CN207798674U - 用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农产品检测技术领域，公开了一种用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，包括主机、光源控制器及其探头、光谱仪及与其探头、暗箱箱体以及设在其内的固定单元和切片单元，固定单元包括样本平台以及与样本平台连接的升降机构，样本平台上设有切割挡板，切割挡板与样本平台间设有开口，固定单元还包括压紧件；切片单元包括刀具及与其连接的位移驱动机构，其能够驱动刀具在竖直方向和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固定在支撑架上并位于待测样本的两侧且位于一水平线上。该系统能够快速有效地测定不同‘探距’下近红外光在农产品中的辐射深度。

Description

用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统

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漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统。

背景技术

近年来，随着人们生活质量的提高，越来越多的人更加关注农产品的内在品质，如水果内部糖酸度、柑橘内部VC含量等。光传感技术是目前最为有效和成熟的农产品内部品质快速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。漫反射是农产品内部品质评估中使用最多的光谱采集方式，大部分的农产品内部品质便携式检测光谱仪器均采用漫反射光谱采集模式，基于近红外漫反射光谱构建稳健有效的农产品内部品质评估模型必须确保近红外光在农产品内部组织中有足够的辐射深度，同时在有效辐射深度的前提下还得保证光谱仪光纤探头能够接收到高信噪比的光谱信号。目前还没有一种装置可以在漫反射模式下能够有效地测定近红外光在农产品内部的辐射深度。

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漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，其能够在漫反射光谱采集模式下，快速有效地测定不同‘探距’(光源到光谱探测器之间的距离)下近红外光在农产品中的辐射深度。

(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漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，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，所述固定单元包括用于放置待测样本的样本平台以及与该样本平台连接的升降机构，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固定在支撑架上并分别位于所述待测样本的两侧；且所述光源光纤探头和所述光谱仪光纤探头位于一条水平线上；所述主机内设置有分别与所述位移驱动机构、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，还包括固定在所述暗箱箱体底板上的游标卡尺以及固定在所述样本平台上的位移传感器，所述游标卡尺与所述位移传感器上下滑动连接，所述位移传感器通过数据线与设置在所述暗箱箱体侧板上的数字显示单元连接。

其中，所述支撑架的数量为两个，两个所述支撑架固定在所述暗箱箱体底板上并分布在所述样本平台的两侧，其中所述光源光纤探头和所述压紧件与一个所述支撑架连接，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、连接件和固定块，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，所述光源光纤探头和光谱仪光纤探头靠近所述待测样本的一端安装有橡胶密封套筒。

其中，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、所述光源光纤探头、所述位移传感器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漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统是在漫反射光谱采集模式下，能够快速有效地测定不同‘探距’下近红外光在待测样品中的辐射深度并获知在该辐射深度下光谱仪光纤探头是否可以采集到高信噪比的光谱信号，从而有助于研发高效的光谱采集模块并构建更为稳健、准确的农产品内部品质近红外光谱分析模型，进一步指导开发更为可靠的农产品内部品质快速分析设备，尤其是便携式光谱检测仪器。

附图说明

图1为根据本实用新型的一种用于漫反射光在农产品中辐射深度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中的一种用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统的工作示意图1；

图6为图1中的一种用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统的工作示意图2；

图7为图1中的一种用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统的工作示意图3；

图8为图1中的一种用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统的工作示意图4；

图9为图1中的一种用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统的工作示意图5。

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：升降台控制旋钮；7：数字显示单元；8：升降机构；9：光谱仪；10：样本平台；11：竖直位移驱动机构；12：水平位移驱动机构；13：水平位移连接件；14：刀具；15：竖直位移连接件；16：第一L形固定板；17：第二L形固定板；18：待测农产品；19：压紧件；20：光谱仪光纤探头；21：切割挡板；22：长形孔；23：L型固定脚；24：滑动挡板；25：滑动挡板固定孔；26：收料槽；27：游标卡尺；28：位移传感器；29：第三L形固定板；30：下凸出部；31：橡胶密封套；32：横向支撑杆；33：竖直支撑杆；34：连接件；35：夹持组件；36：光源光纤探头；37：螺纹孔；38：样本切片；39：第一支撑架；40：第二支撑架。

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漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统的一个优选实施例。如图所示，该测量系统包括主机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36、光谱仪9以及与该光谱仪9连接的光谱仪光纤探头20、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18的样本平台10，该样本平台10与升降机构8连接，样本平台10上方设置有切割挡板21，切割挡板21与样本平台10之间设置有开口，切割挡板21的作用是在待测样本18被刀具14切割时能够顶紧待测样本18；固定单元还包括用于压靠在待测样本18上方的压紧件19；切片单元包括刀具14以及与该刀具14连接的位移驱动机构，该位移驱动机构能够驱动刀具14分别在竖直方向和水平方向上移动以使得刀具14能够穿过该开口(即该开口的长度和高度分别大于刀具14的宽度和高度，以便刀具14能够通过该开口)，顺利完成切割任务。光源光纤探头36和光谱仪光纤探头20固定在支撑架上并分别位于带测样本18的两侧；且光源光纤探头36和光谱仪光纤探头20位于一条水平线上；主机3内设置有分别与位移驱动机构连接的位移控制模块，以控制刀具14的水平位移和竖直位移，该主机3内还设置有与光谱仪9连接的光谱采集模块，用于实时采集待测样本18的漫反射光光谱数据。

