CN203849162U - 一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置。包括输送系统、光谱采集单元、机架和对射式光电开关；光谱检测单元安装在输送系统上方并固定在机架上，对射式光电开关对称安装在机架两侧的上方，样品放置在输送系统的滚子上。本实用新型可以通过调节光源数目和照射强度来实现不同大小、不同种类水果(例如：红枣、葡萄、金桔等)的光谱检测，实现不同种类的检测对象的光谱更加精确地测量；通过调节光源照射角度保证光线在核果类水果中传播时尽量避开果核，提高糖度检测的精度。本实用新型利用光源照射参数（光源数目、照射角度、照射距离），从而实现不同种类的检测对象的光谱更加精确地测量。

Description

一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置

技术领域

本实用新型涉及可见/近红外光谱动态在线采集装置，尤其是涉及一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越多的人对于水果的要求不仅仅在于其外部品质，而更多地注重其内部品质。近红外光谱技术作为一种快速无损检测方法已在水果内部品质检测领域日渐成熟。

目前使用可见/近红外光谱技术检测水果内部品质的研究中，光谱采集装置普遍存在位置不可调，或者位置调节灵活性差，水果种类适应性差等缺点。对于核果类果实，在获取其可见/近红外光谱时，枣核对测量结果有较大影响。而且，在线检测过程中，若换一种样品，由于样品的大小和形状发生改变，原来搭建的系统则因此不能够很好地检测其含糖量。因此，开发出一种光源数目、照射角度以及光源与样品间的距离可调的系统就显得尤为重要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种小型水果（如：红枣、葡萄、金桔等）可见/近红外光谱动态在线采集装置，实现不同种类的检测对象的光谱更加精确地测量。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型包括输送系统、光谱采集单元、机架和对射式光电开关；光谱检测单元安装在输送系统上方并固定在机架上，对射式光电开关对称安装在机架两侧的上方，样品放置在输送系统的滚子上。

所述输送系统，包括多排滚子、两组链轮、两条链条；多排滚子等距平行地安装在两条链条之间，两条链条分别环绕在机架的两组链轮上，由链轮驱动链条使得多排滚子匀速滚动前进。

所述光谱采集单元，包括光谱检测室、两根弧头杆件、两个聚焦透镜、两个光源光纤支架、两个检测探头、两个光谱仪、两根检测光纤、两个检测光纤支架、两根光源光纤、水平导轨和竖直导轨；光谱检测室安装在机架上，在光谱检测室内，两个聚焦透镜的两端分别与各自的光源光纤和各自的光源光纤支架相连，一个光源光纤支架分别固定在各自弧头杆件的弧形头中间，或者两个光源光纤支架对称固定在各自弧头杆件的弧形头的两端，弧头杆件的另一端与水平导轨构成滑动副，竖直导轨的一端与机架构成滑动副，水平导轨与竖直导轨之间构成滑动副；两根检测光纤的一端与各自检测探头拧合在一起，两根检测光纤的另一端与各自光谱仪连接，两个检测探头安装在各自检测光纤支架上，两个检测探头安装位置分别对准两个滚子之间的中心点，接收透射过水果的可见/近红外光。

所述一个光源光纤支架分别固定在各自弧头杆件的弧形头中间调节照射光斑强度时，通过滑动调节水平导轨在竖直导轨的安装位置实现光源光纤高度的粗调；通过竖直调节光源光纤支架在弧头杆件弧头端的安装位置，实现光源光纤高度的微调。

所述两个光源光纤支架对称固定在各自弧头杆件的弧形头的两端调节照射光斑强度以及光斑聚焦时，通过滑动调节水平导轨在竖直导轨的安装位置实现光源光纤高度的粗调；通过对称地沿着弧头弧形半径方向移动光源光纤支架安装位置，实现光源光纤高度的微调；通过对称调节光源光纤支架，使光源光纤支架绕着其中一根联接螺栓自身转动，调节光源光纤支架在弧头杆件弧头端的安装角度来实现光源照射角度的调节。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型可以通过调节光源数目来实现有核和无核水果的光谱检测。通过调节光源照射角度和照射距离实现不同大小、不同种类水果(例如：红枣、葡萄、金桔等)的光谱检测。竖直导轨与机架、水平导轨与竖直导轨以及水平导轨与杆件之间使用三角架、T形螺母、低剖面螺丝连接，可以保证光源在空间三个维度方向上实现位置粗调。L形光纤支架与杆件连接部分开有两条矩形槽，每个L形光纤支架与弧形头杆件之间就可以通过一对螺栓连接在一起，可以实现L形光纤支架沿着弧形方向移动，绕着其中一根联接螺栓自身转动，以及沿着弧形半径方向移动，实现光源位置的微调，从而保证光线在核果类水果中传播时尽量避开果核，提高糖度检测的精度。

