CN207798673U - 用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农产品检测技术领域，公开了一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其包括主机、光源控制器及与其光源光纤探头、光谱仪及与其光谱仪光纤探头、暗箱箱体以及设在箱体内的固定单元和切片单元，固定单元包括设在箱体中部的样本平台，样本平台上设有切割挡板，切割挡板与样本平台之间设有开口，固定单元还包括压紧件；切片单元包括刀具和位移驱动机构，位移驱动机构能够驱动刀具在竖直、水平方向上移动并穿过开口；光源光纤探头和光谱仪光纤探头中分别固定在样本平台的下方和下方，样本平台上设有通孔，且光源光纤探头、光谱仪光纤探头和通孔位于一竖直线上。该装置能够有效检测近全透射光例如近红外光在农产品中的探测距离。

Description

用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统

技术领域

本实用新型涉及农产品检测技术领域，特别是涉及一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统。

背景技术

近年来，随着人们生活品质的提高，越来越多的人更加关注农产品质量和安全问题。光传感技术是目前最为有效和成熟的农产品质量安全无损检测评估技术之一，尤其是近红外光谱技术应用更加广泛。然而，为了基于近红外光谱构建稳健有效的农产品内部质量安全预测评估模型，在保证光源有效寿命的前提下必须确保近红外光在农产品内部组织中有足够的探测距离至关重要。目前还没有一种装置可以自动有效地用于近红外光在农产品内部探测距离的测定。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的一个目的是提供一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，以有效检测近全透射光例如近红外光在农产品中的探测距离。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其包括主机、光源控制器以及与该光源控制器连接的光源光纤探头、光谱仪以及与该光谱仪连接的光谱仪光纤探头、暗箱箱体以及设置在所述暗箱箱体内的固定单元和切片单元，所述固定单元包括设置在暗箱箱体中部用于放置待测样本的样本平台，所述样本平台上方设置有切割挡板，所述切割挡板与所述样本平台之间设置有开口，所述固定单元还包括用于压靠在所述待测样本上方的压紧件；所述切片单元包括刀具以及与该刀具连接的位移驱动机构，所述位移驱动机构能够驱动所述刀具分别在竖直方向和水平方向上移动并穿过所述开口；所述光源光纤探头和所述光谱仪光纤探头中的一个固定在所述样本平台的下方，另一个与升降机构连接，所述样本平台上设置有通孔，且所述光源光纤探头、所述光谱仪光纤探头和所述通孔位于一条竖直线上；所述主机内设置有分别与所述位移驱动机构和所述升降机构连接的位移控制模块，以及与光谱仪连接的光谱采集模块。

其中，所述切割挡板的下端两侧均设置有L形固定脚，所述L形固定脚包括水平部和与所述切割挡板连接的竖直部，所述水平部上设置有与所述样本平台连接的长形固定孔，所述长形固定孔的长度方向平行于所述刀具的水平移动方向。

其中，所述切割挡板上还设置有与所述切割挡板上下滑动连接的滑动挡板，以及将所述滑动挡板与所述切割挡板锁死的锁止机构。

其中，所述位移驱动机构包括固定在所述暗箱箱体底板上的竖直位移驱动机构，以及与该竖直位移驱动机构连接的水平位移驱动机构，所述刀具与水平位移驱动机构连接。

其中，还包括两个支撑架，所述光源光纤探头和所述压紧件与一个所述支撑架连接，该支撑架与所述升降机构连接；所述光谱仪光纤探头与另一个所述支撑架连接。

其中，所述支撑架包括竖直支撑杆、横向支撑杆、连接件，所述连接件包括第一连接部以及与所述第一连接部螺纹连接的第二连接部，所述第一连接部的自由端设置有供所述竖直支撑杆穿过的第一通孔，所述第二连接部的自由端设置有供所述水平支撑杆穿过的第二通孔；所述支撑架还包括设置在所述连接件的两端部上分别与所述第一通孔或第二通孔连通的螺纹孔以及与该螺纹孔配合的紧固螺栓；所述水平支撑杆远离所述连接件的一端设置有夹持组件。

