CN208537408U - 一种便携式近红外水分检测仪及其数据采集探头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便携式近红外水分检测仪及其数据采集探头，包括外壳、设在外壳内且沿圆周方向分布在外壳顶端的若干对光源、设在外壳内的光敏传感器，所述外壳内还设有一个与外壳等长且由不透光材质制成的筒体，所述光敏传感器设在筒体内。本实用新型探头检测的是透反射光，相比反射光检测减少了光源本身对光敏传感器的干扰，而且采用了特定波长的LED灯，相比全波段的卤素灯减少了发热量和数据量，降低了数据处理和计算的难度，使装置得以摆脱上位机实现独立便捷的工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于红肉水分检测的近红外水分检测仪及其数据采集探头。
背景技术
随着经济的发展和居民生活水平的日益提高，人们对于肉类的消费需求也不断增加，其中红肉在肉类总产量中占据了极大比例。红肉作为具有巨大消费需求的肉类产品，其含水量的多少直接影响鲜肉加工、储藏、贸易与食用的一系列指标，是评价其品质的一个重要参数。鲜肉含水率过高，细菌、霉菌繁殖加剧，容易引起肉品变质；脱水干缩不仅使肉品失重，造成直接经济损失，而且影响肉的颜色、风味和组织状态。所以对红肉水分含量进行快速无损检测对其本身经济价值以及食用品质均有重要意义。
肉类含水率的传统检测方法为干燥法，该方法过程繁琐耗时较长且对样本具有破坏性，质检效率低，经济效益差。近年来可见/近红外技术由于其快速、高效、准确的优点被越来越广泛地应用到肉类水分的无损检测中，但现有的近红外水分检测仪存在体积大、操作不方便等缺点，并且采用的是全波段的卤素灯反射光检测，不仅具有发热量大容易影响检测模块，波长范围广光谱数据量大，数据处理复杂等缺点，而且不能反映肉样的内在品质，红肉水分测量的结果常常存在较大的偏差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种性能稳定、准确率高的便携式近红外水分检测仪及其数据采集探头。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于红肉水分检测的近红外数据采集探头，包括圆筒形外壳、设在外壳内且沿圆周方向分布在外壳顶端的若干对光源、设在外壳内的光敏传感器，所述外壳内还设有一个与外壳等长且由不透光材质制成的筒体，所述筒体位于若干对光源的正中心，所述光敏传感器设在筒体内。
优选地，所述光源为八对LED灯，所述八对LED灯的波长分别为415nm、445nm、475nm、530nm、760nm、850nm、940nm和980nm，每个波长的一对LED灯对称设置在外壳的中轴线两侧。
优选地，所述外壳的开口端设有透明的隔离玻片，用于防止检测肉样或其它杂物进入探头内部。
优选地，所述外壳的开口端还设有避光的橡胶密封圈，用于贴合肉样表面，防止外部光线进入探头内部。
包含所述近红外数据采集探头的便携式近红外水分检测仪。
优选地，该便携式近红外水分检测仪还包含操控手柄，所述操控手柄上设有用于显示水分检测结果的液晶屏、用于清除当前数据的复位按钮、用于控制开始采集数据的开始按钮以及电源开关按钮，所述操控手柄内设有主板和电源。
进一步优选地，所述主板是基于STM32F4最小系统的嵌入式主板。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过在探头内部设置筒体并将光敏传感器设在筒体内，在检测肉样时，由于筒体的开口端贴合在肉样上，从而在筒体内部形成暗室，LED灯发出的检测光无法从肉样表面直接反射进入暗室并被光敏传感器接收，而必须先透射进入肉样，然后再从肉样内部反射进入暗室，因此，本实用新型探头检测的实际是透反射光，相比反射光检测，透反射光可有效减少光源本身对光敏传感器的干扰，而且更能够反映红肉肉样的内在品质，使水分测量结果更为准确。
本实用新型光源采用了特定波长的LED灯，这些波长的检测光不仅容易透射进行红肉。同时，传统近红外光谱仪采用全波段的卤素灯，发热量大容易影响检测模块，且由于波长范围广光谱数据量大需借助上位机处理光谱数据，而本实用新型选取了上述特定8个与水分相关程度高的波长，具有发热量少、数据量少，数据处理和计算难度低等优点，使装置得以摆脱上位机实现独立便捷的工作。
因此，本实用新型针对红肉的水分检测，提供了一种成本低、体积小、使用方便、性能稳定、结果准确的便携式近红外水分检测仪，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是便携式近红外水分检测仪的结构示意图。
图2是近红外数据采集探头的轴向剖面结构示意图。
图3是近红外数据采集探头的径向剖面结构示意图。
