CN211627367U - 一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置。该装置包括壳体、定位机构和光谱分析模块。定位机构包括水果固定托架、旋转电机、水平底座、垂直导向板和垂直底座。水平底座上设有直线导轨和直线滑块。水平底座上设有水平推杆。垂直导向板中间开设有通孔，水平底座与垂直底座之间设有垂直推杆。水平底座底部设有垂直导向杆。垂直导向板顶部设有直线轴承。垂直导向杆下端依次穿过直线轴承和垂直导向板后伸至垂直导向板与垂直底座之间。垂直导向板与垂直底座之间设有固定板。光谱分析模块包括卤素灯、光纤和光谱分析仪组件。本实用新型能够保证光纤头采集侧末端与被测水果的距离恒定，降低非苹果糖分因素对所采集近红外光谱成分的影响。

Description

一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置

技术领域

本实用新型涉及水果品质检测技术领域，具体涉及一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置。

背景技术

水果糖度含量不仅是评价水果食用品质的一个重要指标，同时也是检验水果成熟度的重要指标。在农业研究和农业生产以及水果贮藏过程中，水果糖度是确定采摘、运输、储藏的重要依据之一。在同一种水果不同的成熟阶段，其成熟度不同，其糖度值也是不一样的。通过水果糖度无损检测，不仅可以为蔬果种植者提供便利，确定最佳的采摘时间，保证水果的食用品质，为消费者提供最好的水果产品，还可以通过水果的糖度变化情况来调整土壤的灌溉和施肥，此外，还能够通过水果糖度无损检测来对区分水果的等级。

目前，通常联合应用近红外反射率和投射光谱特征来进行苹果内在糖分的无损检测。近红外光谱技术是一种快速、无损、绿色的现代分析技术。采用光谱仪器对大量样本进行光谱数据采集，利用采集的数据进行近红外光谱建模，从而实现含糖量的无损在线检测，其中精确的光谱模型会对检测精度产生重要影响。在实际应用中，利用集成光谱分析模型的光谱分析模块则可以很好完成苹果等水果内在糖分的无损检测。目前，近红外光谱技术对苹果等水果的糖分快速无损检测已有一些报道，如中国专利CN 101308086A公开了一种基于近红外光谱技术的水果内部品质在线检测方法及装置，中国专利CN105044021A公开了一种中秋酥脆枣糖度无损检测方法，中国专利CN105092518B公开了一种脐橙糖度快速无损检测方法。

然而，在实际应用中发现，光学测量中探测头与被测物体的距离会直接影响光谱反射率，导致用于光谱分析的光谱数据产生差异，从而影响苹果内在糖分的检测结果，形成人为因素导致测量误差，从而对所建立模型的精确程度产生影响。特别是对于苹果而言，苹果的形状不同于橙子、西瓜等相对规则球体结构，其为上宽、下窄且多存在一侧外鼓、另一侧凹平的不规则结构。即便在光源固定、探测光谱仪固定条件下，由于苹果上部与下部的直径不同、外鼓一侧与凹平一侧的半径不同，探测头与被测物体的距离也会发生变化，导致采集的光谱数据准确度发生直接影响，进而影响检测数据的准确性。

因此，如何设计出一种能够针对苹果不规则外形的特点来提高光谱测定数据准确性，保证糖分准确度的检测装置已经成为急需解决的技术问题。

实用新型内容

为解决苹果不规则外形导致的难以获得准确光谱检测数据，进而影响苹果糖分检测结果的缺陷，本实用新型提供了一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置，该测定装置能够解决现有技术中存在的不足，保证探测头与被测物体之间距离的稳定性，提高水果苹果糖分检测数据的准确性。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