其中，所述压紧件为筒状结构，所述筒状结构设置有内螺纹，所述光源光纤探头设置有与所述筒状结构上的内螺纹配合的外螺纹，所述光源光纤探头位于所述筒状结构内部。

其中，所述通孔的下方设置有套筒，所述套筒的轴线与所述通孔的轴线共线，所述光谱仪光纤探头位于所述套筒内。

其中，所述刀具包括水平切割部以及与所述水平切割部远离所述切割挡板的一端连接的下凸出部。

其中，所述暗箱箱体上仅设有一个走线孔，所述光谱仪、所述位移驱动机构、所述升降机构、所述光源光纤探头的数据线均通过该走线孔引出。

(三)有益效果

本实用新型所提供的一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统可以自动实现对待测样本进行精确的切片，同时，在切片的过程中待测样本不同厚度下的全透射光光谱信号可以实时被光谱采集模块获取，通过观察采集采集模块所显示的光谱信号可以非常方便地获知全透射光在待测样品中探测距离以及哪个区域的光谱段能更有效地穿透待分析样品，从而有助于构建更加稳健、准确的样品质量安全光谱分析模型。

附图说明

图1为根据本实用新型的一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统的结构示意图。

图2是图1中的暗箱箱体内部的结构示意图；

图3是图2中的暗箱箱体内部从另一个角度看到的结构示意图；

图4为图2中的支撑架的结构示意图；

图5为图1中的一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统的工作示意图1；

图6为图1中的一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统的工作示意图2；

图7为图1中的一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统的工作示意图3；

图8为图1中的一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统的工作示意图4。

图中，1：暗箱箱体；2：光源控制器；3：主机；4：光强调节按钮；5：走线孔；6：样本平台；7：升降驱动器；8：水平位移驱动器；9：竖直位移驱动器；10：竖直位移连接件；11：升降连接件；12：水平位移连接件；13：光谱仪；14：光谱仪光纤探头；15：光源光纤探头；16：切割挡板；17：待测样本；18：压紧件；19：第一支撑架；20：第二支撑架；21：收料槽；22：支撑架固定件；23：套筒；24：刀具；25：第一L形固定板；26：第二L形固定板；27：第三L形固定板；28：滑动挡板；29：长形孔；30：切割挡板固定孔；31：L形固定脚；32：竖直支撑杆；33：水平支撑杆；34：连接件；35：夹持组件；36：螺纹孔；37：样本切片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1至图4示出了根据本实用新型的一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统的一个优选实施例。如图所示，该测量分析系统包括主机3、光源控制器2以及与该光源控制器2连接的光源光纤探头15、光谱仪13以及与该光谱仪13连接的光谱仪光纤探头14、暗箱箱体1以及设置在暗箱箱体1内的固定单元和切片单元，其中固定单元包括设置在暗箱箱体1中部用于放置待测样本17的样本平台6，样本平台6上方设置有切割挡板16，切割挡板16与样本平台6之间设置有开口，切割挡板16的作用是在待测样本7被刀具24切割时能够顶紧样本；固定单元还包括用于压靠在待测样本17上方的压紧件18；切片单元包括刀具24以及分别与该刀具24连接的位移驱动机构，该位移驱动机构能够驱动刀具24分别在竖直方向和水平方向上移动并能够穿过开口，即该开口的长度和高度分别大于刀具24的宽度和高度，以便刀具24能够通过该开口，顺利完成切割任务。光谱仪光纤探头14固定在样本平台6的下方，光源光纤探头15和升降机构连接，以通过升降机构压靠在待测样本17上，样本平台6上设置有通孔，光源光纤探头15、光谱仪光纤探头14和通孔位于一条竖直线上；主机3内设置有分别与位移驱动机构和升降机构连接的位移控制模块，以控制刀具24的水平位移和竖直位移以及光源光纤探头15的竖直位移，该主机3内还设置有与光谱仪13连接的光谱采集模块，用于实时采集待测样本17的透射光光谱数据。

