DE10119763A1

DE10119763A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Getreideanalyse

Info

Publication number: DE10119763A1
Application number: DE10119763A
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Bruins
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-10-24
Also published as: WO2002086473A3; WO2002086473A2; ATE453113T1; EP1381850B1; DE50214120D1; EP1381850A2; DK1381850T3

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Messung spektroskopischer Eigenschaften von Getreide beschrieben, bei dem das Getreide mit einer Zufuhreinrichtung in einen Fallschacht transportiert und dort an einer Messstrecke einer Erfassung von spektroskopischen Parametern des Getreides unterzogen wird und am Fallschacht eine der Messstrecke nachgeordnete Sperreinrichtung derart betätigt wird, dass das Getreide im Fallschacht abwechselnd bewegt wird und ruht und die Erfassung der spektroskopischen Parameter am ruhenden Getreide erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Getreideanalyse, ins besondere zur Messung spektroskopischer Eigenschaften von Ge treide, und eine Fördereinrichtung, insbesondere für Getreide, mit einer Messeinrichtung zur Umsetzung des Messverfahrens.

Es ist üblich, beispielsweise unmittelbar nach der Ernte oder bei anschließenden Gelegenheiten bei der Lagerung oder. dem Transport Getreide einer Analyse zu unterziehen, die auf die Erfassung z. B. des Feucht- und Proteingehalts der Getreide körner gerichtet ist. Aus der Praxis ist bekannt, hierzu eine spektroskopische Messung am Getreide durchzuführen, die im folgenden unter Bezug auf Fig. 2 erläutert wird. Eine herkömm liche Getreidefördereinrichtung 100' umfasst eine Zufuhrein richtung mit einem Trichter 10', einen Fallschacht 20' mit ei ner Messeinrichtung 30', die eine Lichtquelle 31', einen Sen sor 32' und eine Auswertungseinheit 33' aufweist, und eine Ab fuhreinrichtung mit einem Schaufelrad 40'. Die Wand des Fall schachts 20' ist im Bereich einer Messstrecke 21' für das Messlicht der Lichtquelle 31' durchlässig.

Zur Getreideanalyse wird Getreide 50' vom Trichter 10' über eine Klappe 11' in den Fallschacht 20' geleitet. Der Fall schacht 20' ist so bemessen, dass das zugeführte Getreide durch den Fallschacht 20' hindurch rutscht, wobei es im Be reich der Messstrecke 21' einer spektroskopischen Messung un terzogen wird. Nach Durchtritt durch den Fallschacht 20' wird das Getreide mit dem Schaufelrad 40' in eine Schublade 41' weiterbefördert. Die spektroskopische Messung umfasst bei spielsweise die Messung der optischen Dichte der Getreide schicht im Fallschacht 20'.

