KR101690073B1 - 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과일, 음료, 식품 등 물체 내의 유기화합물 성분이나 내부품질을 비파괴 방식으로 측정하는 분광분석장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비파괴측정기술의 한 분야인 근적외선(NIR : near infra-red) 분광분석(spectroscopic analysis) 기술을 적용하되, 구성요소들이 컴팩트한 구조로 결합되어 소형화되고, 측정 오차를 줄여 정확도를 높인 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치는 측정물체의 측정부위를 외부와 차단되도록 덮는 외부차광부재; 상기 측정물체의 측정부위로 빛을 조사하는 광원부재; 상기 측정물체의 측정부위에서 반사 및 확산되어 입사되는 수집하는 수광렌즈; 상기 수광렌즈를 통해 수집되어 입사되는 빛을 파장별로 분리하여 검출하는 분광기;를 포함하여 이루어지되, 상기 수광렌즈의 중앙부에는 안착홀이 형성되고, 상기 광원부재는 상기 안착홀에 안착되어 배치되고, 상기 수광렌즈와 분광기는 상기 광원부재의 광축선 상에 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치{The Apparatus of Spectroscopic Analysis with compact structure}
본 발명은 과일, 음료, 식품 등 물체 내의 유기화합물 성분이나 내부품질을 비파괴 방식으로 측정하는 분광분석장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비파괴측정기술의 한 분야인 근적외선(NIR : near infra-red) 분광분석(spectroscopic analysis) 기술을 적용하되, 구성요소들이 컴팩트한 구조로 결합되어 소형화되고, 측정 오차를 줄여 정확도를 높인 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치에 관한 것이다.
일반적으로 근적외선 분광분석장치는 물질 내부에 빛을 조사하는 수단인 광대역파장(broadband wavelength)의 발광부재와 물질 내부로부터 출력되는 빛을 수집하는 수광부와 수집된 빛의 흡수파장스펙트럼(absorbance wavelength spectrum)을 검출하는 분광기(spectrometer)를 포함하여 구성된다.
이러한 근적외선 분광분석장치는 획득한 흡수파장스펙트럼과 성분과의 상관관계(correlation)를 회귀분석(regression analysis)과 적절한 수전처리(math preprocessing) 및 보정(correction)식을 이용한 검량모델식(calibration model equation)으로 작성하여 물질을 파괴하거나 전처리를 하지 않고서도 물질내부의 물리적, 화학적 성질들을 비파괴 측정할 수 있다.
근적외선 분광분석장치의 하나로 과일의 당도측정기가 있다.
과일의 당도 등 내부품질은 품종별 또는 수확 시기나 재배환경과 재배기술의 차이에 의해서 개체별로 격차가 클 뿐만 아니라, 동일한 과수에 달린 과일들 사이에도 차이가 발생한다. 따라서 재배단계 또는 수확전후에서 과일의 실시간 당도측정을 통한 적절한 재배기술의 투입과 수확적기 판정에 따른 과일품질향상의 수단으로 비파괴 당도측정기가 필수적으로 요구된다 할 수 있다.
과일의 당도를 측정하는 분광분석장치에 관한 종래기술로 공개특허 제10-2004-0015157호 "핸드타입의 내부품질 검사장치"가 개시되었다.
상기 공개특허 제10-2004-0015157호 "핸드타입의 내부품질 검사장치"는 발광부에서 검사대상물로 조사된 후 확산반사되는 빛을 광섬유로 수집하여 분광기로 전송한다.
상기 공개특허 제10-2004-0015157호 "핸드타입의 내부품질 검사장치"는 수많은 광섬유를 분광기의 입력슬릿에 평행하게 배치하여야 하기에 상대적으로 넓은 공간을 확보해야 하고, 확보된 공간에 광섬유들을 배치시키는 작업이 쉽지 않고, 광섬유에 확산반사되는 빛을 수집(집광)시키는 것이 어려운 문제가 있다.
