有流体连通的阴极催化剂层和氧化性气体扩散区，所述氧化性气体输入口和氧化性气体输出口设置在氧化性气体扩散区中，所述电子输出端设置于所述阴极催化剂层中，所述阴极催化剂层设置在氧化性气体扩散区和阴离子交换膜之间，所述氧化性气体输入口与通气口连通。

在上述技术方案中，所述阴极催化剂层中的阳极催化剂包括阳极载体和负载在阳极载体上的阳极活性金属颗粒，所述阳极载体为碳颗粒或碳化聚丙烯腈，所述阳极活性金属颗粒选自铂颗粒、钌颗粒和钯颗粒中的至少一种；所述阴极催化剂层中的阴极催化剂包括阴极载体和负载在阴极载体上的阴极活性金属颗粒，所述阴极载体为碳颗粒或碳化聚丙烯腈，所述阴极活性金属颗粒选自铂颗粒、钌颗粒和钯颗粒中的至少一种。

在上述技术方案中，所述离子反应区的出水口设置在燃料电池的底部，以便于向外排水。

本发明的另一个目的是提供一种利用用于检测水果成熟的检测装置的方法，包括以下步骤：

(1)水果放入盛放腔，盖上盒盖保证处于密封状态，打开通气口和通孔上的阀门，水果自然释放去乙烯，通过通孔进入到燃料电池中，外界的空气通气口进入燃料电池中，启动计时器开始计时；

(2)在计时器的计时达到预设时长后，关闭通气口和通孔上的阀门，电压表检测燃料电池产生的电能电压，读取测量的电压值；

(3)根据步骤(2)中的电压值，通过上述方法，大量采集水果在不同生长天数下产生的电压数据，根据该电压数据绘制出水果生长天数-电压值的表征，以便于后期通过所述表征来对应水果的成熟度。

本发明具有的优点和积极效果是：

1.通过大量的数据采集，测量水果释放乙烯气体，乙烯进入到燃料电池中产生的电能势并通过电压表测量得出电压，根据生长天数-电压值的表征来精确判断出水果的当前生长时期，有效避免过于依赖有技术经验的管理人员。

2.检测装置的结构简单，适用范围广，能够广泛地应用于水果的采摘和回收，具有广阔的前景。

附图说明

图1是本发明的用于检测水果成熟的检测装置的电路连接示意图；

图2是本发明中燃料电池的反应原理图；

图3是本发明中电压表的电路连接图；

图4是本发明中盒体的结构示意图。

图中：

1、盒体 2、燃料电池 3、隔板

4、电压表 5、计时器 6、电动机

7、显示器 8、电源 9、盒盖

10、控制按钮

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，决不限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1-图4所示，本发明的用于检测水果成熟的检测装置，包括盒体1、安装在盒体1上的盒盖9、设置在盒体1内的燃料电池2、与燃料电池2电连接的计时器5、电压表4和电动机6，盒体1与盒盖9相配合形成密闭的空间，用于水果放入密闭空间后而能够获取用于作用于燃料电池2的乙烯气体。

上述盒体1内设置隔板3将盒体1内部分隔为盛放腔和测量腔，隔板3上形成一通孔以用于盛放腔与测量腔连通，测量腔的一侧开设有用于与外部连通的通气口，通孔与通气口上分别设有阀门以用于控制盛放腔与测量腔是否进行通气。

上述燃料电池2包括阳极、阴极、质子交换膜、阴离子交换膜和离子反应区，离子反应区设置在阳极与阴极之间，阳极与离子反应区之间通过质子交换膜分隔以使阳极产生的质子通过质子交换膜进入至离子反应区中，阴极与离子反应区之间通过阴离子交换膜分隔以使阴极产生的阴离子通过阴离子交换膜进入离子反应区，并与离子反应区中的质子反应，阳极设有燃料输入口、燃料输出口和电子输出端，阴极设有氧化性气体输入口、氧化性气体输出口和电子输入端，离子反应区设有出水口。