Die in Fig. 2 illustrierte Technik besitzt die folgenden Nachteile. Das Hauptproblem besteht darin, dass die Fülldichte des Getreides im Fallschacht 20' insbesondere im Bereich der Messstrecke 21' nicht konstant ist. Beispielsweise durch Feuchtigkeit im Getreide kommt es dazu, dass Getreide an der Klappe 11' verklebt und nicht in den Fallschacht 20' fällt. Des weiteren kann es im Fallschacht 20' zu Verstopfungen kom men. Insbesondere bei der Messung an Gerste, deren Körner sich durch relativ lange Spelzen auszeichnen, besteht die Gefahr, dass das Getreide nicht zum Schaufelrad 40' weiterrutscht und stattdessen im Schaufelrad 20' ein Gewölbe bildet. Durch die Messung am bewegten Getreide ist also eine gegebenenfalls von Messung zu Messung veränderte Fülldichte gegeben, wodurch die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der spektroskopischen Mes sung eingeschränkt wird.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Technik betrifft die Messwertverarbeitung an sich. Die optische Dichte des Getrei des wird relativ zur optischen Dichte der leeren Messstrecke 21' erfasst. Beide Dichtewerte unterscheiden sich so stark, dass die Referenzmessung mit einem Abschwächer 34' erfolgen oder mit einer geringen Verstärkung erfasst werden muss. Der Einsatz des Abschwächers 34' besitzt den Nachteil einer erheb lich verlängerten Messzeit. Wird hingegen für die Referenzmes sung ein Verstärker in der Auswertungseinheit 33' umgeschal tet, so wird dabei auch eine Kennlinienänderung eingeführt, die bei der herkömmlichen Signalanalyse durch Quotientenbil dung aus Mess- und Referenzsignal eine Fehlerquelle für die Messwertanalyse bildet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Messung spektroskopischer Eigenschaften von Getreide an zugeben, mit dem die Nachteile der herkömmlichen Technik über wunden werden und das insbesondere Getreideanalysen ermög licht, die sowohl schnell als auch mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit durchgeführt werden. Die Aufgabe der Erfin dung ist es auch, eine Getreidefördereinrichtung mit einer Messeinrichtung zur Umsetzung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren und einer Vorrich tung mit Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Grundidee der Erfindung ist es, abweichend von der her kömmlichen Messung am laufend bewegten Getreide ein Verfahren zur Getreideanalyse bereitzustellen, bei dem eine Messung spektroskopischer Eigenschaften an ruhendem Getreide erfolgt. Erfindungsgemäß wird eine Getreidefördereinrichtung derart be trieben, dass aufeinanderfolgend zunächst eine Getreidemenge in einen Fallschacht mit einer Messstrecke eingefüllt wird, wobei der Fallschacht mit einer Sperreinrichtung verschlossen ist, so dass das Getreide mit einer vorbestimmten Fülldichte in der Messstrecke ruht, und in diesem Zustand die Messung von spektroskopischen Eigenschaften (z. B. Transmissionsmessung oder dgl.) erfolgt, woraufhin die Sperreinrichtung freigegeben und das gemessene Getreide in eine Abfuhreinrichtung befördert wird. Die Messung am ruhenden Getreide besitzt den Vorteil, dass die Fülldichte bei jeder Messung gleich ist. Die Reprodu zierbarkeit der Messbedingungen und Messergebnisse wird damit erheblich erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt am ruhenden Getreide eine Messung der Transmission oder opti schen Dichte. Es erfolgen die Messung der Getreideprobe und mindestens eine Referenzmessung, wobei die Messungen im Unter schied zur herkömmlichen Technik ohne Verwendung eines Abschwächers erfolgen. Erfindungsgemäß werden aus den Spektren S_P der Getreideprobe und S_R der Referenzmessung für jede Pro benmessung ein Differenzspektrum ermittelt und dieses quanti tativ ausgewertet.

Eine erfindungsgemäße Getreidefördereinrichtung mit einer Messeinrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahren zeichnet sich insbesondere durch einen Fallschacht aus, an dem die Messeinrichtung vorgesehen ist und der unterhalb der Mess einrichtung mit einer Sperreinrichtung zum zeitweiligen Ver schließen des Fallschachtes ausgestattet ist. Es ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, mit der abwechselnd die Messein richtung und eine Stelleinrichtung der Sperreinrichtung betä tigt werden.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird die Zu fuhreinrichtung der Getreidefördereinrichtung durch ein Schau felrad gebildet, besteht die Wand des Fallschachts im Bereich der Messstrecke zumindest teilweise aus einem optischen Fil termaterial, das unempfindlich gegen elektrostatische Aufla dungen ist, und/oder ist die Steuereinrichtung mit der Zufuhr einrichtung, insbesondere dem Schaufelrad, verbunden und dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von vorbestimmten Messsignalen eine Schaufelradreinigung auszulösen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden aus der Beschreibung der Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Getreidefördereinrichtung, und

Fig. 2: eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Getreidefördereinrichtung (Stand der Technik).

Die Getreidefördereinrichtung 100 gemäß Fig. 1 umfasst eine Zufuhreinrichtung mit einem Trichter 11 zur Aufnahme des Ge treides 50 und einem Förderer 12. Der Förderer 12 wird vor zugsweise durch das schematisch illustrierte Schaufelrad ge bildet, kann ersatzweise aber auch eine anderweitige Einrich tung umfassen, die dazu ausgelegt ist, das Getreide in vorbe stimmten Portionen in den Fallschacht 20 zu bewegen. Der Fall schacht 20 ist ein vertikal oder bauartabhängig auch geneigt angeordneter Schacht mit einem rechteckigen oder zumindest in Teilbereichen gegebenenfalls gekrümmten Querschnitt. Im Fall schacht 20 ist die Messstrecke 21 vorgesehen. Im Bereich der Messstrecke 21 wird die Wandung des Fallschachts 20 zumindest teilweise durch optische Filter 22 gebildet. Die optischen Filter 22 bestehen vorzugsweise aus einem Material, das unemp findlich gegen elektrostatische Aufladungen ist. Für IR- Transmissionsmessungen werden vorzugsweise Rot-Grün-Filter aus FeO verwendet. Der Fallschacht 20 besitzt vorzugsweise eine charakteristische Querschnittsdimension von ... cm. Diese kann insbesondere bei der Messstrecke 21 z. B. mit einem Einsatz 25 eingestellt werden.