과일의 당도를 측정하는 분광분석장치에 관한 종래기술로 본원발명의 출원인도 등록특허 제10-1397158호 "감귤용 휴대용 비파괴 당도측정기"를 제안하였다.
상기 등록특허 제10-1397158호 "감귤용 휴대용 비파괴 당도측정기"는 빛을 조사하는 발광부와 확산반사되는 빛을 수집하는 수광부를 옆으로 나란하게 배치하고 있다.
상기 등록특허 제10-1397158호 "감귤용 휴대용 비파괴 당도측정기"처럼 발광부와 수광부를 옆으로 나란하게 배치하는 구조에서는, 발광부와 수광부의 간격이 멀면 측정 결과가 측정물체의 크기와 형상에 많은 영향을 받고, 간격이 좁으면 빛이 측정물체로의 침투깊이가 낮고 빛의 간섭이 발생할 우려가 커서, 측정되는 당도에 오차가 클 수 있다. 그리고 발광부와 수광부가 옆으로 배치되는 구조이어서 발광부와 수광부 각각의 설치공간을 확보해야해서 분광분석장치의 부피가 커진다.
본 발명은 이처럼 종래기술에 따른 분광분석장치가 갖는 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서 휴대하고 다니면서 사용하기 편리하도록 구성요소들이 컴팩트한 결합구조를 가져서 소형화하고, 측정물체의 크기와 형상에 따른 영향을 최소화하고, 빛의 침투깊이는 크게 하면서 수광효율은 높여서 측정 신뢰도가 높은 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치를 제공함을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치는
측정물체의 측정부위를 외부와 차단되도록 덮는 외부차광부재;
상기 측정물체의 측정부위로 빛을 조사하는 광원부재;
상기 측정물체의 측정부위에서 반사 및 확산되어 입사되는 빛을 수집하는 수광렌즈;
상기 수광렌즈를 통해 수집되어 입사되는 빛을 파장별로 분리하여 검출하는 분광기;를 포함하여 이루어지되,
상기 수광렌즈의 중앙부에는 안착홀이 형성되고, 상기 광원부재는 상기 안착홀에 안착되어 배치되고, 상기 수광렌즈와 분광기는 상기 광원부재의 광축선 상에 배열되는 것을 특징으로 한다.
그리고 내면으로 상기 광원부재가 밀착되어 결합되고, 외면은 상기 수광렌즈의 안착홀 내벽에 밀착되어 결합되고, 전방은 상기 수광렌즈의 전면으로 돌출되는 내부차광고무;를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 외부차광부재는 측정물체에 밀착되도록 고무재질로 이루어지며 접힘이 가능한 접이부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본원발명은 발광부인 광원부재와 수광부인 수광렌즈가 겹쳐져 같은 위치에 배치되는 구조이어서 이들이 차지하는 부피를 최소화함으로써 분광분석장치 제품을 보다 소형화할 수 있고, 광원부재의 광축선 상에 수광렌즈와 분광기가 배열되어서 측정물체의 크기와 형상의 차이에 따른 영향을 적게 받고, 빛의 침투깊이를 깊고 넓게할 수 있고, 내부차광고무를 통해 발광부와 수광부 간의 빛의 간섭을 최소화함으로써 분광 측정의 정밀도를 향상시킨 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치로서, 산업발전에 매우 유용한 발명이다.
도 1 은 본 발명에 따른 분광분석장치의 개략적인 블럭 구성도.
도 2 는 본 발명의 일례에 따른 분광분석장치가 과일의 당도를 측정하는 상태도.
도 3 은 본 발명에 따른 분광분석장치의 내부 구조도.
도 4 는 본 발명에 따른 분광분석장치의 요부를 도시한 분해 사시도.
도 5a 는 본 발명에 따른 분광기의 단면도.
도 5b 는 본 발명의 일례에 따른 분광기의 출력신호인 분광 파장스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 6 은 본 발명에 따른 광원부재의 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 분광분석장치를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 분광분석장치를 보다 구체적으로 설명하기에 앞서,
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
먼저, 도1을 참조하여 본 발명에 따른 분광분석장치(100)의 개략적인 블럭 구조를 설명한다.
