CN206387724U - 便携式猕猴桃糖度无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式猕猴桃糖度无损检测装置，属于农产品光谱无损检测领域。解决的技术问题是提供一种适用于猕猴桃且检测结果稳定的糖度无损检测装置。本实用新型包括外壳、主控模块、风扇、光源模块、隔热挡板、光谱检测模块、探头模块、测量按键、显示屏、电源开关、充电电池、充电接口。光源模块发出的光通过探头模块射入猕猴桃内部，发生漫透射；漫透射光由探头模块传导至光谱检测模块，主控模块控制光谱检测模块获得可见/近红外光谱数据；主控模块将数据处理后得到该猕猴桃糖度值并显示在显示屏上。本实用新型可用于猕猴桃产后分级，也可用于猕猴桃果实生长监测，有助于提高猕猴桃糖度检测效率，增加经济效益。

Description

便携式猕猴桃糖度无损检测装置

技术领域

本实用新型涉及农产品光谱无损检测领域，尤其涉及一种猕猴桃糖度无损检测装置。

背景技术

猕猴桃果实细腻多汁，营养丰富，深受人们喜爱。我国猕猴桃种植面积世界第一。糖度是猕猴桃重要的内部品质指标，不仅是消费者挑选猕猴桃的重要依据，还是果实生长监测及产后分级的主要依据。传统的猕猴桃糖度测量使用糖度计测量，测量时先将猕猴桃样品榨汁，然后将其滴入糖度计中检测，检测会损伤猕猴桃，因此能够无损检测猕猴桃糖度的装置成为迫切需要。

利用可见/近红外光谱预测猕猴桃糖度的方法具有方便、快速、无损、成本低廉、环境友好的特点。猕猴桃在成熟过程中，有机分子含量会随着成熟度变化而变化，果肉及果皮颜色也会随着成熟度而发生变化，通过扫描其可见光谱，可以得到包含猕猴桃果肉及果皮颜色特征信息的光谱数据。近红外光谱区与有机分子中含氢基团振动的合频和各级倍频的吸收区一致，这些含氢基团吸收频率特征性强，受分子内外环境的影响小，在近红外谱区比中红外谱区的样品光谱特性更稳定。通过扫描近红外光谱，可以得到包含猕猴桃糖度特征信息的光谱数据。利用猕猴桃样品的可见/近红外光谱数据和糖度数据，通过数学建模算法，建立数学模型，即可实现猕猴桃糖度的预测。

“猕猴桃近红外光谱无损检测技术研究”（陈香维；西北农林科技大学博士研究生论文）一文中指出：“采用12000～4000cm^-1的近红外光谱对不同产地、不同果园、不同储藏期、不同成熟度猕猴桃的可溶性固形物含量的检测是可行的。”糖度中85%左右的成分是可溶性固形物，因此常以可溶性固形物含量反映糖度。该文章还指出：“在11991.6～5446.2cm^-1光谱范围内，近红外漫反射光谱与猕猴桃糖度含量之间呈显著的线性相关”。该文章也详细地说明了利用猕猴桃近红外光谱数据及糖度数据，建立猕猴桃糖度预测模型的详细过程。文中基于偏最小二乘法（PLS）建立的猕猴桃糖度预测模型，决定系数R²为93.65，预测集均方根误差RMSEP为0.656；文中基于误差反向传播学习算法（BP）建立的人工神经网络模型，决定系数R²为89.8273，预测集均方根误差RMSEP为0.3256。

“基于近红外光谱的猕猴桃糖度无损检测方法的研究”（宋思哲；西北农林科技大学硕士研究生论文）一文中指出：“赤道糖度与猕猴桃总糖度的相关性R²为0.972，果柄糖度与猕猴桃总糖度相关性R²为0.945，果萼糖度与猕猴桃总体糖度的相关性R²为0.958，最终选取赤道为进行近红外无损检测猕猴桃糖度的测试部位。”文中详细说明了利用偏最小二乘法（PLS）、支持向量机（SVM）和最小二乘支持向量机（LSSVM）三种数学建模方法，配合Savitzky-Golay平滑方法（SG）和标准正态量变换（SNV）两种预处理方法以及无信息变量消除法（UVE）和连续投影算法（SPA）两种特征波长提取算法建立猕猴桃糖度预测模型的详细过程。

