KR102503469B1 - 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치는 피검체의 형상에 따라 피벗 회전하여 기울기가 변하는 피검체 거치대를 가지므로, 크기가 상이한 피검체들이 거치대에 안정적으로 거치된다.
Description
본 발명은 농산물의 내부품질을 비파괴적으로 측정하는 휴대용 측정장치에 관한 것이며, 특히 근적외선을 이용하는 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치에 관한 것이다.
근적외선(NIR: near infra-red) 분광기술을 이용하여 비파괴적으로 농산물의 내부품질(예: 당도, 산도 등)을 측정하는 기술이 알려져 있다.
빛이 피검체인 농산물에 입사되면, 피검체에 의해 반사 또는 홉수되거나 피검체를 투과한다. 피검체의 표면에서 입사각과 동일한 각도로 반사되는 것을 정반사라고 하고, 피검체의 표면을 침투하여 입사광 쪽으로 다시 반사되는 것을 체반사라고 한다. 또한, 피검체의 표면이 균일하지 않으므로 반사광의 상당 부분이 일정하지 않은 방향으로 반사되는 경우가 많은데, 이것을 확산반사라고 한다. 확산반사는 다양한 방향으로 반사하는 것을 의미하며, 체반사는 산란에 의해 확산반사의 특성을 보이며, 입사광이 피검체의 표면에서 바로 반사되는 경계반사의 경우도 피검체 표면이 울퉁불퉁한 경우 그 정도에 따라 확산반사의 특성을 보일 수 있다.
근적외선 분광기술은 물체가 근적외선을 흡수하는 정도를 이용하여 물체의 내부 품질을 예측하는 방법이다. 이를 위해 측정 대상에 여러 파장의 근적외선을 조사한 후, 파장별로 측정 대상이 빛을 흡수하는 정도를 측정한 다음, 다중회귀분석이나 부분 최소제곱회귀분석법 등의 기법으로 당도, 산도 등의 내부 품질과 가장 유의한 관계를 나타내는 파장을 선발하고, 이러한 파장의 흡광도가 인자로 이루어진 품질예측모델(품질측정용 교정식)을 개발한다. 그리고, 미지의 피검체에 빛을 조사하여 흡광도를 측정하고 상기 품질예측모델에 대입하여 당도 또는 산도와 같은 피검체의 내부 품질을 판정한다.
측정하려는 내부 품질이 당도인 경우, 빛을 피검체에 조사하면 특정 파장의 빛이 피검체 속에 존재하는 당(糖)에 의해 흡수되는 현상을 이용하며, 흡수된 빛의 양이 많으면 당도가 높고, 흡수된 빛의 양이 적으면 당도가 낮다고 할 수 있다.
피검체 내부 품질을 판정하기 위해서는, 흡광도를 측정하여야 하는데 흡광도는 직접적인 측정이 어렵다. 그런데 원래 광원이 가진 에너지(피검체에 조사된 광 에너지)에 대해 피검체가 흡수하고 남은 에너지가 반사나 투과의 형태로 나타난다. 따라서 흡광도를 직접 측정하는 대신에 피검체에 조사된 빛의 반사율과 투과율, 그리고 확산반사율을 측정한다. 반사율은 광원의 세기에 대한 반사광 세기의 비율이고, 투과율은 광원의 세기에 대한 투과광 세기의 비율이며, 확산반사율은 광원의 세기에 대한 입사되었다가 반사되어 나온 광의 세기의 비율이다.
비파괴 내부품질 측정장치는 발광부와 수광부의 배치에 따라 크게 전투과식, 반투과식, 반사식으로 분류할 수 있다. 전투과식은 발광부와 수광부가 피검체를 사이에 두고 서로 반대되게 배치되어 발광부에서 나와 피검체를 투과하여 반대 방향으로 나간 빛을 수광부에서 받아들이는 방식이며, 반투과식은 발광부와 수광부가 대략 직교하게 배치되어 발광부에서 나와 피검체를 투과하여 직교 방향으로 나간 빛을 수광부에서 받아들이는 방식이며, 반사식은 발광부와 수광부가 동일한 위치에 배치되어 발광부에서 나와 피검체를 투과하여 굴절되어 돌아온 빛을 수광부에서 받아들이는 방식이다.