분광분석장치(100)는 본체케이스(40), 본체케이스(40)의 전방에 배치되는 헤드부(10), 헤드부(10)와 소정의 이격거리를 유지한 채 본체케이스(40)의 후방에 내장되어 배치되는 분광기(20) 및 컨트롤러(30)를 포함한다.
상기 헤드부(10)는 측정물체(1) 표면에 안정적으로 밀착되고, 측정물체(1)의 크기와 곡률에 따른 영향을 최소화되도록 설계되고, 소형화를 위해 발광부와 수광부가 컴팩트한 구조로 결합되고, 측정 정밀도를 높이기 위한 구조를 갖는 등 본 발명에 따른 기술의 핵심이 되는 파트이다.
상기 컨트롤러(30)는 여러 가지 전자부품이 배치되는 인쇄회로기판으로써, 주요 기능과 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다. 광원구동부는 회로기판(16)을 통해 광원부재(60)에 점등을 위한 전원을 공급하고, 광검출부는 분광기(20)로부터 출력되는 아날로그 전기신호를 디지털 데이터로 변환하여 수집하며, 외부통신부는 상기 광검출부에서 획득한 스펙트럼 데이터를 외부 컴퓨터나 스마트폰 등으로 USB 또는 블루투스 전송하고, 전원부는 배터리 충전과 컨트롤러(30)에 전원을 공급한다. 상기 컨트롤러(30)는 부가적으로 전원구동, 스위치 및 표시등 점멸 등의 기능을 수행할 수 있다.
도2는 본 발명의 일례에 따른 분광분석장치가 과일의 당도를 측정하는 상태도이다.
본 발명의 분광분석장치(100)는 한 손으로 과일을 잡고, 다른 한 손으로 분광분석장치(100)의 본체케이스(40)를 잡고, 헤드부(10)의 외부차광부재(15)가 과일의 표피에 밀착하도록 유지하고, 한 손의 엄지손가락으로 본체케이스(40)에 부착된 스위치를 누르면 측정이 이루어진다. 이때, 측정 중에도 과일과의 밀착상태를 사용자가 계속 유지하도록 효과음이나 표시램프를 사용할 수 있다.
이하에서는 도3과 도4를 참조하여 상기 헤드부(10)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
상기 헤드부(10)에는 외부차광부재(15), 헤드케이스(14), 내부차광고무(13), 수광렌즈(11), 광원부재(60), 회로기판(16)이 구비된다.
발광부로서 상기 광원부재(60)는 분광분석을 위한 근적외선 빛을 발산하여 전방의 측정물체 표면(즉, 외부차광부재가 감싸는 측정부위)으로 조사하고, 수광부로서 상기 수광렌즈(11)는 상기 광원부재(60)에서 조사된 빛이 측정물체의 내부로 침투된 후에 확산반사로 출력되는 빛을 수집하여 분광기로(20)로 전송한다.
여기서, 본 발명은 상기 광원부재(60)와 수광렌즈(11)의 설치공간을 따로 준비하지 않고 이들(11, 60)의 설치공간이 공유되도록, 즉, 같은 공간에 설치되도록 하여 이들이 차지하는 공간을 최소화하였다.
설치공간을 최소화하기 위해서, 그리고 수광렌즈(11)가 광원부재(60)의 광축선 상에 배치되도록하기 위해서, 상기 수광렌즈(11)의 중앙부에는 안착홀(111)이 형성되고, 상기 광원부재(60)는 상기 안착홀(111)에 안착되어 배치된다.
상기 내부차광고무(13)는 탄성을 갖는 고무재질로 이루어지면서 내면으로 상기 광원부재(60)를 밀착하여 결합시키고, 외면은 상기 안착홀(111)의 내벽에 밀착되어 결합되어서 외부에서 충격이 가해지더라도 광원부재(60)는 흔들림 없이 안착홀(111)의 중심에 배치되어 고정되도록 한다.
