CN207675640U - 一种农产品营养品质检测光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种农产品营养品质检测光谱仪，其包括：光源，用于发射近红外光，照射农产品表面；线性可调谐滤光片分光装置，其用于对照射到农产品并反射回来的近红外光进行分光处理，获得单色光；光谱采集装置，用于将单色光信号转换为电信号；处理器，根据所述电信号和预存储的农产品营养品质预测模型，获得农产品的营养品质测量值。本实用新型采用线性可调谐滤光片进行分光，具有体积小、便携等优点，适合现场、野外等应用场合。
Description
技术领域
本实用新型属于光电技术领域，更具体而言涉及一种农产品营养品质检测光谱仪，尤其用于农产品营养品质检测。
背景技术
农产品的营养品质是进行食材选购、农产品深加工的基础，目前常用的检测方法包括凯氏定氮法、索氏提取法、紫外可见分光光度法、气相色谱法、液相色谱法等，这些方法通常需要进行繁琐的前处理，因此主要用于实验室精确测定，难以用于收购、流通监测等需要进行现场检测的场合。
随着光电技术的发展，近红外光谱技术在农产品检测中得到了广泛应用，比如水果糖度的测定、小麦蛋白质含量的测定，也成功研发了系列农产品检测光谱仪。目前市场流行的近红外光谱仪器按波段数可分为固定波长测量技术和全谱区测量技术，按照分光方式不同可分为光栅分光、傅里叶变换分光、声光可调滤光器分光(AOTF)。固定波长的仪器光学系统简单、成本较低，但测量参数有限，主要用于开发专用的光谱测量系统，如日本SPAD-502叶绿素仪，而目前常用的全谱区测量光谱仪大多光学系统复杂、成本较高，有些还存在移动部件，不适合在现场、移动场合进行测量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于农产品营养品质检测的农产品营养品质检测光谱仪，能够实现农产品营养品质的现场快速检测。
本实用新型的技术方案如下：
一种农产品营养品质检测光谱仪，其包括：
光源，用于发射近红外光，照射农产品表面；
线性可调谐滤光片分光装置，其用于对照射到农产品并漫反射回来的近红外光进行分光处理，获得单色光；
光谱采集装置，用于将单色光信号转换为电信号；
处理器，根据所述电信号和预存储的农产品营养品质预测模型，获得农产品的营养品质测量值；所述农产品营养品质预测模型包含产品营养品质数据，该产品营养品质数据包含电信号参考值和各电信号参考值对应的营养品质标准参考值。
优选地，所述光源包括卤钨灯灯泡、透镜和电源控制电路，所述电源控制电路用于控制卤钨灯灯泡发射近红外光并经透镜后射出。
优选地，线性可调谐滤光片分光装置包括前端光学镜头以及设置在镜头后部的线性可调谐滤光片。
优选地，所述线性可调谐滤光片的光谱范围为300-1100nm。
优选地，所述光谱采集装置包括线阵光电探测器、探测器驱动电路和A/D转换模块。
优选地，所述处理器为单片机。
优选地，所述农产品营养品质检测光谱仪还包括外壳，用于封装光源、线性可调谐滤光片分光装置、光谱采集装置和处理器。
优选地，所述外壳的内层包括涂黑层。
优选地，所述外壳为对温度不敏感材料。
本实用新型采用线性可调谐滤光片进行分光，具有体积小、便携等优点，适合现场、野外等应用场合。进一步的，由于内嵌有农产品品质预测模型，可实时给出预测值，实现傻瓜式操作，利于光谱仪用户的使用，降低了使用门槛。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本实用新型所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出本实用新型一实施例中农产品营养品质检测光谱仪的整体结构示意图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。
图1示意性示出本实用新型的一种农产品营养品质检测光谱仪的整体结构示意图。
如图1所示，该农产品营养品质检测光谱仪包括：光源100、线性可调谐滤光片分光装置120、光谱采集装置140以及控制器160。
光源100用于发射近红外光，来照射农产品表面，形成漫反射光。在本实用新型一实施例中，光源100可包括卤钨灯灯泡、电源控制电路和透镜。电源控制电路用于控制卤钨灯灯泡的发光，卤钨灯灯泡发射的近红外光经透镜后变为平行光射出。
线性可调谐滤光片分光装置120用于对照射到农产品并漫反射回来的近红外光进行分光处理，获得单色光。在本实用新型一实施例中，线性可调谐滤光片分光装置120可包括前端光学镜头和设置在光学镜头后部的线性可调谐滤光片。线性可调谐滤光片的光谱范围优选在300-1100nm内选择。作为示例，光学镜头可通过CS接口与线性可调谐滤光片连接，光学镜头可将从农产品表面反射回来的漫反射光转换为平行光。线性可调谐滤光片是核心分光器件，例如可选用JDSU公司生产的600-1100nm范围内的线性可调谐滤光片(但并不限于此)，它通过在基板上镀不同透射率的膜层，再通过这些膜层透射出不同带宽的单色光。
光谱采集装置140用于将单色光信号转换为电信号。在本实用新型一实施例中，光谱采集装置140可包括光电探测器、探测器驱动电路和A/D转换模块。光电探测器优选为线阵光电探测器，线阵光电探测器可采用CMOS或CCD探测器，作为示例可为HAMAMATSU公司生产的S8377-256Q线阵光电探测器，它具有256个像元，但本实用新型并不限于此。可采用驱动电路C9001作为线阵光电探测器的驱动电路单元，可提供CLK和ST信号，从而驱动光电探测器工作。A/D转换模块可将探测器信号转换为数字光强值。优选地，A/D转换模块具有32位转换精度。