具体地，切割挡板16位于待测样本17正后方并紧贴待测样本17以方便刀具24对待测样本17的切片。优选地，切割挡板16的下端两侧均设置有L形固定脚31，该L形固定脚31包括水平部和与切割挡板16连接的竖直部，水平部上设置有与样本平台6连接的长形固定孔，长形固定孔的长度方向平行于刀具24的水平移动方向，该测量装置通过L形固定脚31上的长形固定孔可以调整切割挡板16在样本平台6上的前后距离，以适应不同大小的待测样本17。此外，切割挡板16上还设置有能够相对切割挡板16上下滑动连接的滑动挡板28，以及将滑动挡板28与切割挡板16锁死的锁止机构。具体地，在切割挡板16的下端两侧均设置有长形孔30，滑动挡板28的两侧开有与长形孔30对应的滑动挡板固定孔29，切割挡板16和滑动挡板28通过穿过长形孔30和滑动挡板固定孔29的螺栓连接，并且将螺栓松开时，滑动挡板28可以相对切割挡板16上下滑动以便控制切割挡板16下部开口大小进而适应待测样本17不同的切片厚度。

位移驱动机构包括固定在暗箱箱体1底板上的竖直位移驱动机构，以及与该竖直位移驱动单元连接的水平位移驱动机构，刀具24与水平位移驱动单元连接。具体地，竖直位移驱动单元包括固定在暗箱箱体底板上第二L形固定板26，与该第二L形固定板26连接的竖直位移驱动器9以及竖直位移连接件10，其中竖直位移连接件10在竖直位移驱动器9的驱动下能够竖直运动；水平位移驱动机构包括与竖直位移连接件10连接的第一L形固定板25、与该第一L形固定板25连接的水平位移驱动器8以及水平位移连接件12，该水平位移连接件12与刀具24连接，其中水平位移连接件12在水平位移驱动器8的驱动下能够水平运动，从而带动刀具24在水平方向运动，此外，由于第一L形连接板25与竖直位移连接件10连接，当竖直位移连接件10在竖直位移驱动器9的驱动下竖直运动时，可以带动刀具24在竖直方向运动。

升降机构包括固定在暗箱箱体1底板上的第三L形固定板27，与该第三L形固定板27连接的升降驱动器7以及升降连接件11，该升降连接件11与光源光纤探头15连接，其中升降连接件10在升降驱动器7的驱动下能够竖直运动，从而带动光源光纤探头15竖直运动，以便压靠在待测样本17的顶部。

需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本实用新型的一些其它实施例中，也可以将光源光纤探头15固定在样本平台6的下方，光谱仪光纤探头14和升降机构连接，以通过升降机构压靠在待测样本17的顶部。

进一步地，该测量系统还包括两个支撑架：第一支撑架19和第二支撑架20，光谱仪光纤探头14与第一支撑架19连接；光源光纤探头15和压紧件18与第二支撑架20连接，该第二支撑架20通过支撑架连接件22与升降机构的升降连接件11连接。具体地，如图4所示，每个支撑架均包括竖直支撑杆32、水平支撑杆33、连接件34，其中，连接件34包括第一连接部以及与第一连接部螺纹连接的第二连接部，第一连接部的自由端设置有供竖直支撑杆32穿过的第一通孔，第二连接部的自由端设置有供水平支撑杆33穿过的第二通孔；该支撑架还包括设置在连接件34的两端部上分别与第一通孔或第二通孔连通的螺纹孔36以及与该螺纹孔36配合用于将竖直支撑杆32或水平支撑杆33紧固的紧固螺栓。此外，水平支撑杆33远离连接件34的一端设置有夹持组件35。在该实施例中，夹紧组件35包括与水平支撑杆33连接的第一夹持板、第二夹持板以及与第一夹持板连接的杆，第二夹持板上设置有供杆穿过的通孔，此外，在第二夹持板上还设置有螺纹孔以及与该螺纹孔配合的紧固螺栓，用于将放置于第一夹持板和第二夹持板之间的光谱仪光纤探头14或压紧件18紧固。该测量装置通过支撑架各组成部分的配合可实现压紧件18和光谱仪光纤探头14在垂直方向、横向和旋转角度的灵活调整以满足针对不同样本、不同‘测距’的测量要求。