상기 내부차광고무(13)는 광원부재(60)와 수광렌즈(11)를 일정 간격으로 이격시켜서 광원부재(60)에서 측정물체(1)로 조사된 빛이 측정물체의 표면이나 얇은 침투깊이에서 확산반사되어 수광렌즈(11)로 입사되는 것을 차단한다.
상기 내부차광고무(13)는 전방이 수광렌즈(11)의 전면으로 돌출되고 탄성의 고무재질로 이루어져서 측정물체(1)의 크기와 곡률이 달라지더라도 측정물체(1)의 표면에 밀착되게 하고, 발광영역과 수광영역을 격리차단한다.
상기 외부차광부재(15)는 본체케이스(40)의 전방에 구비되어서 측정물체(1)의 측정부위를 덮고, 내부에는 상기 발광부재(60)와 수광렌즈(11) 등이 배치되어서 이들을 외부와 차단되도록 한다. 즉, 외부의 자연광이나 산란광 등이 외부차광부재(15)의 내부로 유입되어 수광렌즈(11)에 침투되지 않도록 한다.
상기 외부차광부재(15)는 측정물체(1)의 다양한 크기와 곡률에도 밀착될 수 있도록 고무재질로 이루어지며 접힘이 가능한 접이부(151)가 형성된다.
상기 회로기판(16)에는 상기 광원부재(60)가 결선되고, 상기 컨트롤러(30)의 광원구동부가 공급하는 구동전원을 상기 광원부재(60)에 인가한다.
상기 회로기판(16)에는 상기 수광렌즈(11)가 수집하여 출력하는 빛이 분광기(20)에 입사될 수 있도록 하는 투과홀(161)이 형성된다.
상기 헤드케이스(14)는 서로 조립결합되는 전방케이스(141)와 후방케이스(145)로 구성되고, 내부에는 상기 광원부재(60), 수광렌즈(11) 및 내부차광고무(13)의 조립체가 배치되고, 전방케이스(141)의 전방으로는 상기 외부차광부재(15)가 조립결합되고, 후방케이스(145)의 후방으로는 상기 회로기판(16)이 배치된다.
상기 전방케이스(141)와 후방케이스(145)에는 후크식으로 서로 조립결합되는 후크돌기(142)와 후크홈(146)이 형성되고, 상기 전방케이스(141)에는 상기 외부차광부재(15)의 후방 내면에 돌출된 조립돌기(153)이 안착되어 결합되는 조립홈(143)이 형성되고, 상기 후방케이스(145)의 후면에는 상기 회로기판(16)의 투과홀(161)처럼 상기 수광렌즈(11)가 수집하여 출력하는 빛이 분광기(20)이 입사될 수 있도록 하는 투과공(147)이 형성된다.
도5a와 도5b를 참조하여 상기 분광기(20)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
상기 분광기(20)는 분광기본체(28)의 내측에 광축선(50)과 일직선을 이루도록 배치되는 입력슬릿(21), 입력슬릿(21)이 형성된 실리콘 기판(24) 상에 형성되는 이미지 센서(25), 실리콘 기판(24)의 하부면에 결합되는 동시에 전기회로패턴이 형성된 투명한 유리회로기판(26), 상기 유리회로기판(26)의 하부에 배치되는 동시에 그 외측 표면에 회절격자(23)가 새겨진 볼록렌즈(22), 유리회로기판(26)에 전기적으로 연결되는 리드프레임(27)을 포함한다.
상기 분광기(20)의 일측에 형성되는 박막광필터(20a)는 일 실시예로서 측정물체(1)의 측정요인들과 상관도가 높은 파장대역의 투과율을 증가시켜, 신호대잡음비가 향상되어 측정의 정밀도와 정확도를 향상시키고, 불필요한 파장대역을 차단하여 분광기(20) 내부의 산란광을 억제하는 효과도 있다.