控制器160用于对农产品营养品质检测光谱仪的各个部件(如光源100、线性可调谐滤光片分光装置120、光谱采集装置140)进行总体控制，并利用处理器根据A/D转换模块产生的电信号和预存储的农产品营养品质预测模型，获得农产品的营养品质测量值。处理器例如为单片机(如32位高速单片机，但并不限于此)，其可集成在控制器(如CPU)中，也可以与控制器分开设置。处理器中可存储有不同农产品营养品质的预测模型，该预测模型中包含产品营养品质数据，该产品营养品质数据例如包含电信号参考值和各电信号参考值对应的营养品质标准参考值，如苹果糖度、可溶性固形物含量等。
所述农产品营养品质的预测模型，通过采集一定数量的建模样品，然后利用本实用新型所述的农产品营养品质检测光谱仪测量其光谱的电信号值，同时用国家标准规定的方法测定其营养品质的标准值，作为参考值，建立包含电信号参考值和各电信号参考值对应的营养品质标准参考值的定量预测模型。对于待测样品，可根据光谱采集装置140检测到的光谱电信号值和预存储的预测模型中产品营养品质数据中的用于定量预测的电信号参考值的比较，计算出所测试的农产品的营养品质测量值。
进一步地，处理器中存储的不同农产品营养品质的预测模型可以通过增加新的建模样品，从而调整模型的适应范围，实现模型的更新。优选的，农产品营养品质检测光谱仪可包括无线传输模块，来远程更新预测模型数据。
优选地，本实用新型的农产品营养品质检测光谱仪还包括电源(未示出)，电源可采用5v锂电池，为光源、光电探测器、单片机等部件供电。
优选地，本实用新型的农产品营养品质检测光谱仪还包括外壳，外壳用于封装光源、线性可调谐滤光片分光装置、A/D模块和单片机、电源等。外壳优选采用对温度不太敏感的材料，内表面做涂黑处理，以阻挡外部过多的杂散光进入仪器内。
在本实用新型一实施例中，农产品营养品质检测光谱仪或其处理器测得的数据可传输给平板电脑、智能手机等便携式终端。具体地，A/D转换模块可将探测器信号转换为数字光强值，通过OTG数据线或无线方式传输给智能手机，由智能手机实现光谱信号的实时显示、存储和分析处理。
在本实用新型的农产品营养品质检测光谱仪与智能手机连接时，也可采用智能手机平台进行光谱的采集和处理，可通过无线网络实时传输光谱曲线或测量结果，利于数据的共享或汇总分析。
综上所述，本实用新型中，是利用卤钨灯光源照射农产品表面，来形成漫反射光，且采用线性可调谐滤光片进行分光，来获取单色光。进一步的，可采用智能手机进行光谱的存储和分析处理，以形成手机光谱仪。由于光谱仪内嵌农产品品质预测模型，从而可对实时采集的光谱进行计算，给出农产品的营养品质测量值。
本实用新型的如上农产品营养品质检测光谱仪可具有以下优点：
(1)采用线性可调谐滤光片进行分光，具有体积小、便携等优点，适合现场、野外等应用场合。
(2)可采用智能手机平台进行光谱的采集和处理，可通过3G/4G网络实时传输光谱曲线或测量结果，利于数据的共享或汇总分析。
(3)进一步的，由于内嵌有农产品品质预测模型，可实时给出预测值，实现傻瓜式操作，利于光谱仪用户的使用，降低了使用门槛。
结合这里披露的本实用新型的说明和实践，本实用新型的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本实用新型的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (9)
1.一种农产品营养品质检测光谱仪，其特征在于，该农产品营养品质检测光谱仪包括：
光源，用于发射近红外光，照射农产品表面；
线性可调谐滤光片分光装置，其用于对照射到农产品并漫反射回来的近红外光进行分光处理，获得单色光；
光谱采集装置，用于将单色光信号转换为电信号；
处理器，根据所述电信号和预存储的农产品营养品质预测模型，获得农产品的营养品质测量值，所述农产品营养品质预测模型包含产品营养品质数据，该产品营养品质数据包含电信号参考值和各电信号参考值对应的营养品质标准参考值。
2.根据权利要求1所述的农产品营养品质检测光谱仪，其特征在于：
所述光源包括卤钨灯灯泡、透镜和电源控制电路，所述电源控制电路用于控制卤钨灯灯泡发射近红外光并经透镜后射出。
3.根据权利要求1所述的农产品营养品质检测光谱仪，其特征在于：
线性可调谐滤光片分光装置包括前端光学镜头以及设置在镜头后部的线性可调谐滤光片。
4.根据权利要求1所述的农产品营养品质检测光谱仪，其特征在于：
所述线性可调谐滤光片的光谱范围为300-1100nm。
5.根据权利要求1所述的农产品营养品质检测光谱仪，其特征在于：
所述光谱采集装置包括线阵光电探测器、探测器驱动电路和A/D转换模块。
6.根据权利要求1所述的农产品营养品质检测光谱仪，其特征在于：
所述处理器为单片机。
7.根据权利要求1所述的农产品营养品质检测光谱仪，其特征在于：
所述农产品营养品质检测光谱仪还包括外壳，用于封装光源、线性可调谐滤光片分光装置、光谱采集装置和处理器。
8.根据权利要求7所述的农产品营养品质检测光谱仪，其特征在于：
所述外壳的内层包括涂黑层。
9.根据权利要求7所述的农产品营养品质检测光谱仪，其特征在于：所述外壳为对温度不敏感材料。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2018
- 2018-01-18 CN CN201820086674.1U patent/CN207675640U/zh active Active
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