本实用新型涉及一种用于小型水果品质检测的自动化精准定位测量装置，包括壳体和设置在壳体中的定位机构与光谱分析模块。

具体地说，所述定位机构包括自上向下依次设置的水果固定托架、旋转电机、水平底座、垂直导向板和垂直底座；所述水平底座上方安装有直线导轨和与直线导轨滑动配合的直线滑块；所述旋转电机通过电机底座安装在直线滑块上；所述水平底座上还设有水平推杆，水平推杆的一端安装在水平底座上，另一端与电机底座相连；所述垂直导向板的中间开设有通孔，所述水平底座与垂直底座之间设有垂直推杆，垂直推杆的上端与水平底座相连，下端穿过通孔后与垂直底座相连；所述水平底座的底部设有垂直导向杆；所述垂直导向板的顶部设有直线轴承；所述垂直导向杆的下端依次穿过直线轴承和垂直导向板后伸至垂直导向板与垂直底座之间；所述垂直导向板与垂直底座之间连接有固定板。

所述定位机构还包括激光测距传感器。所述光谱分析模块包括光谱分析仪组件、卤素灯和光纤；所述光纤的一端作为光输入端，与激光测距传感器分别设置在定位机构的相对两侧，另一端作为光输出端，与光谱分析仪组件的输入端相连。

进一步的，所述激光测距传感器发射出的激光与光纤的光输入端的中心线位于同一水平线上，且该水平线与水平推杆的运动方向相平行。

进一步的，所述壳体包括底座、安装在底座上方的下外壳以及设置在下外壳上方的上外壳；所述上外壳的顶部可拆卸安装有拉门，拉门上设有拉手一；所述上外壳的外侧壁上设有拉手二。

进一步的，所述卤素灯的数量为至少一个。所述卤素灯安装在灯座上，所述灯座安装在壳体的内侧壁上。

进一步的，所述光谱分析仪组件和垂直底座均安装在底座上方。

进一步的，该装置还包括控制器，控制器安装在底座上方；所述控制器分别与水平推杆、垂直推杆、激光测距传感器和旋转电机电气连接。

进一步的，所述垂直导向杆的下端设有限位块。

进一步的，所述下壳体的外侧壁上设有若干按钮和指示灯。

和现有技术相比，本实用新型的优点为：

(1)本实用新型在对苹果糖分进行测定过程中，无需将水果切开破坏，利用苹果糖分对不同光谱吸收效果的不同，间接分析苹果糖分。

(2)本实用新型在对苹果糖分进行测定过程中，通过定位机构保证水果的检测点始终保持在恒定位置，这样能够使水果的各个检测点的照明条件和反射距离都处于一致条件，有利于检测结果的稳定和可靠。

(3)本实用新型通过用于放置待测苹果的水果固定托架，并在水果固定托架底部设置用于驱动水果固定托架旋转的旋转电机，能够实现水果圆周各个检测点的自动切换，无需人工操作，提高了检测效率和检测准确率。

附图说明

图1是本实用新型中测定装置的结构示意图；

图2是拆除上外壳后的本实用新型中测定装置的结构示意图；

图3是本实用新型测定装置中的定位机构的结构示意图。

其中：

101、底座，102、下外壳，103、上外壳，104、拉门，105、拉手一，106、拉手二，107、按钮，108、指示灯，201、光谱分析仪组件，202、激光测距传感器，203、光纤，204、光纤固定管，205、卤素灯，206、灯座，301、水果固定托架，302、旋转电机，303、电机底座，304、水平推杆，305、直线滑块，306、直线导轨，307、水平底座，308、垂直导向杆，309、直线轴承，310、限位块，311、垂直导向板，312、通孔，313、垂直推杆，314、固定板，315、垂直底座，400、控制器，500、待测苹果。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1-图3所示的本实用新型涉及一种用于小型水果品质检测的自动化精准定位测量装置，包括壳体和设置在壳体中的定位机构与光谱分析模块。

如图2所示，所述光谱分析模块包括光谱分析仪组件201、卤素灯205、激光测距传感器202和光纤203。所述光纤203的一端作为光输入端，与激光测距传感器202分别设置在定位机构的相对两侧，另一端作为光输出端，与光谱分析仪组件201的输入端相连。光谱分析模块为现有传统模块，其先对苹果进行近红外光谱采集，并通过光纤203将采集的近红外光谱数据输入至光谱分析仪组件201，再构建苹果的光谱模型，利用光谱模型检测出苹果的内在糖分。光谱分析模块设置在壳体内外均可以，为了使用方便，可以利用传统电路集成技术，集成在壳体内。