상기 분광기(20)는 상기 헤드부(10)에 배치되는 수광렌즈(11)의 초점거리에 분광헤드부(20)의 입력슬릿(21)이 위치하도록 본체케이스(40)에 고정된다. 이때, 수광렌즈(11)의 직경과 초점거리는 분광기(20)에 배치되는 입력슬릿(21)의 유효입사각(개구수:numerical aperture)(20b)에 의해서 결정된다. 따라서 분광기(20)와 수광렌즈(11), 광원부재(60)는 광축선(50) 상에 일직선으로 배열되도록 구성된다.
상기 분광기(20)의 구성에 의해서, 측정물체(1)로부터 확산반사된 빛은 수광렌즈(11)를 통해 집광(focusing)되어 박막광필터(20a)를 통과하고 유효입사각(20b) 내에 있는 빔(beam)만 입력슬릿(33)을 통과하고, 제한된 크기로 확산된 빛은 볼록렌즈(22)의 표면에 새겨진 회절격자(23)에서 각 파장별로 분리되어 이미지센서(25)의 각 픽셀(pixel)에서 광전류로 변환되고, 리드프레임(27)을 통하여 컨트롤러부(40)의 광검출부에서 도5b와 같이 일 실시예로서 분광 파장스펙트럼 데이터가 생성된다.
도6을 참조하면, 상기 광원부재(60)는 알루미늄 재질의 원통형 램프본체(62)의 중심부에 미니전구(61)를 세멘트나 에폭시 등의 경화제로 고정하여 구성한다. 상기 미니전구(61)의 필라멘트는 발산된 빛이 측정물체(1) 측으로 집광되도록 램프본체(62)의 타원형 반사면의 한 정점에 위치하도록 설계된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 분광분석장치(100)의 작동구조를 간략히 설명한다.
본 발명의 분광분석장치(100)는 헤드부(10)에 고정되는 광원부재(60)와 수광렌즈(11), 분광기(20)를 소형화 할 수 있게 되어, 분광분석장치(100)의 전체 형상을 포켓타입으로 하여 측정물체(1)의 표면에 접촉하는 것만으로 간편하게 조작할 수 있게 한다.
본 발명의 분광분석장치(100)는 발광부와 수광부가 일체화된 헤드부와 초소형 분광기를 포함한 구성으로 인해서 소형화, 경량화, 저소비전력화 및 저가격 구조가 가능할 수 있다.
더불어, 본 발명의 구성을 통해 이동과 휴대가 가능한 분광분석장치를 구현할 수 있으며, 외관만으로는 내부품질, 성분 등의 판정이 불가능한 과일, 음료, 식품 등의 내부품질을 대상물을 파괴하는 일 없이 검사할 수 있는 컴팩트하면서 포켓타입인 분광분석장치이다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 측정물체 10 : 헤드부
11 : 수광렌즈 111 : 안착홀
13 : 내부차광고무 14 : 헤드케이스
141 : 전방케이스 142 : 후크돌기
143 : 조립홈 145 : 후방케이스
146 : 후크홈 147 : 투과공
15 : 외부차광부재 151 : 접이부
153 : 조립돌기 16 : 회로기판
161 : 투과홀 20 : 분광기
21 : 입력슬릿 22 : 볼록렌즈
23 : 회절격자 24 : 실리콘기판
25 : 이미지센서 26 : 유리회로기판
27 : 리드프레임 28 : 분광기본체
20a : 박막광필터 20b : 유효입사각
30 : 컨트롤러 40 : 본체케이스
50 : 광축선 60 : 광원부재
61 : 미니전구 62 : 램프본체
63 : 램프전원단자

Claims (3)

  1. 측정물체의 측정부위를 외부와 차단되도록 덮는 외부차광부재;
    상기 측정물체의 측정부위로 빛을 조사하는 광원부재;
    상기 측정물체의 측정부위에서 반사 및 확산되어 입사되는 빛을 수집하는 수광렌즈;
    상기 수광렌즈를 통해 수집되어 입사되는 빛을 파장별로 분리하여 검출하는 분광기;를 포함하여 이루어지되,

    상기 수광렌즈의 중앙부에는 안착홀이 형성되고, 상기 광원부재는 상기 안착홀에 안착되어 배치되고, 상기 수광렌즈와 분광기는 상기 광원부재의 광축선 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    내면으로 상기 광원부재가 밀착되어 결합되고, 외면은 상기 수광렌즈의 안착홀 내벽에 밀착되어 결합되고, 전방은 상기 수광렌즈의 전면으로 돌출되는 내부차광고무;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외부차광부재는 측정물체에 밀착되도록 고무재질로 이루어지며 접힘이 가능한 접이부가 형성되는 것을 특징으로 하는 컴팩트한 구조를 갖는 분광분석장치.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190056787A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 한국식품연구원 비파괴 품질측정장치
KR20190056785A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 한국식품연구원 근적외선 분광법을 이용한 비파괴 품질측정장치
KR20200099738A (ko) 2019-02-15 2020-08-25 주식회사 파이퀀트 성분 분석 장치, 시스템 및 방법