“Vis/NIR spectroscopy and chemometrics for the prediction of solublesolids content and acidity (pH) of kiwifruit”（Ali Moghimi等，BiosystemsEngineering）一文中指出：利用可见/近红外光谱预测猕猴桃内部品质参数是可行的，例如可溶性固形物含量及pH含量；由于可见/近红外光谱检测技术具有检测时间短、成本低的特点，利用该技术开发水果内部品质特征无损检测设备是可行的；文中还指出：利用主成分分析法（PCA）和偏最小二乘法（PLS）建立的猕猴桃可溶性固形物预测模型的相关系数为0.93，预测集均方根误差RMSEP为0.259。

虽然可见/近红外光谱技术在猕猴桃糖度无损检测研究中取得了许多成果，但是还没有将该方法应用于生产实践中的便携式猕猴桃糖度无损检测装置。传统的光谱检测装置体积大、价格昂贵，仅适合科研院所、企业等使用。同时，猕猴桃果实复杂的结构增加了开发猕猴桃无损检测装置的难度。猕猴桃表面有细小点状突起，表面粗糙度极大且有毛绒纤维覆盖，毛绒纤维的长短、粗细、软硬和数量均与猕猴桃品种有关；猕猴桃果实内部结构复杂，果肉间有沿径向呈辐射状相间排列的浅色絮状物，果实中轴上着生大量种子；猕猴桃果实各部分的糖度含量也存在差异。利用传统标准漫反射光纤探头采集猕猴桃可见/近红外光谱时，该光纤探头通常仅有单根测量光纤且光纤直径较细，易受猕猴桃结构影响，光谱数据稳定性差，同一测量点附近多次测量的结果重复性较低；同时，使用传统漫反射测量方法测量时，光纤探头与猕猴桃有一定间距，可见/近红外光谱虽能够穿透猕猴桃果皮到达果实内部，但获得的光谱数据中果皮直接反射的光谱数据占大多数；若将光纤探头紧贴猕猴桃表面时，猕猴桃表面结构对光谱数据的影响将增加，光谱数据稳定性下降。

中国专利公告号CN 205643156U，公告日2016年10月12日，专利名称为“一种便携式葡萄糖度近红外检测装置”，该申请公开了“一种便携式葡萄糖度近红外检测装置，包括工作对象是葡萄（0）；其特征在于：设置有外壳（1）、Arm架构的嵌入式主板（2）、触摸显示屏（3）、LED灯开关（4）、电源按键（5）、start按键（6）、供电电池（7）和近红外采样模块（8）；其位置和连接关系是：在外壳（1）的正面右上角开设圆孔安装近红外采样模块（8），在近红外采样模块（8）下方设置有LED灯开关（4）、电源按键（5）和start按键（6），在外壳（1）的正面靠左镶嵌触摸显示屏（3），在外壳（1）的内部设置有Arm架构的嵌入式主板（2）和供电电池（7）；触摸显示屏（3）、LED灯开关（4）、电源按键（5）、start按键（6）、供电电池（7）和近红外采样模块（8）的近红外光源（8.3）和检测器（8.4）分别与Arm架构的嵌入式主板（2）电气连接。”然而该装置是为葡萄糖度检测设计的专用装置，仅适合检测葡萄糖度，对于猕猴桃糖度检测无能为力；该装置具体实施方式中描述：“检测器8.4是一种光谱收集装置，主要部件是InGaAs/lnAs光电二极管，将光信号转换成电信号。”检测器主要部件是InGaAs/lnAs光电二极管，该类二极管易受工作环境温度影响，检测结果稳定性难以保证；该装置为盒式设备，在手持使用时，需要保持该装置水平、稳定，存在一定的使用不便。