특허 제10-1397158호는 "감귤용 휴대용 비파괴 당도측정기"에 관한 것으로서, 이 측정기는 측정헤드부; 측정헤드부에 배치되어 당도 측정 대상물체인 감귤에 빛을 조사하는 발광부; 발광부와 소정의 이격거리를 유지한채 측정헤드부에 배치되며, 감귤로부터 빛을 검출하는 수광/분광헤드부; 및 측정헤드부의 전방에 밀착 고정되는 탄성패드를 포함한다. 이 선행기술은 발광부와 수광/분광헤드부로부터 각각 연장되는 가상의 광축들은 서로 교차하되 그 교차각이 수직이어야 하며 적도 부위의 직경이 60mm인 감귤 중과의 중심점과 상기 광축들의 교차점이 일치하는 것을 특징으로 한다.
그러나 특허 제10-1397158호에 개시된 측정기는 특정 크기의 감귤에 적합할 수 있지만, 이러한 감귤과는 크기가 상당히 상이한 피검체의 당도 등을 측정할 때는 노이즈(noise) 빛의 간섭을 없애는 데는 효과적이지 않다.
본 발명은 서로 다른 크기의 농산물의 내부품질을 보다 정확하게 측정할 수 있는 측정장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 피검체가 안착하는 거치대가 피검체의 크기나 형상에 따라 피벗 회전하여 기울기가 변하는 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치를 제공한다.
본 발명에 따른 측정장치는 케이싱; 케이싱의 내부에 배설된 베이스; 베이스에 의해 지지되는 제1회전축; 제1회전축을 중심으로 피벗 회전 가능하고 피검체가 거치되는 제1거치대; 베이스에 의해 지지되는 제2회전축; 제2회전축을 중심으로 피벗 회전 가능하고 피검체가 거치되는 제2거치대; 제1거치대에 내장되어 있으며, 피검체에 근적외선을 조사하는 광원부; 및 제2거치대에 내장되어 있으며 피검체로부터 출사되는 광을 수집하는 수광부를 포함하며,
제1거치대는 한쪽 말단에 피검체와 접촉하는 제1접촉부를 가지며, 제2거치대는 한쪽 말단에 피검체와 접촉하는 제2접촉부를 갖고, 제1접촉부로부터 연장되는 제1중심선과 장치중심선에 의해 형성되는 제1교차각이 피검체에 따라 변하고, 제2접촉부로부터 연장되는 제2중심선과 장치중심선에 의해 형성되는 제2교차각이 피검체에 따라 변한다.
제1접촉부와 제2접촉부는 링(ring) 형상일 수 있다.
제1교차각과 제2교차각의 합은 30°내지 150°일 수도 있다.
제1접촉부와 제2접촉부는 장치중심선을 기준으로 서로 대칭적인 위치에 있을 수 있다.
광원부의 광원은 발광다이오드일 수 있다.
또한 광검출부가 제2거치대에 내장되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치에서는, 크기 또는 형상이 상이한 피검체들이 거치대에 안정적으로 거치되어, 피검체의 크기와 곡률에 따른 측정 오차가 최소화된다.
본 발명에 따른 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치의 거치대는 다양한 크기나 형상의 피검체에 밀착하기 때문에, 피검체의 외피를 통해 직접적으로 산란되어 수광부로 오는 광을 감소시키면서 피검체의 내부로 침투해 반사 및 흡수 절차를 거치고 난 뒤의 광만이 수광부로 들어오도록 함으로서 내부품질 측정의 정확도가 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 측정장치를 개략적인 블럭 구성도로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 측정장치에서 헤드부의 케이싱이 제거된 상태를 예시한 것이다.
도 6은 도 5의 측정장치를 분해한 상태를 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 측정 장치의 헤드부를 예시이다.
도 8과 도 9는 본 발명에 따른 측정장치의 거치대의 기울기가 피검체에 따라 변함을 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 측정장치에서 헤드부의 케이싱이 제거된 상태를 예시한 것이다.
도 6은 도 5의 측정장치를 분해한 상태를 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 측정 장치의 헤드부를 예시이다.
도 8과 도 9는 본 발명에 따른 측정장치의 거치대의 기울기가 피검체에 따라 변함을 보여준다.
본 발명은 근적외선을 이용하여 과일, 채소와 같은 농산물의 당도, 산도, 수분과 같은 내부품질을 비파괴적으로 측정하는 휴대용 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장치를 개략적인 블럭 구성도로 나타낸 것으로, 이 실시예에 따른 장치는 광원부(40), 수광부(50), 온도측정부(60), 광검출부(70), 연산제어부(80), 표시부(90)를 구비하고 있다.