具体地，切割挡板21位于待测样本18正后方并紧贴待测样本18以方便刀具14对待测样本18的切片。优选地，切割挡板21的下端两侧均设置有L形固定脚23，该L形固定脚23包括水平部和与切割挡板21连接的竖直部，水平部上设置有与样本平台10连接的长形固定孔，长形固定孔的长度方向平行于刀具4的水平移动方向，该测量装置通过L形固定脚23上的长形固定孔可以调整切割挡板21在样本平台10上的前后距离，以适应不同大小的待测样本18。此外，切割挡板21上还设置有能够相对切割挡板21上下滑动连接的滑动挡板24，以及将滑动挡板24与切割挡板21锁死的锁止机构。具体地，在切割挡板21的下端两侧均设置有长形孔22，滑动挡板24的两侧开有与长形孔22对应的滑动挡板固定孔25，切割挡板21和滑动挡板24通过穿过长形孔22和滑动挡板固定孔25的螺栓连接，并且将螺栓松开时，滑动挡板24可以相对切割挡板21上下滑动以便控制切割挡板21下部开口大小进而适应待测样本18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14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17，与该第二L形固定板17连接的竖直位移驱动器11以及竖直位移连接件15，其中竖直位移连接件15在竖直位移驱动器11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15连接的第一L形固定板16、与该第一L形固定板16连接的水平位移驱动器12以及水平位移连接件13，该水平位移连接件13与刀具14连接，其中水平位移连接件13在水平位移驱动器12的驱动下能够水平运动，从而带动刀具14在水平方向运动，此外，由于第一L形连接板16与竖直位移连接件15连接，当竖直位移连接件15在竖直位移驱动器11的驱动下竖直运动时，可以带动刀具14在竖直方向运动。

进一步地，该测定分析系统还包括两个支撑架：第一支撑架39和第二支撑架40，其中光源光纤探头36和压紧件19与第一支撑架39连接；光谱仪光纤探头20与第二支撑架40连接。具体地，如图4所示，每个支撑架均包括竖直支撑杆33、横向支撑杆32和连接件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33穿过的第一通孔，第二连接部的自由端设置有供横向支撑杆32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37以及与该螺纹孔37配合用于将竖直支撑杆33或横向支撑杆32紧固的紧固螺栓。此外，横向支撑杆32远离连接件34的一端设置有夹持组件35。在该实施例中，夹持组件35包括与横向支撑杆32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，用于将位于第一夹持板和第二夹持板之间的光谱仪光纤探头20或压紧件19或光源光纤探头36紧固。该测量系统通过支撑架各组成部分的配合可实现压紧件19和光谱仪光纤探头20或光源光纤探头36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。

该测量系统还包括固定在暗箱箱体1底板上的游标卡尺27以及固定在样本平台10上的位移传感器28，该位移传感器28可以在游标卡尺27上上下滑动并实时测定所滑动的位移。具体地，位移传感器28通过第三L形固定板29固定于样本平台10上并通过数据线与暗箱箱体1外侧壁上的数字显示单元7相连，数字显示单元7实时显示位移传感器28在游标卡尺27上所滑动的位移，由于位移传感器28固定在样本平台10上，因此换言之，位移传感器28在游标卡尺27上所滑动的位移即为样本平台10的升降位移，也就是升降机构8的升降位移。此外，升降机构8的升降可通过暗箱箱体1外侧的升降台控制旋钮6进行手动控制。

光源光纤探头36和光谱仪光纤探头20靠近带测样本18的一端均安装有橡胶密封套31，检测时，该橡胶密封套31顶紧待测样本18，在不损伤样本的情况下可以避免可能存在的环境光对有效光谱采集的干扰，优选该橡胶密封套31与光源光纤探头36或光谱仪光纤探头20螺纹连接。

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，用于控制刀具的移动距离以及样本平台10的升降高度，该主机3中还设置有与光谱仪9连接的光谱采集模块，用于自动实时采集待测样本18的漫反射光光谱数据，通过位移控制模块可以实现对待测样本18进行精确切片，同时，在切片的过程中待测样本18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14包括水平切割部以及与水平切割部远离切割挡板21的一端连接的下凸出部，以使得刀具14切割下来的样本切片38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9、位移驱动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36的数据线也通过该走线孔5与光源控制器2连接，位移传感器28的数据线也通过该走线孔5与数字显示单元7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26，该收料槽26位于切割挡板21的后部，用于收集从待测样本18切割下来的样本切片38。