本实用新型利用光源照射参数（光源数目、照射角度、照射距离），从而实现不同种类的检测对象的光谱更加精确地测量。

附图说明

图1 是检测装置整体示意图。

图2 是双通道无核水果光谱采集装置左视图。

图3 是小型核果类水果光谱采集装置其中一个通道采集示意图

图4 是光纤检测探头安装位置图。

图5 是L形光源光纤支架的主视图。

图6 是L形光源光纤支架的左视图。

图7 是L形光源光纤支架的俯视图。

图8 是L形检测光纤支架的主视图。

图9 是L形检测光纤支架的左视图。

图10 是L形检测光纤支架的俯视图。

图11 是弧头杆件的主视图。

图12 是弧头杆件的左视图。

图13 是弧头杆件的俯视图。

图14 是本实用新型检测工作流程图。

图中：1、光谱采集单元；2、对射式光电开关；3、机架；4、样品；5、输送系统；101、光谱检测室；102、紧固件；103、弧头杆件；104、聚焦透镜；105、光源光纤支架；106、检测探头；107、光谱仪；108、检测光纤；109、检测光纤支架；110、光源光纤；111、水平导轨；112、三角架；113、竖直导轨；501、滚子；502、链轮；503、链条。

具体实施方式

本实用新型提供了一种光源数目以及光照参数可调的水果可见/近红外光谱动态在线采集装置，其工作过程如下：

1、打开系统开关，进入光谱检测软件界面，电源打开预热半小时；

2、根据不同的水果，调节光源数目（单根光纤可适用于无核且体积小的水果，双光纤适用于带核或体积较大的水果）；

3、结合输送速度、光源强度等参数，调节设置光源照射参数（照射角度和照射距离）；

4、水果上料，获取动态输送条件下的水果可见/近红外光谱。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括输送系统5、光谱采集单元1、机架3和对射式光电开关2；光谱检测单元1安装在输送系统5上方并固定在机架3上，对射式光电开关2对称安装在机架3两侧的上方，样品4放置在输送系统5的滚子上。

如图1所示，所述输送系统5，包括多排滚子501、两组链轮502、两条链条503；多排滚子501等距平行地安装在两条链条503之间，两条链条503分别环绕在机架3上的两组链轮501上，由链轮501驱动链条503使得多排滚子501匀速滚动前进。

如图2和图3所示，所述光谱采集单元1，包括光谱检测室101、紧固件102、两根弧头杆件103、两个聚焦透镜104、两个光源光纤支架105、两个检测探头106、两个光谱仪107、两根检测光纤108、两个检测光纤支架109、两个两根光源光纤110、水平导轨111、三角架112、竖直导轨113；光谱检测室101安装在机架3上，在光谱检测室101内，两个聚焦透镜104的两端均有外螺纹，通过螺纹连接分别与各自的光源光纤110和各自的光源光纤支架105相连，从而将光源光纤110安装在光源光纤支架105上；一个光源光纤支架105通过螺栓连接分别固定在各自弧头杆件103的弧形头中间，或者两个光源光纤支架105对称固定在各自弧头杆件103的弧形头的两端(如图3所示)，弧头杆件103的另一端则通过紧固件(T形螺母和螺钉配合件)102与水平导轨111构成滑动副固定在一起，竖直导轨113的一端与机架3构成滑动副，水平导轨111与竖直导轨113之间构成滑动副，水平导轨111与竖直导轨113之间，以及竖直导轨113与机架3之间都用三角架112，配合紧固件(T形螺母和螺钉配合件)102的使用，连接在一起；两根检测光纤108的一端与各自检测探头106通过螺纹拧合在一起，两根检测光纤108的另一端与各自光谱仪107连接，两个检测探头106安装在各自检测光纤支架109上，两个检测探头106安装位置要分别对准两个滚子501之间的中心点，以便接收透射过水果的可见/近红外光(如图4所示)。

所述一个光源光纤支架105分别固定在各自弧头杆件103的弧形头中间调节照射光斑强度时，通过滑动调节水平导轨111在竖直导轨113的安装位置实现光源光纤110高度的粗调；通过竖直调节光源光纤支架105在弧头杆件103弧头端的安装位置实现光源光纤110高度的微调。

所述两个光源光纤支架105对称固定在各自弧头杆件103的弧形头的两端调节照射光斑强度以及光斑聚焦时，通过滑动调节水平导轨111在竖直导轨113的安装位置实现光源光纤110高度的粗调；通过对称地沿着弧头弧形半径方向移动光源光纤支架105安装位置，实现光源光纤110高度的微调；通过对称调节光源光纤支架105，使光源光纤支架105绕着其中一根联接螺栓自身转动，调节光源光纤支架105在弧头杆件103弧头端的安装角度来实现光源照射角度的调节。