KR20200099740A (ko) 2019-02-15 2020-08-25 주식회사 파이퀀트 성분 분석 장치, 시스템 및 방법
KR20210040572A (ko) 2019-10-04 2021-04-14 주식회사 파이퀀트 특정 물질의 분석을 위한 분광 장치
KR20210040729A (ko) 2019-10-05 2021-04-14 주식회사 파이퀀트 지시제를 이용하여 유해 물질을 검출하기 위한 분광 장치
KR20210040730A (ko) 2019-10-05 2021-04-14 주식회사 파이퀀트 휴대용 장치에 착탈 가능한 특정 물질의 분석을 위한 분광 장치
KR20220164201A (ko) 2021-06-04 2022-12-13 주식회사 리얼바이오메디칼 개인 휴대용 식품 구성 성분 및 유해성 분석 모듈
KR20230068556A (ko) 2021-11-11 2023-05-18 서울대학교산학협력단 투과율 측정용 자외선-가시광선-적외선 분광 분석기

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108871578A (zh) * 2018-05-07 2018-11-23 链尚信息科技（上海）有限公司 取色装置
CN109520970B (zh) * 2018-11-07 2021-01-19 华南理工大学 一种基于光谱的水果品质检测装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326205A (ja) * 1998-05-08 1999-11-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザブレイクダウン分光分析装置
WO2002088681A1 (fr) * 2001-04-25 2002-11-07 Hiromu Maeda Instrument portable pour le controle qualite interne
KR101348563B1 (ko) * 2013-07-22 2014-01-17 주식회사 대성텍 비파괴 당도측정기
KR20150051817A (ko) * 2013-11-05 2015-05-13 대한민국(농촌진흥청장) 탁상용 비파괴 배 당도측정기

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3774039A (en) * 1973-03-05 1973-11-20 Scient Techn Inc Photoelectric apparatus for detecting light reflected from an object
US3996476A (en) * 1975-09-10 1976-12-07 Scientific Technology Incorporated Low noise photoelectric detector apparatus
US4350442A (en) * 1976-05-19 1982-09-21 Accusort Corporation Light and color detecting scanner for a sorting apparatus
US4131540A (en) * 1977-05-04 1978-12-26 Johnson Farm Machinery Co. Inc. Color sorting system
JPH0652171B2 (ja) * 1987-02-10 1994-07-06 株式会社オカダ 光学式非接触位置測定装置
JP2882824B2 (ja) * 1989-11-17 1999-04-12 三菱重工業株式会社 青果物の成分測定装置
JPH0650889A (ja) * 1992-07-31 1994-02-25 Shimadzu Corp 近赤外分析装置
US6137581A (en) * 1998-05-15 2000-10-24 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Measurement apparatus for measuring internal quality of object
AU766245B2 (en) * 1999-09-24 2003-10-09 Kabushiki Kaisha Kajitsu Hihakai Hinshitsu Kenkyujo Two side multiple lamp online inner part inspection apparatus
US6512577B1 (en) * 2000-03-13 2003-01-28 Richard M. Ozanich Apparatus and method for measuring and correlating characteristics of fruit with visible/near infra-red spectrum
US6677575B2 (en) * 2002-05-17 2004-01-13 Acu-Rite Inc. Object detecting device having activated light source
US7316322B2 (en) * 2002-12-24 2008-01-08 Kubota Corporation Quality evaluation apparatus for fruits and vegetables