优选地，压紧件18为筒状结构，筒状结构设置有内螺纹，光源光纤探头15设置有与筒状结构上的内螺纹配合的外螺纹，光源光纤探头15位于筒状结构内部。该测量系统通过将光源光纤探头15采用螺纹连接安装于压紧件18内部，以便于可以灵活设定光源光纤探头15与压紧件18的相对位置，从而更好地适应不同类型的待测样本17的近红外探测距离的测定，比如水果样本其表面为弧形，此时就不能让光源光纤探头15的顶面和压紧件18顶面为同一水平面。

此外，需要说明的的是，本领域的技术人员应当理解，在本实用新型的一些其它实施例中，也可以将光源光纤探头15通过支撑架的夹持组件进行固定。

进一步地，样本平台6上的通孔的下方设置有套筒23，其中套筒23的轴线与通孔的轴线共线，光谱仪光纤探头14位于套筒23内。以便有效地避免可能存在的杂散光对近红外光谱采集的影响，从而有助于获得信噪比更高的光谱数据。

主机3中设置有分别与位移驱动机构和升降机构连接的位移控制模块，用于控制刀具24的移动距离以及压紧件的移动距离，该主机3中还设置有与光谱仪连接的光谱采集模块，用于自动实时采集待测样本17的透射光光谱数据，通过位移控制模块可以实现对待测样本17进行精确切片，同时，在切片的过程中待测样本17不同厚度下的漫反射光谱信号可以通过光谱采集模块获取，用于漫反射光在待测农产品中辐射深度的准确分析。

进一步地，优选刀具24包括水平切割部以及与水平切割部远离切割挡板16的一端连接的下凸出部，以使得刀具24切割下来的样本切片37在该下凸出部的推动下向前移动。

为了避免外界光对有效光谱采集的干扰，优选暗箱箱体1上仅设有一个走线孔5，暗箱箱体1内部的光谱仪13、位移驱动机构和升降机构的数据线均通过该走线孔5与外侧的主机3连接，光源光纤探头15的数据线也通过该走线孔5与光源控制器2连接。

此外，该测量装置还包括固定在暗箱箱体1底板之上的收料槽21，该收料槽21位于切割挡板16的后部，用于收集待测样本17被切割后的样本切片37。

使用时，首先调整光源光纤探头15和光谱仪光纤探头14在同一条竖直线上，待分析样本17放在样本平台6上并位于光源光纤探头15和光谱仪光纤探头14之间，进一步调整第一支撑架19使光谱仪光纤探头14顶端贴近待分析样本17，调整第二支撑架20使光源光纤探头15底端贴近待分析样本17，且压紧件18压紧待测样本17，调整切割挡板16位置使其顶紧待测样本17，调整刀具24以确定待测样本17每次被切片的厚度，调整切割挡板16下侧开口大小以方便刀具24能够顺利通过完成对待测样本17的切割，调节光源控制器2的光强调节按钮4以选定合适强度的分析光源。

调整完毕，关上暗箱箱体1的门，使箱体内部形成一个暗室，尽量避免外部杂散光对有效光谱信号的干扰，随后，在主机3上开启光谱采集模块和位移控制模块，并设定好光谱采集参数及刀具、光源光纤探头15、压紧件的位移参数。在此以一次切片和光谱采集为例进行说明。首先在位移控制模块的控制下使水平位移驱动器8带动刀具24沿着A方向运动并切割待测样本17，待测样本17被完全切穿，刀具24继续沿着切割方向A运动，刀具24下方的样本切片37在刀具24的下凸出部的推动下向前移动(如图6所示)，直到样本切片37通过自身重力G掉入收料槽21内(如图7所示)，此时刀具24在水平位移驱动器8的控制下自动回到初始位置。如图8所示，当刀具24回到初始位置时，待测样本17由于样本切片37的移除也将自动下落，继续贴在样本平台6上，此时，升降驱动机构7在位移控制模块的控制下使光源光纤探头15和压紧件18下降与样本切片37相同厚度的距离(该下降距离在控制软件中预先设定好)，随后，光谱采集模块自动采集光谱数据获得第一条光谱数据曲线。

需要说明的是，由于原始样本较厚，光并不能直接穿透待测样本17，所以光谱曲线上所有数据均为0。随着第二次、第三次等切割的自动进行，直到某次光谱采集发现光谱曲线上有非零值，则表明在样本中光的边界被破坏，也就是说光穿透了样本，此时的待测样本17的厚度即为光在待测样本17中的有效穿透深度，同时，进一步的切割及光谱采集还可以继续精细分析某一厚度下哪些光谱段的光能够有效地穿透。