Unterhalb der Messstrecke 21 ist die Sperreinrichtung 23 vor gesehen, mit der der Fallschacht 20 zumindest zeitweilig un terhalb der Messstrecke 21 verschließbar ist. Die Sperrein richtung wird beispielsweise durch eine Klappe 23 gebildet, die um eine Achse in die Vertikale verschwenkbar ist. Die Sperreinrichtung 23 wird mit einer Stelleinrichtung 24 betä tigt, die mit einer Steuereinrichtung 34 (siehe unten) verbun den ist.

Die Messeinrichtung 30 wird durch eine Lichtquelle 31 und eine Sensoreinrichtung 32 mit einem Verstärker 33 und einer Steuer einrichtung 34 gebildet. Die Lichtquelle 31 und die Sensorein richtung 32 bilden vorzugsweise einen Zwei-Strahl-Aufbau, wie er an sich von spektroskopischen Messverfahren bekannt ist.

Einzelheiten des Zwei-Strahl-Aufbaus sind in Fig. 1 nicht dar gestellt. Die Steuereinrichtung 34 ist gegebenenfalls mit ei nem Vergleicher 35 verbunden, der zur Betätigung der Schaufel radreinigung (siehe unten) dient. Außerdem ist eine Anzeige-, Ausgabe- und/oder Speichereinrichtung 36 vorgesehen, mit der die Messergebnisse ausgegeben werden.

Am unteren Ende des Fallschachts 20 befindet sich eine Abfuhr einrichtung, z. B. in Form einer Schublade 40.

Die Getreidefördereinrichtung 100 wird wie folgt betrieben. Vom Trichter 11 rieselt Getreide 50 auf das Schaufelrad 12. Mit dem Schaufelrad 12 wird das Getreide kammerweise in den Fallschacht 20 bewegt. Je nach den geometrischen Dimensionen des Schaufelrades 12 und des Fallschachts 20 erfolgt nach Ein führen von z. B. einer, zwei oder mehreren Portionen (Kammern) in den unten geschlossenen Fallschacht 20 eine Messung der Transmission der im Bereich der Messstrecke 21 befindlichen Getreideschicht, die zum Messzeitpunkt wegen der geschlossenen Klappe 24 in der Messstrecke 21 ruht. Unmittelbar nach Aufnah me der Messwerte wird mit der Steuereinrichtung 34 die Stell einrichtung 24 der Klappe 23 betätigt. Die vorher unbewegliche Getreideschicht fällt jetzt auf die Schublade 40 durch.

Der Ablauf aus Zufuhr von Getreide mit dem Schaufelrad 12, Messung und Freigabe der Klappe 23 kann bei geeigneter Abstim mung der Schaufelradgeschwindigkeit kontinuierlich erfolgen. Jeweils nach Leerung der letzten zu einer Messung erforderli chen Kammer des Schaufelrades 12 erfolgt unmittelbar die Mes sung, anschließend die Öffnung der Klappe 23, das Durchrut schen der Getreideprobe und der erneute Verschluß der Klappe 23, so dass bei Eintreffen der nächsten Getreideportion der Fallschacht 20 wieder verschlossen ist. Es kann alternativ aber auch ein diskontinuierlicher Betrieb des Schaufelrades 12 vorgesehen sein. Der diskontinuierliche Förderer 12 kann auch durch ein Förderband mit einer schritt- oder portionsweise ar beitenden Stelleinrichtung vorgesehen sein.