광원부(40)는 피검체(F)인 농산물에 빛을 조사한다. 조사되는 빛의 파장 대역은 700~2,500 ㎚일 수 있다.
광원부(40)에서 조사된 빛의 일부는 피검체(F)의 내부로 들어가서 흡수, 반사, 투과 등의 과정을 거친 후에 피검체(F)의 외부로 출사되는데, 수광부(50)는 이와 같이 출사된 빛을 피검체(F)의 내부품질 측정을 위해 수집한다.
광검출부(70)는 수광부(50)가 수집한 빛을 파장별로 분광하고 분광된 빛을 파장대역별로 누적시켜 전기신호로 변환한다. 분광을 위해 회절격자(미도시)를 이용할 수도 있고, 분광된 빛을 파장대역별로 누적시켜 전기신호로 변환하는 데는 광다이오드 어레이(Photo Diode Array)센서(미도시)를 이용할 수도 있다.
온도측정부(60)는 피검체(F)의 온도를 측정하고, 온도 정보를 연산제어부(80)에 제공한다. 온도측정부(60)는 온도센서를 포함할 수 있고, 온도 센서는 적외선 온도 센서일 수 있다.
연산제어부(80)는 광검출부(70)로부터 전기신호를 받아 피검체(F)의 내부품질과 관련된 파장에서의 반사율만을 내부품질예측모델식에 대입하여 피검체(F)의 내부품질을 판정한다. 연산제어부(80)가 이러한 판정을 할 때는 온도측정부(60)로부터 받은 온도 정보를 이용하여 온도차 보정을 실시한다.
표시부(90)는 연산제어부(80)에서 판정한 피검체(F)의 내부품질을 화면 등을 통해 표시한다. 표시부(90)는 통상의 디스플레이 소자로서, LCD(액정디스플레이) 또는 발광다이오드(LED) 메트릭스(matrix)로 이루어질 수도 있다.
도 2와 도 3에서와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치 (100)는 헤드부(2)와 몸체부(3)로 구분할 수 있다. 헤드부(2)는 피검체가 내부품질 측정을 위해 안착하는 곳인 제1거치대(10)와 제2거치대(20)를 포함한다. 또한 헤드부(2)와 몸체부(3)는 케이싱(1)에 내장되어 있다.
장치중심선(C1)은 헤드부(20)의 공간적 중심을 통과한다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 측정장치(100)는 장치중심선(C1)을 기준으로 대칭적 위치에 제1거치대(10)와 제2거치대(20)를 구비하고 있는데, 내부품질 측정의 대상인 피검체(F)는 제1거치대(10)와 제2거치대(20)에 안착한다.
제1거치대(10)는 제1회전축(12)을 중심으로 피벗 회전할 수 있고, 제1회전축(12)은 베이스(30)에 의해 지지된다.
제1거치대(10)는 한쪽 말단에는 피검체(F)와 접촉하는 제1접촉부(11)를 갖는다. 피검체(F)는 제1접촉부(11)에 밀착 접촉한다.
제1접촉부(11)는 중공을 가지는 원판형일 수 있다. 제1접촉부(11)는 제1거치대(10)의 나머지 부분과는 다른 재질일 수 있으며, 제1접촉부(11)는 고무, 실리콘 등의 탄성 재질일 수 있다.
제2거치대(20)는 제2회전축(22)을 중심으로 피벗 회전할 수 있으며, 제2회전축(22)은 베이스(30)에 의해 지지된다.
제2거치대(20)는 한쪽 말단에는 피검체(F)와 접촉하는 제2접촉부(21)를 갖는다. 피검체(F)는 제2접촉부(21)에 밀착 접촉한다.
제2접촉부(21)는 중공을 가지는 원판형일 수 있다. 제2접촉부(21)는 제2거치대(20)의 나머지 부분과는 다른 재질일 수 있으며, 제2접촉부(21)는 고무, 실리콘 등의 탄성 재질일 수 있다.
베이스(30)는 케이싱(1)과는 별개의 부재로 형성되어 케이싱(1)에 고정될 수도 있으며, 케이싱(1)의 일부를 구성하며 케이싱(1)과 일체로 형성될 수도 있다. 베이스(30)의 형태는 특별히 제한되지 않지만, 베이스(30)는 케이싱(1)의 내부에 구비되어 제1거치대(10)와 제2거치대(20)가 피벗 회전을 할 수 있도록 제1회전축(12)과 제2회전축(22)을 지지할 수 있어야 한다.