图4是本实用新型的电路工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，一种用于红肉水分检测的便携式近红外水分检测仪，它包括近红外数据采集探头6、操控手柄1，所述近红外数据采集探头6设在操控手柄1的顶端，所述操控手柄1上还设有用于显示水分检测结果的液晶屏2、用于清除当前数据的复位按钮3、用于控制开始采集数据的开始按钮4以及电源开关按钮5，所述操控手柄1的内部设有主板和电源，所述主板是基于STM32F4最小系统的嵌入式主板。
图2、图3是所述近红外数据采集探头6的结构示意图，如图所示，近红外数据采集探头6包括圆筒形外壳61、设在外壳61内且沿圆周方向分布在外壳61顶端的八对光源62、设在外壳内的光敏传感器64，所述外壳61内还设有一个与外壳61等长的用不透光材质制成的筒体63，所述筒体63的一端固定在外壳61的顶部且位于八对光源62的正中心，筒体63的另一端开口使反射光能进入筒体63并被光敏传感器64接收。
所述光敏传感器64设在筒体63内的中下方，所述八对光源62均为LED灯，波长分别为415nm、445nm、475nm、530nm、760nm、850nm、940nm和980nm，每个波长的一对LED灯均对称设置在外壳61的中轴线两侧。
所述外壳61的开口端还设有透明的隔离玻片65和避光的橡胶密封圈66。
图2还示出了本实施例的一个透反射光谱数据采集原理。如图所示，光源62发出的光照射检测肉样，由于筒体63内部与外界隔绝，检测光无法从肉样表面直接反射进入筒体63，而必须先透射进入肉样，然后再从肉样内部反射进入筒体63，从而被设在筒体63内的光敏传感器64接收。
图3为系统工作原理图。结合附图，具体实施如下：
首先，将近红外数据采集探头6按图2所示放在待检测肉样品上，使探头内部与外界隔绝。按下电源开关按钮5，操控手柄1内部的电源开始给光源62和嵌入式主板供电。按下开始按钮4后，嵌入式主板通过I/O口和恒流源模块控制不同波长LED光源62有次序的亮灭，同时向数字式光敏传感器64发送驱动信号使其正常工作。光敏传感器64向嵌入式主板传输所检测到的光照度数据，嵌入式主板接受数据并根据编写的程序，将各波长数据代入水分检测模型中，得出水分检测结果并显示在显示屏2上。由于采用特定波长的LED光源，光谱数据得到缩减，故光敏传感器64的数据可直接存储到嵌入式主板内存中而不需外加存储模块，从而精简了主板结构。
水分计算公式为：
其中，M为水分含量，X1～X8为变量，分别表示8个不同波长LED光源光谱数据；a1～a8为常数，表示各回归系数，b为偏差系数，回归系数与偏差系数可由数理统计中偏最小二乘法得出。
Claims (7)
1.一种近红外数据采集探头，包括圆筒形外壳、设在外壳内且沿圆周方向分布在外壳顶端的若干对光源、设在外壳内的光敏传感器，其特征在于：所述外壳内还设有一个与外壳等长且由不透光材质制成的筒体，所述筒体位于若干对光源的正中心，所述光敏传感器设在筒体内。
2.如权利要求1所述的近红外数据采集探头，其特征在于：所述光源为八对LED灯，所述八对LED灯的波长分别为415nm、445nm、475nm、530nm、760nm、850nm、940nm和980nm，每个波长的一对LED灯对称设置在外壳的中轴线两侧。
3.如权利要求1所述的近红外数据采集探头，其特征在于：所述外壳的开口端设有透明的隔离玻片。
4.如权利要求1所述的近红外数据采集探头，其特征在于：所述外壳的开口端还设有避光的橡胶密封圈。
5.一种便携式近红外水分检测仪，其特征在于：包含权利要求1-4任何一项所述的近红外数据采集探头。
6.如权利要求5所述的便携式近红外水分检测仪，其特征在于：还包含操控手柄，所述操控手柄上设有用于显示水分检测结果的液晶屏、用于清除当前数据的复位按钮、用于控制开始采集数据的开始按钮以及电源开关按钮，所述操控手柄内设有主板和电源。
7.如权利要求6所述的便携式近红外水分检测仪，其特征在于：所述主板是基于STM32F4最小系统的嵌入式主板。
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| CN201820783683.6U CN208537408U (zh) | 2018-05-24 | 2018-05-24 | 一种便携式近红外水分检测仪及其数据采集探头 |
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108593588A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-09-28 | 华中农业大学 | 一种便携式近红外水分检测仪及其数据采集探头 |
| CN114428058A (zh) * | 2022-01-29 | 2022-05-03 | 中国农业大学 | 一种玉米含水率检测仪 |
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2018
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