如下以待测样本18的一次切片及光谱采集过程为例进行详细的说明。首先将待测样本18放于样本平台10上，调整支撑架39上的压紧件19，使其牢牢压紧待测样本18，调整第一支撑架39和第二支撑架40使光源光纤探头36和光谱仪光纤探头20位于某一‘探距’L处(如图2所示)，并使探头顶部的橡胶密封套31紧贴待测样本18，调整切割挡板21的前后距离使其贴紧待测样本18，通过竖直位移驱动器11调整刀具14距离样本平台10的高度以确定待测样本18每次被切片的厚度，通过滑动挡板24调整切割挡板21下侧开口大小以方便刀具14能顺利通过该开口以完成对待测样本18的切片，调节数字显示单元7设定其当前样本平台10的初始高度为0，调节光强控制器2上的光强调节按钮4以选定合适强度的分析光源。

调整完毕后，关上暗箱箱体1的门，使暗箱箱体1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上开启光谱仪光谱采集模块和位移控制模块，并设定好光谱采集参数刀具14的位移参数以及样本平台10的升降高度参数。如图5所示，首先在位移控制模块的控制下通过水平位移驱动器12驱动水平位移连接件13水平运动，以带动刀具14沿着切割方向A运动并切割待测样本18，如图6和图7所示，待测样本18被完全切穿，刀具14继续沿着切割方向A运动，刀具14下方的样本切片38在刀具14下方的下凸出部30的推动下向前移动，直到样本切片38通过自身重力掉入收料槽26内(如图8所示)，接着刀具14在水平位移驱动器12的驱动下自动回到初始位置(如图9所示)，需要说明的是，刀具14的往返行程在位移控制模块已经预先设定好，并一直保持该往返行程。当刀具14回到初始位置时，待测样本18由于样本切片38的移除也将自动下落并置于样本平台10上，随后，竖直位移驱动机构在位移控制模块的控制下带动水平位移驱动机构上升与样本切片38相同厚度的高度，同时，手动调节升降台控制旋钮6并观察数字显示单元7使升降机构8也上升与样本切片38相同厚度的高度，此时，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。

需要注意的是，由于原始样本较厚，光并不能直接穿透待测样本18，光在待测样本18的边界没有被破坏，所以光谱曲线强度为最大强度。接着，进行第二次切片，第三次以及更多切片，直到某次光谱采集发现光谱曲线强度值有明显的下降，则表明在待测样本18中光的边界被破坏，也就是说光穿透了待测样本18，此时待测样本18所剩的厚度即为光在待测样本18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。该本实用新型所提供的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统简单方便、速度快、精度高。

本实用新型所提供的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统特别适合在漫反射光谱采集模式下研究光在一些农产品(如苹果、梨、土豆、洋葱等)中辐射深度的测定，并获知在该辐射深度下光谱仪光纤探头36是否可以采集到高信噪比的光谱信号，从而有助于研发高效的光谱采集模块并构建更为稳健、准确的农产品内部品质近红外光谱分析模型，进一步指导开发更为可靠的农产品内部品质快速分析设备，尤其是便携式光谱检测仪器。

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)

1.一种用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，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，所述固定单元包括用于放置待测样本的样本平台以及与该样本平台连接的升降机构，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固定在支撑架上并分别位于所述待测样本的两侧；且所述光源光纤探头和所述光谱仪光纤探头位于一条水平线上；所述主机内设置有分别与所述位移驱动机构、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所述的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，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所述的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，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所述的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，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所述的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，其特征在于，还包括固定在所述暗箱箱体底板上的游标卡尺以及固定在所述样本平台上的位移传感器，所述游标卡尺与所述位移传感器上下滑动连接，所述位移传感器通过数据线与设置在所述暗箱箱体侧板上的数字显示单元连接。

6.如权利要求1所述的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，其特征在于，所述支撑架的数量为两个，两个所述支撑架固定在所述暗箱箱体底板上并分布在所述样本平台的两侧，其中所述光源光纤探头和所述压紧件与一个所述支撑架连接，所述光谱仪光纤探头与另一个所述支撑架连接。

7.如权利要求6所述的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，其特征在于，所述支撑架包括竖直支撑杆、横向支撑杆、连接件和固定块，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。

8.如权利要求1-7中任一项所述的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，其特征在于，所述光源光纤探头和光谱仪光纤探头靠近所述待测样本的一端安装有橡胶密封套筒。

9.如权利要求1-7中任一项所述的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，其特征在于，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1-7中任一项所述的用于漫反射光在农产品中辐射深度的测量系统，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、所述光源光纤探头、所述位移传感器的数据线均通过该走线孔引出。