上述电压表4外接一显示器7，用于显示测量燃料电池2的电压值；电动机6与阀门电连接以用于控制阀门的开闭；电动机6与外部的电源8电连接，以用于对电动机6供电。

上述计时器5与电压表4、电动机6电连接，用于在达到预设计时时长后，通过控制按钮10启动电压表4及电动机6的运行。

进一步地说，阳极设有流体连通的阳极催化剂层和燃料扩散区，燃料输入口和燃料输出口设置在燃料扩散区内，电子输出端设置在阳极催化剂层中，阳极催化剂层设置于燃料扩散区和质子交换膜之间，燃料输入口与通孔连通；阴极设有流体连通的阴极催化剂层和氧化性气体扩散区，氧化性气体输入口和氧化性气体输出口设置在氧化性气体扩散区中，电子输出端设置于阴极催化剂层中，阴极催化剂层设置在氧化性气体扩散区和阴离子交换膜之间，氧化性气体输入口与通气口连通；阴极催化剂层中的阳极催化剂包括阳极载体和负载在阳极载体上的阳极活性金属颗粒，阳极载体为碳颗粒或碳化聚丙烯腈，阳极活性金属颗粒选自铂颗粒、钌颗粒和钯颗粒中的至少一种；阴极催化剂层中的阴极催化剂包括阴极载体和负载在阴极载体上的阴极活性金属颗粒，阴极载体为碳颗粒或碳化聚丙烯腈，阴极活性金属颗粒选自铂颗粒、钌颗粒和钯颗粒中的至少一种。

进一步地说，在离子反应区中填充有导电液体层，导电液体层中的液体可以为含有磷酸的溶液，催化水果释放的乙烯与水反应得到乙醛，以使燃料电池2内的化学反应而生成电动势。

实施例2

在实施例1的基础上，使用检测装置的方法，以猕猴桃为例，包括以下步骤：

(1)将100g的猕猴桃放入到盛放腔中(容积为1L)，盖上盒盖9保证处于密封状态，打开通气口和通孔上的阀门，水果自然释放出乙烯气体，其中乙烯的释放量为0.01946μL，乙烯气体通过通孔进入到燃料电池2中，外界的空气(含有氧气)通气口进入燃料电池2中，启动计时器5开始计时；

(2)在计时器5的计时达到5秒后，通过电动机6控制阀门来关闭通气口和通孔上，乙烯气体在燃料电池2内的酸性环境下反应，在常温25℃下，燃料电池2的标准电动势为E＝0.05718V，根据能斯特方程：进行计算，得出燃料电池2实际的电动势为0.3419V，通过电压表4(型号为PZ150B)来检测燃料电池2产生的电动势的电压，读取测量的电压值；

(3)根据步骤(2)中的电压值，通过上述方法，在前期工作中，大量采集水果在不同生长天数下产生的电压数据，根据该电压数据绘制出水果生长天数-电压值的表征，以便于后期通过表征来对应水果的成熟度。

根据不同的水果，前期工作中大量采集不同成熟度的猕猴桃，并按照上述步骤(1)-(3)进行检测，得到水果从生长到完全成熟的生长天数-电压值的表征，从而可以根据该表征，在后期测量水果时的电压值来与表征对应，从而直观判断出水果的成熟。

实施例3

在实施例1的基础上，本发明的用于检测水果成熟的检测装置，包括盒体1、安装在盒体1上的盒盖9、设置在盒体1内的燃料电池2、与燃料电池2电连接的计时器5、电压表4和电动机6，盒体1与盒盖9相配合形成密闭的空间，用于水果放入密闭空间后而能够获取用于作用于燃料电池2的乙烯气体。

上述盒体1内设置隔板3将盒体1内部分隔为盛放腔和测量腔，隔板3上形成一通孔以用于盛放腔与测量腔连通，测量腔的一侧开设有用于与外部连通的通气口，通孔与通气口上分别设有阀门以用于控制盛放腔与测量腔是否进行通气。

上述燃料电池2包括阳极、阴极、质子交换膜、阴离子交换膜和离子反应区，离子反应区设置在阳极与阴极之间，阳极与离子反应区之间通过质子交换膜分隔以使阳极产生的质子通过质子交换膜进入至离子反应区中，阴极与离子反应区之间通过阴离子交换膜分隔以使阴极产生的阴离子通过阴离子交换膜进入离子反应区，并与离子反应区中的质子反应，阳极设有燃料输入口、燃料输出口和电子输出端，阴极设有氧化性气体输入口、氧化性气体输出口和电子输入端，离子反应区设有出水口。