所述激光测距传感器202发射出的激光与光纤203的光输入端的中心线位于同一水平线上，且该水平线与水平推杆304的运动方向相平行，即该水平线与直线导轨的长度方向平行。当待测苹果500放置在水果固定托架301上后，该水平线穿过待测苹果500的中心轴线。通过使激光测距传感器发射出的激光与光纤的光输入端的中心线在同一水平线上，即同轴、共轴线，这样能够保证激光测距传感器每次的测距点，就是光纤的光输入端下一个即将采集的苹果的待检测点。无论在何种情况下，每次激光测距传感器检测到的点，在将苹果旋转180度后，该点正好是光纤的光输入端接收的光的中心，这样能够确保光纤能够准确获取各个检测点的光谱数据，确保检测结果的准确性。这样设计能够消除水果形状不规则对检测结果的影响，确保光纤的光输入端采集的每一个检测点的光谱是在同一环境条件下实现的，大大提高了检测结果的准确性。

所述卤素灯205的数量为至少1个。在本实施例中，卤素灯205的数量设置成了两个，两个卤素灯对称设置在水果待测区域的两侧；所述卤素灯205安装在灯座206上，所述灯座206安装在壳体的内侧壁上。所述卤素灯205为光源。两个卤素灯从水果的两侧提供光照，确保光纤203获取的水果的光谱的准确性。两个卤素灯205照射出的光线的相交点的中心线，和水果固定托架301的竖直方向上的中心线重合。所述激光测距传感器202，用于测定其与水果500靠近其一侧之间的距离。所述光纤203，用于采集水果的光谱，并将采集的光谱传递给光谱分析仪组件201。所述光谱分析仪组件201，用于对接收到的水果的光谱进行分析，判定出水果的品质。

如图1和图2所示，所述壳体包括底座101、安装在底座101上方的下外壳102以及设置在下外壳102上方的上外壳103；所述上外壳103的顶部可拆卸安装有拉门104，拉门104上设有拉手一105；所述上外壳103的外侧壁上设有拉手二106。所述光谱分析仪组件201和垂直底座315均安装在底座101上方。所述下壳体102的外侧壁上设有若干按钮107和指示灯108。所述壳体，用于固定安装、保护定位机构和检测机构。所述拉门104可以打开，便于取放水果固定托架301上的水果500。所述拉手一105，便于将拉门104打开。所述拉手二106，便于搬运整个装置。所述按钮107，用于控制水平推杆304、垂直推杆313、旋转电机302等部件的启停。所述指示灯108，用于显示装置的运行状态。

如图3所示，所述定位机构包括自上向下依次设置的水果固定托架301、旋转电机302、水平底座307、垂直导向板311和垂直底座315。所述水平底座307上方安装有直线导轨306和与直线导轨306滑动配合的直线滑块305。所述旋转电机302通过电机底座303安装在直线滑块305上。所述水平底座307上还设有水平推杆304，水平推杆304的一端安装在水平底座307上，另一端与电机底座303相连。所述垂直导向板311的中间开设有通孔312，所述水平底座307与垂直底座315之间设有垂直推杆313，垂直推杆313的上端与水平底座307相连，下端穿过通孔312后与垂直底座315相连。所述水平底座307的底部设有垂直导向杆308；所述垂直导向板311的顶部设有直线轴承309；所述垂直导向杆308的下端依次穿过直线轴承309和垂直导向板311后伸至垂直导向板311与垂直底座315之间；所述垂直导向板311与垂直底座315之间连接有固定板314。所述垂直导向杆308的下端设有限位块310。