中国专利公告号CN 203732438U，公告日2014年07月23日，专利名称为一种便携式近红外检测装置，该申请公开了“一种便携式近红外检测装置，其特征在于，是由显示器（1）、检测装置（2）、近红外光源（3）和微控制器（4）组成；本装置呈手枪状，装置上还设有按键（5）；近红外光源（3）通过检测装置（2）对样品进行扫描，检测装置（2）将扫描信号输入微控制器（4）中，微控制器（4）对接收的信号进行分析并处理后显示在显示器（1）上。”该专利要解决的技术问题是：“传统装置较大不宜携带的问题。”由该专利的背景技术介绍：“近红外食品品质检测装置是根据食品（肉类、食用油、乳品、谷物与果蔬等）中各种有代表性的有机成份在近红外光谱区域的光学吸收特性、各成份的最强吸收波长的不同，吸收强度与粮食有机含量间的正比关系，通过对样品己知化学成份含量与其近红外光谱测定结果回归分析，建立起定标方程，即可对同一种相似类型的未知样品成份含量进行估测。”得知，该专利要解决的技术问题里的“传统装置”是指近红外食品品质检测装置。但是近红外食品品质检测装置种类繁多，测量原理不尽相同，该专利的具体实施方式描述中并没有提供一种完整的实施方式，未对检测对象及其检测指标给出明确的说明，也未对测量方法及测量原理给出明确说明，仍存在诸多未解决的问题；同时食品种类繁多，其成分、形状、尺寸、组成结构等特性不尽相同，检测指标繁多，检测方法也存在较大差异，一种检测装置的结构很难适应多种食品、多种测量指标的测量；因此，该专利所述技术方案无法解决本实用新型中的猕猴桃糖度无损检测技术问题。其次，该红外检测装置结构紧凑，近红外光源及微控制器工作时会产生大量热量，且该红外检测装置包含光电传感器，该元器件工作时，易受周围温度影响产生信号漂移，测量时需要特定范围的工作温度，该专利也未对此问题给出解决方案；显示器在装置右侧，使用者不能直接观察到显示结果，给使用带来不便。

中国专利公告号CN 2779390Y，公告日2006年05月10日，专利名称为“近红外水果糖酸度分析用漫反射检测装置”，该申请公开了“近红外水果糖酸度分析用漫反射检测装置，其特征在于由近红外检测光纤、光纤支架、水果转动装置和底座组成，其中近红外检测光纤（2）由光源输入光纤和信号接收光纤结合组成，其为一根分叉光纤，光纤的一头开叉，分别接红外光源（1）和检测器（12），红外光源（1）和检测器（12）装在一台FT-IR光谱检测设备（13）的里面；另一头为同轴形状的光纤探头（9），光纤探头（9）的中心为光源输入光纤，周围为信号接收光纤，水果转动装置为安装在底座（3）上的能控制水果转动的夹具装置。”该申请没有说明近红外检测光纤探头部分的结构，从该申请中无法得知该近红外检测光纤是否满足猕猴桃红外光谱数据采集的要求；该装置仅完成光谱数据检测工作，还需要将数据传送至计算机数据采集系统中做进一步的分析，不能直接得出检测样品糖度数据，并且结构复杂，无法便携使用。

综上所述，现阶段利用可见/近红外光谱技术可以达到猕猴桃糖度无损检测的目的，但是没有将该方法应用于生产实践中的便携式猕猴桃糖度无损检测装置；同时由于猕猴桃结构复杂，导致传统标准漫反射光纤的测量结果稳定性差，无法用于猕猴桃可见/近红外光数据的采集；目前相关专利中所述便携式检测装置不能解决猕猴桃糖度无损检测的问题，并且这些装置没有考虑探头结构对测量样品的适用性及测量结果的稳定性，也未考虑光源等装置产生的热量对光谱检测装置的影响，测量结果稳定性难以保证。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种适用于猕猴桃且检测结果稳定的糖度无损检测装置。