如上所述，整个光在待测样本17中探测距离的测定中仅仅在主机3上简单设定好光谱采集参数和刀具24的移动参数，系统便可以自动完成样本切片及光谱数据的采集，整个过程自动完成，简洁方便、测试分析速度快、精度高。

本实用新型特别适合研究光在一些农产品如苹果、梨、土豆、洋葱等中探测距离的测定，并基于研究结果构建更为稳健的农产品质量安全评估模型以及开发更为有效的检测设备。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，包括主机、光源控制器以及与该光源控制器连接的光源光纤探头、光谱仪以及与该光谱仪连接的光谱仪光纤探头、暗箱箱体以及设置在所述暗箱箱体内的固定单元和切片单元，所述固定单元包括设置在暗箱箱体中部用于放置待测样本的样本平台，所述样本平台上方设置有切割挡板，所述切割挡板与所述样本平台之间设置有开口，所述固定单元还包括用于压靠在所述待测样本上方的压紧件；所述切片单元包括刀具以及与该刀具连接的位移驱动机构，所述位移驱动机构能够驱动所述刀具分别在竖直方向和水平方向上移动并穿过所述开口；所述光源光纤探头和所述光谱仪光纤探头中的一个固定在所述样本平台的下方，另一个与升降机构连接，所述样本平台上设置有通孔，且所述光源光纤探头、所述光谱仪光纤探头和所述通孔位于一条竖直线上；所述主机内设置有分别与所述位移驱动机构和所述升降机构连接的位移控制模块，以及与光谱仪连接的光谱采集模块。

2.如权利要求1所述的用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，所述切割挡板的下端两侧均设置有L形固定脚，所述L形固定脚包括水平部和与所述切割挡板连接的竖直部，所述水平部上设置有与所述样本平台连接的长形固定孔，所述长形固定孔的长度方向平行于所述刀具的水平移动方向。

3.如权利要求2所述的用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，所述切割挡板上还设置有与所述切割挡板上下滑动连接的滑动挡板，以及将所述滑动挡板与所述切割挡板锁死的锁止机构。

4.如权利要求1所述的用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，所述位移驱动机构包括固定在所述暗箱箱体底板上的竖直位移驱动机构，以及与该竖直位移驱动机构连接的水平位移驱动机构，所述刀具与水平位移驱动机构连接。

5.如权利要求1所述的用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，还包括两个支撑架，所述光源光纤探头和所述压紧件与一个所述支撑架连接，该支撑架与所述升降机构连接；所述光谱仪光纤探头与另一个所述支撑架连接。

6.如权利要求5所述的用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，所述支撑架包括竖直支撑杆、横向支撑杆、连接件，所述连接件包括第一连接部以及与所述第一连接部螺纹连接的第二连接部，所述第一连接部的自由端设置有供所述竖直支撑杆穿过的第一通孔，所述第二连接部的自由端设置有供所述水平支撑杆穿过的第二通孔；所述支撑架还包括设置在所述连接件的两端部上分别与所述第一通孔或第二通孔连通的螺纹孔以及与该螺纹孔配合的紧固螺栓；所述水平支撑杆远离所述连接件的一端设置有夹持组件。

7.如权利要求5所述的用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，所述压紧件为筒状结构，所述筒状结构设置有内螺纹，所述光源光纤探头设置有与所述筒状结构上的内螺纹配合的外螺纹，所述光源光纤探头位于所述筒状结构内部。

8.如权利要求5所述的用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，所述通孔的下方设置有套筒，所述套筒的轴线与所述通孔的轴线共线，所述光谱仪光纤探头位于所述套筒内。

9.如权利要求1-8中任一项所述的用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，所述刀具包括水平切割部以及与所述水平切割部远离所述切割挡板的一端连接的下凸出部。

10.如权利要求1-8中任一项所述的用于全透射光在农产品中探测距离的测量系统，其特征在于，所述暗箱箱体上仅设有一个走线孔，所述光谱仪、所述位移驱动机构、所述升降机构、所述光源光纤探头的数据线均通过该走线孔引出。