如图2所示，光谱检测单元1为双通道小型无核水果光谱采集装置左向示意图，光谱检测单元1由两个检测光纤108、两个聚焦透镜104、两个检测探头106和两个光谱仪107组成，光源光纤110一端与光源相连，另一端通过螺纹连接固定在光源光纤支架105上并垂直朝下，光源光纤支架105通过螺栓连接固定在弧头杆件103的弧形头端并垂直向下；检测光纤108一端与光谱仪107相连，另一端与检测探头106相连，检测探头106安装在检测光纤支架109上，与光源光纤110固定在光纤支架105上并垂直朝下的一端相对应。

如图3所示，光谱采集单元1为小型核果类水果光谱采集装置其中一个通道采集示意图，光源光纤110一端与光源相连，另一端通过螺纹连接固定在光源光纤支架105上并垂直朝下，光源光纤支架105通过螺栓连接固定在弧头杆件103的弧形头端并对称分布在弧形头两端成一定角度，使两束光源聚焦在核果类水果两侧位置；检测光纤108一端与光谱仪107相连，另一端与检测探头106相连，检测探头106安装在检测光纤支架109上，与光源光纤110射出的光的聚焦位置相对。

如图4所示，在每条通道俩滚子501之间的中心位置下方的检测光纤支架109上至少开有一个孔用于安装检测探头106。

如图6所示，光源光纤支架105为L形。光源光纤支架105的一面安装在弧头杆件103上，另一面用于安装聚焦透镜104。

如图5所示，光源光纤支架105开有两个长方形孔。光源光纤支架105与弧头杆件103之间通过两组螺栓连接在一起，保证螺栓可以在长方形内滑动，使得光源光纤支架105与弧头杆件103的弧形头之间构成滑动副，用以调整光源光纤支架105的高度；且可以使得一个螺栓安装位置不动，光源光纤支架绕着这根螺栓转动，实现光源光纤支架105的安装角度的调节，再安装另一螺栓，以固定光源光纤支架105。

如图7所示，光源光纤支架105的一个板面开有螺纹孔，用于安装聚焦透镜104。

如图9所示，检测光纤支架109为L形。检测光纤支架109的一面安装在机架3上，另一面用于安装检测探头106。

如图8所示，检测光纤支架109开有一个长方形孔。检测光纤支架109与机架3之间通过螺栓连接在一起，保证骆爽可以在长方形内滑动，使得检测光纤支架109与机架之间构成滑动副，用以调整检测光纤支架的安装位置。

如图10所示，检测光纤支架109的一个板面开有螺纹孔，用以安装检测探头。

如图12所示，弧头杆件103的一端为弧面形，光源光纤支架109可以沿着弧形半径方向移动，可以实现光源光纤支架109高度的调节；光源光纤支架109还可以沿着弧形方向移动，保证了光源光纤支架对称安装，使透射光斑聚焦。

如图11所示，弧头杆件103的一端为一圆弧环形的结构，其环形部分用于使用螺栓将光源光纤支架105安装在弧头杆件103的弧形头端。

如图13所示，弧头杆件103的另一端为一平板结构，在平板上开有两个通孔，用于使用紧固件将弧头杆件安装在水平导轨上。

光谱仪107选用Ocean Optics公司生产的MAYA 2000PRO光谱仪。对射式光电开关2选用E3Z-T81型号。

下面结合图1～图14介绍本实用新型的操作过程：

如图1所示，将水果样品4放置在两个滚子501之间，滚子501在链条上随链轮502的转动而向前运动，样品4随滚子501向前运动，样品4通过对射式光电开关2的连线时，挡住对射式光电开关2发射器射出的光，光电开关5产生触发信号触发光谱检测装置延时接收从光源发射后透射过水果的光。。

如图4所示，在每条通道俩滚子501之间的中心位置下方的机架3至少装有一个L形检测光纤支架109，用于安装检测探头106，这样可以采集两通道上传送的每个水果样品4的一条透射光谱数据；在机架3上安装多个检测光纤支架109和检测探头106，可在多个位置采集水果4的多个光谱数据。

如图3和图5所示，通过调节光源光纤支架105在弧头杆件103的弧形头端的安装位置，可以调节光源光纤支架105的的高度和角度。光源光纤支架103与弧头杆件之间通过螺栓连接而固定在一起，保持两连接螺栓的距离不变，通过上下调节光源光纤支架105可以改变光源光纤110的照射高度。保证一个螺栓的位置不变，转动光源光纤支架105即可改变光源光纤110的照射角度。