本实用新型的技术方案如下：

便携式猕猴桃糖度无损检测装置，包括外壳、主控模块、光源模块、光谱检测模块、探头模块、测量按键、显示屏、电源开关、充电电池、充电接口，上述主控模块分别与上述显示屏、上述电源开关、上述充电电池、上述测量按键、上述光源模块、上述光谱检测模块相连，上述充电接口与上述充电电池相连，上述探头模块包括探头、探测光纤、照明光纤，上述探头通过上述照明光纤与上述光源模块相连，上述探头通过上述探测光纤和上述光谱检测模块相连。

上述光谱检测模块获取的光谱是可见/近红外光谱。上述光源模块是能发出全光谱光线的卤钨灯。

上述探测光纤是石英光纤，该探测光纤的探头端外侧包有金属内筒，该金属内筒中由聚光透镜压圈固定有聚光透镜，该聚光透镜的焦点位于上述探测光纤的探头端端面上，上述探测光纤的另一端通过探测光纤接头与上述光谱检测模块连接。

上述照明光纤由石英光纤集束组成，该照明光纤的探头端呈环形排列于上述金属内筒外侧且外层包有金属外筒，上述金属内筒端面高于上述金属外筒端面，上述照明光纤的光源端紧密排列成柱状，外侧包有金属外壳，该金属外壳由耦合透镜压圈固定有耦合透镜，该耦合透镜的中心线与上述照明光纤的光源端中心线重合，上述照明光纤通过上述金属外壳与上述光源模块连接。

上述外壳上设有通风孔，上述光源模块与上述光谱检测模块之间设有隔热挡板，上述光源模块后端设有风扇，该风扇与上述主控模块相连，上述通风孔位置与上述外壳内部的上述风扇和上述光源模块的位置相对应，上述风扇将上述光源模块产生的热量经上述通风孔带到上述外壳外部。上述光谱检测模块位于上述外壳内部的前端，远离上述光源模块和上述主控模块。

上述外壳的外形类似手枪形状。上述探头模块除上述探头的前端位于上述外壳外部，其他部分均位于上述外壳内部；上述探头位于上述外壳内部的最前端，该探头的位置类似于手枪枪管位置。上述外壳的握柄具有流线型外形，其内部固定有上述充电电池，握柄下端固定有上述充电接口，在靠近人手握持上述握柄时的食指第一关节处固定有上述测量按键，该测量按键的位置类似于手枪扳机的位置。上述显示屏位于上述外壳后端，该显示屏位置类似于手枪击锤的位置，其位置靠近使用者，且直接面向使用者。上述电源开关位于上述外壳最后端，与上述显示屏相邻且位于上述显示屏下方。上述外壳上方部位的内部从左至右分别固定有上述电源开关、上述显示屏、上述主控模块、上述风扇、上述光源模块、上述隔热挡板、上述光谱检测模块、上述探头模块。

测量时，将上述探头贴紧被测猕猴桃，上述光源模块发出的光通过上述照明光纤穿过猕猴桃果皮射入猕猴桃内部，光在猕猴桃内部发生漫透射，漫透射光穿过猕猴桃果皮由上述探测光纤传导至上述光谱检测模块，上述主控模块控制上述光谱检测模块获得光谱数据。

上述主控模块将获取的数据处理后得到该猕猴桃糖度值并显示在上述显示屏上。数据处理过程中需要用到在计算机中建立后并导入到上述主控模块中的猕猴桃糖度预测模型，该模型的建模方法多样，主要有偏最小二乘法（PLS）、支持向量机（SVM）、误差反向传播学习算法（BP）。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