上述电压表4外接一显示器7，用于显示测量燃料电池2的电压值；电动机6与阀门电连接以用于控制阀门的开闭；电动机6与外部的电源8电连接，以用于对电动机6供电。

上述计时器5与电压表4、电动机6电连接，用于在达到预设计时时长后，通过控制按钮10启动电压表4及电动机6的运行。

进一步地说，阳极设有流体连通的阳极催化剂层和燃料扩散区，燃料输入口和燃料输出口设置在燃料扩散区内，电子输出端设置在阳极催化剂层中，阳极催化剂层设置于燃料扩散区和质子交换膜之间，燃料输入口与通孔连通；阴极设有流体连通的阴极催化剂层和氧化性气体扩散区，氧化性气体输入口和氧化性气体输出口设置在氧化性气体扩散区中，电子输出端设置于阴极催化剂层中，阴极催化剂层设置在氧化性气体扩散区和阴离子交换膜之间，氧化性气体输入口与通气口连通；阴极催化剂层中的阳极催化剂包括阳极载体和负载在阳极载体上的阳极活性金属颗粒，阳极载体为碳颗粒或碳化聚丙烯腈，阳极活性金属颗粒选自铂颗粒、钌颗粒和钯颗粒中的至少一种；阴极催化剂层中的阴极催化剂包括阴极载体和负载在阴极载体上的阴极活性金属颗粒，阴极载体为碳颗粒或碳化聚丙烯腈，阴极活性金属颗粒选自铂颗粒、钌颗粒和钯颗粒中的至少一种。

进一步地说，在离子反应区中填充有导电液体层，导电液体层中的液体可以为含有磷酸的溶液，催化水果释放的乙烯与水反应得到乙醛，以使燃料电池2内的化学反应而生成电动势。

上述盒体1的外侧设有3个控制按钮10，3个控制按钮10分别与电压表4、计时器5和电动机6电连接，用于控制电压表4、计时器5和电动机6的开闭。

进一步地说，离子反应区的出水口设置在燃料电池2的底部，以便于向外排水。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于检测水果成熟的检测装置，其特征在于：包括盒体、安装在盒体上的盒盖、设置在盒体内的燃料电池、与燃料电池电连接的计时器、电压表和电动机；

所述盒体内设置隔板将盒体内部分隔为盛放腔和测量腔，所述隔板上形成一通孔以用于盛放腔与测量腔连通，所述测量腔的一侧开设有用于与外部连通的通气口，所述通孔与通气口上分别设有阀门以用于控制盛放腔与测量腔是否进行通气；

所述燃料电池包括阳极、阴极、质子交换膜、阴离子交换膜和离子反应区，所述离子反应区设置在所述阳极与阴极之间，所述阳极与所述离子反应区之间通过质子交换膜分隔以使阳极产生的质子通过质子交换膜进入至离子反应区中，所述阴极与离子反应区之间通过阴离子交换膜分隔以使阴极产生的阴离子通过阴离子交换膜进入离子反应区，并与离子反应区中的质子反应，所述阳极设有燃料输入口、燃料输出口和电子输出端，所述阴极设有氧化性气体输入口、氧化性气体输出口和电子输入端，所述离子反应区设有出水口；

所述电压表用于测量燃料电池产生的电压；

所述电动机与阀门电连接以用于控制阀门的开闭。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述电压表外接一显示器，用于显示测量燃料电池的电压值。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述电动机与外部的电源电连接，以用于对电动机供电。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于：所述盒体的外侧设有多个控制按钮，所述控制按钮与电压表、计时器和电动机电连接，用于控制电压表、计时器和电动机的开闭。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于：所述计时器与电压表、电动机电连接，用于在达到预设计时时长后，通过控制按钮启动电压表及电动机的运行。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于：所述盒体与安装在盒体上的盒盖形成密闭空间，用于获取放置在所述盒体内盛放腔中的燃料。

7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于：所述阳极设有流体连通的阳极催化剂层和燃料扩散区，所述燃料输入口和燃料输出口设置在燃料扩散区内，所述电子输出端设置在阳极催化剂层中，所述阳极催化剂层设置于燃料扩散区和质子交换膜之间，所述燃料输入口与通孔连通。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于：所述阴极设有流体连通的阴极催化剂层和氧化性气体扩散区，所述氧化性气体输入口和氧化性气体输出口设置在氧化性气体扩散区中，所述电子输出端设置于所述阴极催化剂层中，所述阴极催化剂层设置在氧化性气体扩散区和阴离子交换膜之间，所述氧化性气体输入口与通气口连通。

9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于：所述离子反应区的出水口设置在燃料电池的底部，以便于向外排水。

10.一种利用如权利要求9所述的检测装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)水果放入盛放腔，盖上盒盖保证处于密封状态，打开通气口和通孔上的阀门，启动计时器开始计时；

(2)在计时器的计时达到预设时长后，关闭通气口和通孔上的阀门，电压表检测燃料电池产生的电能电压，读取测量的电压值；

(3)根据步骤(2)中的电压值，绘制出水果生长天数-电压值的表征，以便于后期通过表征来对应水果的成熟度。