如图2、图3和图8所示，检测光纤支架109与机架3之间通过螺栓连接固定在一起，通过上下调节螺栓连接的位置，即可改变检测光纤支架109的高度，从而可以调节检测探头106的高度，便于更好地接收透射光信号。

如图2所示，对于小型无核类水果，先采用单根光源光纤110进行试验，如光强满足需求，使用单根光源光纤垂直照射。通过光谱采集软件的界面判断采集光谱是否满足要求，若不满足要求，通过调节竖直导轨113的位置，实现光源光纤110沿着传送方向位置的调节；通过调节水平导轨111在竖直导轨113上的固定位置实现光源光纤竖直方向的粗调，通过调节光源光纤支架105在弧头杆件103上竖直安装的位置来实现光源光纤105高度的微调，从而能够实现光源照射高度的调节；通过调节检测光纤支架109的高度实现检测探头106的高度的调节。

重复上述步骤直到检测光谱满足要求。

如图3所示，对于核果类水果，或无核类水果单根光源无法满足光强需求时，使用两根光纤以对称角度照射。通过光谱采集软件的界面判断采集光谱是否满足要求，若不满足要求，通过调节竖直导轨113的位置，实现光源光纤110沿着传送方向位置的调节；通过调节水平导轨111在竖直导轨113上的固定位置实现光源光纤竖直方向的粗调，通过调节光源光纤支架105沿弧头杆件103的弧形头半径方向的安装位置来实现光源光纤105竖直方向的微调，从而能够实现光源照射高度的调节；通过调节光源光纤支架105对称安装的角度，实现光源照射角度的调节，对于核果类水果，要求对称照射的角度能够使得光源聚焦在果核的下方位置；通过调节检测光纤支架109的高度实现检测探头106的高度的调节。

重复上述步骤直到检测光谱满足要求。

Claims (5)

1.一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置，其特征在于：包括输送系统（5）、光谱采集单元（1）、机架（3）和对射式光电开关（2）；光谱检测单元（1）安装在输送系统（5）上方并固定在机架（3）上，对射式光电开关（2）对称安装在机架（3）两侧的上方，样品（4）放置在输送系统（5）的滚子上。

2.根据权利要求1所述的一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置，其特征在于：所述输送系统（5），包括多排滚子、两组链轮、两条链条；多排滚子等距平行地安装在两条链条之间，两条链条分别环绕在机架（3）的两组链轮上，由链轮驱动链条使得多排滚子匀速滚动前进。

3.根据权利要求1所述的一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置，其特征在于：所述光谱采集单元（1），包括光谱检测室（101）、两根弧头杆件、两个聚焦透镜、两个光源光纤支架、两个检测探头、两个光谱仪、两根检测光纤、两个检测光纤支架、两根光源光纤、水平导轨（111）和竖直导轨（113）；光谱检测室（101）安装在机架（3）上，在光谱检测室（101）内，两个聚焦透镜的两端分别与各自的光源光纤和各自的光源光纤支架相连，一个光源光纤支架分别固定在各自弧头杆件的弧形头中间，或者两个光源光纤支架对称固定在各自弧头杆件的弧形头的两端，弧头杆件的另一端与水平导轨（111）构成滑动副，竖直导轨（113）的一端与机架（3）构成滑动副，水平导轨（111）与竖直导轨（113）之间构成滑动副；两根检测光纤的一端与各自检测探头拧合在一起，两根检测光纤的另一端与各自光谱仪连接，两个检测探头安装在各自检测光纤支架上，两个检测探头安装位置分别对准两个滚子之间的中心点，接收透射过水果的可见/近红外光。

4.根据权利要求3所述的一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置的光谱采集单元，其特征在于：所述一个光源光纤支架分别固定在各自弧头杆件的弧形头中间调节照射光斑强度时，通过滑动调节水平导轨（111）在竖直导轨（113）的安装位置实现光源光纤高度的粗调；通过竖直调节光源光纤支架在弧头杆件弧头端的安装位置，实现光源光纤高度的微调。

5.根据权利要求3所述的一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置的光谱采集单元，其特征在于：所述两个光源光纤支架对称固定在各自弧头杆件的弧形头的两端调节照射光斑强度以及光斑聚焦时，通过滑动调节水平导轨（111）在竖直导轨（113）的安装位置实现光源光纤高度的粗调；通过对称地沿着弧头弧形半径方向移动光源光纤支架安装位置，实现光源光纤高度的微调；通过对称调节光源光纤支架，使光源光纤支架绕着其中一根联接螺栓自身转动，调节光源光纤支架在弧头杆件弧头端的安装角度来实现光源照射角度的调节。