上述光谱检测模块配合上述光源模块和上述探头模块可获得猕猴桃可见/近红外光谱，光谱中与猕猴桃糖度相关的信息量增加，有利于提高猕猴桃糖度预测模型的预测精度；

上述照明光纤充分将上述光源模块产生的光射入猕猴桃内部，增加漫透射光穿透范围，漫透射光所包含的猕猴桃糖度信息增加，光谱数据稳定性不受猕猴桃内部复杂结构影响；

上述探头设有上述聚光透镜，扩大上述探头测量范围，光谱数据稳定性不受猕猴桃表面复杂结构影响，进入上述探测光纤中的漫透射光增加，获取的猕猴桃可见/近红外光谱数据中包含的猕猴桃糖度信息增加，有利于提高猕猴桃糖度预测模型的预测精度；

由于测量时上述探头紧贴被测猕猴桃，上述照明光纤中的光不能被猕猴桃果皮直接反射后进入上述探测光纤，获取的猕猴桃可见/近红外光谱中果皮的漫透射光减少，果肉的漫透射光增加，光谱数据中果肉糖度信息含量得到提高，有利于提高猕猴桃糖度预测模型的预测精度；

因此，本技术方案可以提高猕猴桃可见/近红外光谱测量结果稳定性，同时提高了猕猴桃可见/近红外光谱中果肉糖度信息的含量，提高了糖度检测精度；本技术方案不损害被测猕猴桃，满足猕猴桃糖度无损检测需求。

上述光谱检测模块位于上述外壳内部的前端，远离上述光源模块及上述主控模块等发热原件；上述隔热挡板位于上述光源模块与上述光谱检测模块之间，阻止热量向上述光谱检测模块传导；上述风扇将上述光源模块产生的热量通过上述通风孔带到上述外壳外部，防止热量集聚导致上述外壳内部温度持续上升；因此，本技术方案可以为上述光谱检测模块提供适宜的工作环境，避免热量对上述光谱检测模块产生影响，测量结果稳定性得以保证。

上述外壳的外形类似手枪形状，且具有流线型外形的握柄，便于使用者握持；上述外壳中各部件的位置分布合理，省去传统光纤探头需要单独固定探头位置的操作，且上述测量按键位于人食指活动范围内，使用者单手即可完成测量操作，人手握持时不会妨碍上述光源模块、上述风扇、上述通风孔和上述光谱检测模块的正常工作，测量结果直接从上述显示屏读取。因此，本实用新型中各部件的布置符合人体工程学原理，方便使用者操作。

本实用新型内置充电电池，使用方便，结构紧凑，体积小巧，便于携带，可以将本实用新型携带于田间、工厂等户外使用。

附图标记

1.外壳；1-1.通风孔；2.主控模块；3.风扇；4.光源模块；5.隔热挡板；6.光谱检测模块；7.探头模块；7-1.探头；7-1-1.金属外筒；7-1-2.金属内筒；7-1-3.聚光透镜压圈；7-1-4.聚光透镜；7-2.探测光纤；7-2-1.探测光纤接头；7-3.照明光纤；7-3-1.金属外壳；7-3-2.耦合透镜压圈；7-3-3.耦合透镜；8.测量按键；9.显示屏；10.电源开关；11.充电电池；12.充电接口；13.猕猴桃。

附图说明

图1是便携式猕猴桃糖度无损检测装置正视图；

图2是便携式猕猴桃糖度无损检测装置左视图；

图3是便携式猕猴桃糖度无损检测装置右视图；

图4是便携式猕猴桃糖度无损检测装置内部结构图；

图5是便携式猕猴桃糖度无损检测装置探头模块正视图；

图6是探头结构图；

图7是照明光纤的光源端结构图；

图8是探头工作原理图；

图9是便携式猕猴桃糖度无损检测装置的电路图；

图10是便携式猕猴桃糖度无损检测装置获取的猕猴桃可见/近红外光谱图。

具体实施方式

下面结合一个优选实施例和附图对本实用新型作进一步说明：

如图4所示，便携式猕猴桃糖度无损检测装置包括：外壳1、主控模块2、风扇3、光源模块4、隔热挡板5、光谱检测模块6、探头模块7、测量按键8、显示屏9、电源开关10、充电电池11、充电接口12，上述主控模块2分别与上述电源开关10、上述显示屏9、上述充电电池11、上述测量按键8、上述风扇3、上述光源模块4、上述光谱检测模块6相连，上述充电接口12与上述充电电池11相连。