Die Signalauswertung erfolgt derart, dass Probenwerte oder - spektren S_P und Referenzwerte oder -spektren S_R ermittelt wer den. Die Probenwerte oder -spektren werden mit einem hohen Verstärkungsfaktor des Verstärkers 33 aufgenommen. In der Steuereinrichtung 34 wird aus S_R und S_P der Differenzwert oder das Differenzspektrum S_R - S_P gebildet und quantitativ ausge wertet. Zur Auswertung wird beispielsweise ein an sich bekann ter PLS-Algorithmus (partial least square-Algorithmus) verwen det. Unter Verwendung eines anwendungsabhängig angepassten Ka librierungsmodell wird jedem Differenzwert oder Differenz spektrum eine vorbestimmte Getreideeigenschaft, z. B. die Feuchte oder der Proteingehalt, zugeordnet.

Wenn die Zufuhreinrichtung gestört ist, kann der jeweils er mittelte Messwert im Rahmen eines Regelkreises zur Betätigung eines Mechanismus verwendet werden, mit dem die Störung beho ben wird. Wenn beispielsweise das Schaufelrad 12 klemmt oder eine Getreideprobe an einer Kammer fest anhaftet, ergeben sich Messwerte, die von erwarteten Messwerten stark abweichen. Dies wird mit dem Vergleicher 35 festgestellt. Falls der Vergleich eines Messwertes mit Vergleichsgrößen ergibt, dass kein oder zu wenig Getreide in der Messstrecke 21 liegt, so wird bei spielsweise eine (nicht dargestellte) Einrichtung zur Reini gung des Schaufelrades oder eine Schütteleinrichtung betätigt.

Die Erfindung wird hier unter beispielhaftem Bezug auf eine Transmissionsmessung erläutert. In entsprechender Weise ist die Erfindung auch mit anderen spektroskopischen Messungen an einer Messstrecke eines Fallschachtes einer Getreideförderein richtung, z. B. mit Reflektionsmessungen, umsetzbar.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

1. Verfahren zur Messung spektroskopischer Eigenschaften von Getreide, bei dem das Getreide mit einer Zufuhreinrichtung in einen Fallschacht (20) transportiert und dort an einer Mess strecke (21) einer Erfassung von spektroskopischen Parametern des Getreides unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Fallschacht (20) eine der Messstrecke nachgeordnete Sperr einrichtung (23) derart betätigt wird, dass das Getreide im Fallschacht (20) abwechselnd bewegt wird und ruht und die Er fassung der spektroskopischen Parameter am ruhenden Getreide erfolgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem als Zufuhreinrichtung ein Schaufelrad (12) verwendet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zufuhrein richtung laufend betätigt wird und eine vorbestimmte Anzahl von Getreideportionen in den Fallschacht (20) bewegt, bis bei geschlossener Sperreinrichtung (23) eine vorbestimmte Getrei deschicht an der Messstrecke (21) gebildet ist, anschließend die Erfassung der spektroskopischen Parameter erfolgt und da nach die Sperreinrichtung (23) freigegeben wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zufuhrein richtung diskontinuierlich Getreideportionen in den Fall schacht (20) bewegt.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sperreinrichtung (23) mit einer Stelleinrichtung (24) betätigt wird, die nach Abschluß einer Messung an jeweils ei ner Getreideprobe angesteuert wird.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zufuhreinrichtung in Abhängigkeit vom Messsignal einer Reinigung und/oder einem Rüttelvorgang unterzogen wird.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Messung der Transmission oder der optischen Dichte des in der Messstrecke (21) befindlichen Getreides erfolgt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem eine Differenzwert- oder -spektrenbildung erfolgt.

9. Getreidefördereinrichtung (100) mit einer Messeinrichtung (30) zur Messung spektraler Eigenschaften von Getreide, bei der eine Zufuhreinrichtung und ein Fallschacht (20) vorgesehen sind, an dem die Messeinrichtung (30) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine am Fallschacht (20) unterhalb der Messeinrichtung (30) angeordnete Sperreinrichtung (23), mit der der Fallschacht (20) zumindest zeitweilig verschließbar ist.

10. Getreidefördereinrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Zufuhreinrichtung ein Schaufelrad (12) aufweist.

11. Getreidefördereinrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, bei der die Wand des Fallschachts (20) im Bereich der Messeinrich tung (30) zumindest teilweise durch optische Filter aus einem Material gebildet wird, das unempfindlich gegen elektrostati sche Aufladungen ist.

12. Getreidefördereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der ein Regelkreis zur Behebung von Störzuständen der Zufuhreinrichtung vorgesehen ist.