US20070229832A1 (en) * 2004-05-10 2007-10-04 Hiromu Maeda Online internal quality inspection method and apparatus
ITMO20050211A1 (it) * 2005-08-10 2007-02-11 Univ Bologna Alma Mater Metodo ed apparato per determinare la qualita' di prodotti ortofrutticoli
CN101526543B (zh) * 2009-03-30 2011-12-21 浙江大学 一种用于水果内部品质检测的输送托盘
JP5290058B2 (ja) * 2009-06-05 2013-09-18 テルモ株式会社 成分測定装置
US8371710B2 (en) * 2009-10-02 2013-02-12 Coast Cutlery Company Focusing lens system
JP5659497B2 (ja) * 2010-02-08 2015-01-28 ウシオ電機株式会社 光照射装置
JP2014010076A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 A-Kit Kk 糖化最終生成物質の測定装置
KR101397158B1 (ko) 2012-10-23 2014-05-20 (주)해아림 감귤용 휴대용 비파괴 당도측정기
CN103487396B (zh) * 2013-09-20 2016-04-20 华东交通大学 一种光照参数可调的近红外水果糖度无损检测装置
EP3457429B1 (en) * 2014-05-15 2023-11-08 Excelitas Technologies Corp. Laser driven sealed beam lamp with adjustable pressure
CN204758483U (zh) * 2015-07-03 2015-11-11 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 多通道光源诱导荧光检测器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326205A (ja) * 1998-05-08 1999-11-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザブレイクダウン分光分析装置
WO2002088681A1 (fr) * 2001-04-25 2002-11-07 Hiromu Maeda Instrument portable pour le controle qualite interne
KR101348563B1 (ko) * 2013-07-22 2014-01-17 주식회사 대성텍 비파괴 당도측정기
KR20150051817A (ko) * 2013-11-05 2015-05-13 대한민국(농촌진흥청장) 탁상용 비파괴 배 당도측정기

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190056785A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 한국식품연구원 근적외선 분광법을 이용한 비파괴 품질측정장치
KR102074393B1 (ko) * 2017-11-17 2020-02-14 한국식품연구원 근적외선 분광법을 이용한 비파괴 품질측정장치
KR102074401B1 (ko) * 2017-11-17 2020-04-07 한국식품연구원 비파괴 품질측정장치
KR20190056787A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 한국식품연구원 비파괴 품질측정장치
KR20230002221A (ko) 2019-02-15 2023-01-05 주식회사 파이퀀트 성분 스펙트럼을 활용한 성분 분석 시스템, 그 성분 분석 방법
KR20200099738A (ko) 2019-02-15 2020-08-25 주식회사 파이퀀트 성분 분석 장치, 시스템 및 방법
KR20200099740A (ko) 2019-02-15 2020-08-25 주식회사 파이퀀트 성분 분석 장치, 시스템 및 방법
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KR20210040572A (ko) 2019-10-04 2021-04-14 주식회사 파이퀀트 특정 물질의 분석을 위한 분광 장치
KR20210040730A (ko) 2019-10-05 2021-04-14 주식회사 파이퀀트 휴대용 장치에 착탈 가능한 특정 물질의 분석을 위한 분광 장치
KR20210040729A (ko) 2019-10-05 2021-04-14 주식회사 파이퀀트 지시제를 이용하여 유해 물질을 검출하기 위한 분광 장치
KR20220164201A (ko) 2021-06-04 2022-12-13 주식회사 리얼바이오메디칼 개인 휴대용 식품 구성 성분 및 유해성 분석 모듈
KR20230068556A (ko) 2021-11-11 2023-05-18 서울대학교산학협력단 투과율 측정용 자외선-가시광선-적외선 분광 분석기

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