上述探头模块7包括探头7-1、探测光纤7-2、照明光纤7-3，上述探头7-1通过上述照明光纤7-3与上述光源模块4相连，上述探头7-1通过上述探测光纤7-2和上述光谱检测模块6相连。上述探头模块7的正视图如图5所示。上述探头7-1的结构图如图6所示。上述照明光纤7-3的光源端结构图如图7所示。

便携式猕猴桃糖度无损检测装置的电路图如图9所示。

上述主控模块2选用Raspberry Pi Zero 开发板，主控芯片为ARM11架构的博通BCM2835 芯片。该开发板提供40个GPIO接口，其中包括两组SPI接口、两个5V供电接口、一个3.3V供电接口、5个GND接口、8个普通GPIO接口。该开发板预留一个Micro-USB数据接口。该开发板所需工作电压为5V。该开发板操作系统为基于Linux内核的Raspbian操作系统，程序开发语言为Python。

上述风扇3选用JMC 3010-5LS DC 5V微型轴流风扇。

上述光源模块4选用微型卤钨灯泡，额定电压5V，额定电流1.2A，可发出全光谱波长范围的光。该光源模块4通过继电器与上述主控模块2连接，该继电器的通断由上述主控模块2控制。

上述隔热挡板5选用具有良好隔热效果的气凝胶板，厚度为10mm。

上述光谱检测模块6选用Ocean Optics STS模块，配合全光谱波段的上述光源模块4可获得600-1100nm的光谱数据，光谱检测范围涉及可见/近红外波段。采样点数为1024，有助于提高检测精度。该模块工作温度：0~50℃，光纤接头为SMA905接头，数据及供电接口为Micro-USB接口，该模块通过Micro-USB数据线与上述主控模块2连接。

上述测量按键8选用轻触开关，与一个0.1uF电容并联后与上述主控模块2连接，实现硬件消除按键抖动。

上述显示屏9选用1.3英寸OLED 12864显示屏，该显示屏9具有体积小巧，自身发光，显示内容清晰的特点，既能在强光直射下使用，也能在夜晚光线不足情况下使用。该显示屏9通过上述主控模块2中的SPI接口与上述主控模块2连接。

上述电源开关10选用自锁开关。

上述充电电池11选用18650型锂离子充电电池。

上述充电接口12选用Micro-USB接口。

上述探测光纤7-2是一根石英光纤，该探测光纤7-2的探头端外侧包有金属内筒7-1-2，该金属内筒7-1-2中由聚光透镜压圈7-1-3固定有聚光透镜7-1-4，上述聚光透镜压圈7-1-3内圆直径为3mm，上述聚光透镜7-1-4的焦点位于上述探测光纤7-2的探头端端面上，上述探测光纤7-2的另一端通过探测光纤接头7-2-1与上述光谱检测模块6连接，该探测光纤接头7-2-1选用SMA905光纤接头，与上述光谱检测模块6的接头相匹配。

上述照明光纤7-3由石英光纤集束组成，该照明光纤7-3的探头端呈环形排列于上述金属内筒7-1-2外侧且外层包有金属外筒7-1-1，上述金属内筒7-1-2端面高于上述金属外筒7-1-1端面0.5mm，上述照明光纤7-3的探头端环形的内、外圆直径之差为4mm，上述照明光纤7-3的探头端环形的内圆直径与上述聚光透镜压圈7-1-3内圆直径之差为4mm。上述照明光纤7-3的光源端紧密排列成柱状，外侧包有金属外壳7-3-1，该金属外壳7-3-1由耦合透镜压圈7-3-2固定有耦合透镜7-3-3，该耦合透镜7-3-3的中心线与上述照明光纤7-3的光源端中心线重合，上述照明光纤7-3通过金属外壳7-3-1与上述光源模块4连接。