所述水果固定托架301，用于放置水果500。在本实施例中，水果固定托架301设置成上端开口的凹槽。在对水果进行品质检测时，将水果放置在该凹槽状的水果固定托架301中，水果固定托架一方面能够确保水果500稳定在放置在其中，另一方面还能使水果的大部分裸露在外侧，便于激光测距传感器和光纤采集数据。所述旋转电机302，用于带动水果固定托架301及位于水果固定托架301中的水果500在360度范围内进行转动。所述电机底座303，用于固定旋转电机302。所述水平推杆304，其固定端通过铰链连接到水平底座307上，活动端通过铰链连接到电机底座303上。水平推杆304采用现有技术中的推杆，其长度可通过伸缩进行调节。水平推杆水平布置，其长度方向与直线导轨的长度方向以及激光测距传感器发射出的激光的中心线与光纤的光输入端的连线是相互平行的。水平推杆304可以带动电机底座303、电机底座上方的旋转电机302、旋转电机302上方的水果固定托架301以及水果固定托架301中的水果500一起移动。所述直线导轨306和直线滑块305，用于使旋转电机302、旋转电机302上方的水果固定托架301以及水果固定托架301中的水果500沿直线导轨的长度方向直线移动，从而改变水果500与激光测距传感器202、水果500与光纤203的光输入端之间的距离。所述垂直推杆313，采用现有技术中的推杆，其长度可通过伸缩进行调节。垂直推杆313沿竖直方向布置，其长度方向与水平推杆304的长度方向相垂直。竖直推杆313，用于带动水平底座307以及位于水平底座307上方的水果固定托架301和水果500沿竖直方向移动。所述垂直导向杆308和直线轴承309，起到导向作用，用于使水果固定托架301在竖直推杆313的推动下，能够在竖直方向上进行直线移动。所述限位块310，对水果固定托架301在竖直方向上的行程起到限定作用。所述固定板314，起到连接垂直导向板311和垂直底座315的作用，同时还起到支撑固定的作用。

该装置还包括控制器400，控制器400安装在底座101上方。所述控制器400的输出端分别与水平推杆304、垂直推杆313、旋转电机302、激光测距传感器202和旋转电机302电气连接。所述控制器400，用于采用现有技术控制水平推杆304和垂直推杆313的伸缩，同时控制旋转电机302的旋转。所述水平推杆304和垂直推杆313，可以为传统的电路推杆，即实现自由度的直线运动形式的对象，通过传统的步进电机或伺服电机驱动。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置，其特征在于：包括壳体和设置在壳体中的定位机构与光谱分析模块；

所述定位机构包括自上向下依次设置的水果固定托架、旋转电机、水平底座、垂直导向板和垂直底座；所述水平底座上方安装有直线导轨和与直线导轨滑动配合的直线滑块；所述旋转电机通过电机底座安装在直线滑块上；所述水平底座上还设有水平推杆，水平推杆的一端安装在水平底座上，另一端与电机底座相连；所述垂直导向板的中间开设有通孔，所述水平底座与垂直底座之间设有垂直推杆，垂直推杆的上端与水平底座相连，下端穿过通孔后与垂直底座相连；所述水平底座的底部设有垂直导向杆；所述垂直导向板的顶部设有直线轴承；所述垂直导向杆的下端依次穿过直线轴承和垂直导向板后伸至垂直导向板与垂直底座之间；所述垂直导向板与垂直底座之间连接有固定板；

所述定位机构还包括激光测距传感器；所述光谱分析模块包括卤素灯、光纤和光谱分析仪组件；所述光纤的一端作为光输入端，与激光测距传感器分别设置在定位机构的相对两侧，另一端作为光输出端，与光谱分析仪组件的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置，其特征在于：所述激光测距传感器发射出的激光与光纤的光输入端的中心线位于同一水平线上，且该水平线与水平推杆的运动方向相平行。

3.根据权利要求1所述的一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置，其特征在于：所述壳体包括底座、安装在底座上方的下外壳以及设置在下外壳上方的上外壳；所述上外壳的顶部可拆卸安装有拉门，拉门上设有拉手一；所述上外壳的外侧壁上设有拉手二。

4.根据权利要求1所述的一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置，其特征在于：所述卤素灯的数量为至少1个；所述卤素灯安装在灯座上，所述灯座安装在壳体的内侧壁上。

5.根据权利要求3所述的一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置，其特征在于：所述光谱分析仪组件和垂直底座均安装在底座上方。

6.根据权利要求3所述的一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置，其特征在于：还包括控制器，控制器安装在底座上方；所述控制器分别与水平推杆、垂直推杆、旋转电机、激光测距传感器电气连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于近红外光谱分析技术的苹果糖分测定装置，其特征在于：所述垂直导向杆的下端设有限位块。

Images