上述外壳1上设有通风孔1-1，上述光源模块4与上述光谱检测模块6之间设有上述隔热挡板5，上述光源模块4后端设有上述风扇3，该风扇3与上述主控模块2相连，上述通风孔1-1位置与上述外壳1内部的上述风扇3和上述光源模块4的位置相对应，上述风扇3将上述光源模块4产生的热量经上述通风孔1-1带到上述外壳1外部。上述光谱检测模块6位于上述外壳1内部的前端，远离上述光源模块4和上述主控模块2。

上述外壳1的外形类似手枪形状。上述探头模块7除上述探头7-1的前端位于上述外壳1外部，其他部分均位于上述外壳1内部；上述探头7-1位于上述外壳1内部的最前端，该探头7-1的位置类似于手枪枪管位置。上述探头7-1前端伸出长度为1cm。上述外壳1的握柄具有流线型外形，其内部固定有上述充电电池11，握柄下端固定有上述充电接口12，在靠近人手握持上述握柄时的食指第一关节处固定有上述测量按键8，该测量按键8的位置类似于手枪扳机的位置。上述显示屏9位于上述外壳1后端，该显示屏9位置类似于手枪击锤的位置，其位置靠近使用者，且直接面向使用者。上述电源开关10位于上述外壳1最后端，与上述显示屏9相邻且位于上述显示屏下方。上述外壳1上方部位的内部从左至右分别固定有上述电源开关10、上述显示屏9、上述主控模块2、上述风扇3、上述光源模块4、上述隔热挡板5、上述光谱检测模块6、上述探头模块7。

测量时，将上述探头7-1紧贴被测猕猴桃，上述光源模块4发出的光通过上述照明光纤7-3穿过猕猴桃果皮射入猕猴桃内部，发生漫透射，漫透射光穿过猕猴桃果皮由上述探测光纤7-2传导至上述光谱检测模块6，上述主控模块2控制上述光谱检测模块6获得光谱数据。图8为上述探头7-1的工作原理图。图10为利用便携式猕猴桃糖度无损检测装置获取的20个“徐香”猕猴桃的可见/近红外光谱图，从图上可以看出该装置获得的可见/近红外光谱曲线分布均匀，变化趋势相似，能够完成猕猴桃可见/近红外光谱数据采集工作。

上述主控模块2将获取的数据处理后得到该猕猴桃糖度值并显示在上述显示屏9上。

为了完成猕猴桃糖度检测的功能，还需要建立基于可见/近红外光谱的猕猴桃糖度检测模型，建模方法较多，这里以其中一种加以说明：

1.获取建模数据：

采集“华优”、“徐香”、“西选”三个品种的猕猴桃样品各40个，共120个，每周每个品种各选取10个，共30个，每个猕猴桃选取两个测量点，测量点位于猕猴桃赤道部位，扫描可见/近红外光谱并测量糖度，总共获得240个测量点的可见/近红外光谱数据和糖度数据。糖度测量使用ATAGO PR-101α糖度计测量。上述数据采集方法能够增加糖度数据分布范围，有利于提高模型预测效果。

2.建立糖度预测模型：

在计算机中，利用MATLAB软件，样本划分方法使用随机样本划分方法（RS），按照3:1的比例将建模数据分为训练集和预测集，使用偏最小二乘法（PLS）建立猕猴桃糖度预测模型。

3.导入模型：

利用偏最小二乘法（PLS）获得的糖度预测模型可以表示为：

y=Xβ+ε

其中：X为输入数据矩阵，β为系数矩阵，ε为残差矩阵，y为糖度值。在计算机中，利用Python编程语言实现上述公式并嵌入到上述主控模块2中即可完成导入工作。上述光谱检测模块6获得的光谱数据作为输入数据矩阵X，将其输入到上述主控模块2的中，运算后可得到y，即猕猴桃糖度值，并显示在上述显示屏9上。

使用方法：

1.按下电源开关10；

2.将探头7-1紧贴在被测猕猴桃样品上，测量点位置选择为猕猴桃赤道部位；

3.点按测量按键8，并等待光谱测量完成，等待时间约为2s；

4.显示屏9上显示出被测猕猴桃样品的糖度值。

以上实施例仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.便携式猕猴桃糖度无损检测装置，其特征在于：包括外壳（1）、主控模块（2）、光源模块（4）、光谱检测模块（6）、探头模块（7）、测量按键（8）、显示屏（9）、电源开关（10）、充电电池（11）、充电接口（12）；

所述主控模块（2）分别与所述电源开关（10）、所述显示屏（9）、所述充电电池（11）、所述测量按键（8）、所述光源模块（4）、所述光谱检测模块（6）相连，所述充电接口（12）与所述充电电池（11）相连；

所述光谱检测模块（6）获取的光谱是可见/近红外光谱；

所述探头模块（7）包括探头（7-1）、探测光纤（7-2）、照明光纤（7-3），所述探头（7-1）通过所述照明光纤（7-3）与所述光源模块（4）相连，所述探头（7-1）通过所述探测光纤（7-2）和所述光谱检测模块（6）相连；

所述探测光纤（7-2）是石英光纤，所述探测光纤（7-2）的探头端外侧包有金属内筒（7-1-2），所述金属内筒（7-1-2）中由聚光透镜压圈（7-1-3）固定有聚光透镜（7-1-4），所述聚光透镜（7-1-4）的焦点位于所述探测光纤（7-2）的探头端端面上，所述探测光纤（7-2）的另一端通过探测光纤接头（7-2-1）与所述光谱检测模块（6）连接；

所述照明光纤（7-3）由石英光纤集束组成，所述照明光纤（7-3）的探头端呈环形排列于所述金属内筒（7-1-2）外侧且外层包有金属外筒（7-1-1），所述金属内筒（7-1-2）端面高于所述金属外筒（7-1-1）端面，所述照明光纤（7-3）的光源端紧密排列成柱状，外侧包有金属外壳（7-3-1），所述金属外壳（7-3-1）中由耦合透镜压圈（7-3-2）固定有耦合透镜（7-3-3），所述耦合透镜（7-3-3）的中心线与所述照明光纤（7-3）的光源端中心线重合，所述照明光纤（7-3）通过所述金属外壳（7-3-1）与所述光源模块（4）连接；

所述光源模块（4）与所述光谱检测模块（6）之间设有隔热挡板（5），所述光源模块（4）后端设有风扇（3），所述外壳（1）上设有通风孔（1-1）。

2.根据权利要求1所述的便携式猕猴桃糖度无损检测装置，其特征在于：所述外壳（1）的外形类似手枪形状，所述外壳（1）具有流线型外形的握柄，所述握柄内部固定有所述充电电池（11），所述握柄下端固定有所述充电接口（12），在靠近人手握持所述握柄时的食指第一关节处固定有所述测量按键（8），所述测量按键（8）的位置类似于手枪扳机的位置，所述显示屏（9）位于所述外壳（1）后端且直接面向使用者，所述显示屏（9）的位置类似于手枪击锤的位置，所述外壳（1）上方部位的内部固定有所述电源开关（10）、所述显示屏（9）、所述主控模块（2）、所述风扇（3）、所述光源模块（4）、所述隔热挡板（5）、所述光谱检测模块（6）、所述探头模块（7）。

3.根据权利要求1所述的便携式猕猴桃糖度无损检测装置，其特征在于：所述探头模块（7）中，除所述探头（7-1）的前端位于所述外壳（1）外部，其他部分均位于所述外壳（1）内部，所述探头（7-1）位于所述外壳（1）内部的最前端，所述探头（7-1）的位置类似于手枪枪管位置。

4.根据权利要求1所述的便携式猕猴桃糖度无损检测装置，其特征在于：所述光谱检测模块（6）位于所述外壳（1）内部的前端，远离所述光源模块（4）和所述主控模块（2）。

5.根据权利要求1所述的便携式猕猴桃糖度无损检测装置，其特征在于：所述风扇（3）与所述主控模块（2）相连。