베이스(30)는 제1회전축(12)의 양단과 제2회전축(22)의 양단이 끼움결합될 수 있는 끼움홈들을 가질 수도 있는데, 이 경우, 제1회전축(12)은 제1거치대(10)의 하부를 관통하면서 그 양단이 베이스(30)의 끼움홈들에 끼움 결합되고, 제2회전축(22)은 제2거치대(20)의 하부를 관통하면서 그 양단이 베이스(30)의 끼움홈들에 끼움 결합될 수도 있다.
제1접촉부(11)와 제2접촉부(21)는 장치중심선(C1)을 기준으로 서로 대칭적인 위치에 있는 게 바람직하다.
또한 제1회전축(12)과 제2회전축(22)이 서로 평행한 것이 바람직하다.
제1거치대(10)의 내부 공간에는 광원부(40)를 배치되어 있다. 광원부(40)는 광원(41)을 구비하고 있으며 피검체(F)에 근적외선을 조사할 수 있으며, 광원(41)는 발광다이오드일 수 있다.
제2거치대(20)의 내부 공간에는 수광부(50)가 배치되어 있다. 수광부(50)는 수광홀(51)을 포함한다. 광원(41)에서 조사된 빛이 피검체(F)의 내부로 침투한 후에 확산반사되어 피검체(F)의 외부로 출사되면 수광홀(51)은 이를 피검체 내부품질 분석을 위해 수집한다.
제2거치대(20)에는 온도센서(61)가 내장되어 있을 수 있다. 또한 2거치대(20)의 내부 공간에는 광검출부(70)의 일부 또는 전부가 내장되어 있을 수 있는데, 예를 들어 분광기(미도시)가 내장되어 있을 수 있다.
제1거치대(10)가 피벗 회전을 하면 장치중심선(C1)과 제1접촉부(11)로부터 연장된 제1 중심선(P1)이 교차하는 곳의 교차각인 제1교차각(θ1)의 크기가 변하고, 제2거치대(20)가 피벗 회전을 하면 장치중심선(C1)과 제2접촉부(21)로부터 연장되는 제2중심선(P2)이 교차하는 곳의 교차각인 제2 교차각(θ2)의 크기가 변한다.
제1거치대(10)와 제2거치대(20)는 다른 빛의 인입으로 인한 측정 오차를 배제하는 역할도 한다. 즉, 피검체(F)가 안착하였을 때, 광원(41)으로부터 피검체(F)로 조사된 빛 중에서 피검체(F)의 내부에 침투했다가 체반사된 것만이 수광홀(51)로 들어가게 하고, 외부의 자연광이나 산란광 등이 수광홀(51)에 침투되지 않도록 한다.
제1거치대(10)와 제2거치대(20)는 피검체(F)의 형상이나 크기에 대응하여 피벗 회전을 한다. 피검체(F)의 크기가 큰 경우에는 제1교차각(θ1)과 제2교차각(θ2)이 작아지며, 피검체(F)의 크기가 큰 경우에는 제1교차각(θ1)과 제2교차각(θ2)이 커진다. 제1교차각(θ1)과 제2교차각(θ2)의 합은 30° 내지 150°일 수 있다.
도 8과 도 9는 피검체(F)의 크기에 따라 제1교차각(θ1)과 제2교차각(θ2)이 변함을 보여준다. 도 8에서는 피검체(F)가 크기 때문에 제1교차각(θ1)과 제2교차각(θ2)이 작고, 도 9에서는 피검체(F)가 작기 때문에, 제1교차각(θ1)과 제2교차각(θ2)이 크다. 이와 같이 제1교차각(θ1)과 제2교차각(θ2)의 크기가 변하는 이유는 피검체(F) 표면의 곡률에 따라 제1거치대(10)와 제2거치대(20)가 피벗 회전을 하여 제1거치대(10)와 제2거치대(20)의 기울기가 변하기 때문이다.
100: 측정 장치
1: 케이싱 2: 헤드부
3: 몸체부
10: 제1거치대 11: 제1접촉부
12: 제1회전축 20: 제2거치대
21: 제2접촉부 22: 제2회전축
30: 베이스 40: 광원부
41: 광원 50: 수광부
51: 수광홀 60: 온도측정부
61: 온도센서 70: 광검출부
80: 연산제어부 90: 표시부
F: 피검체
C1: 장치중심선
P1: 제1중심선 P2: 제2중심선
θ1: 제1교차각 θ1: 제2교차각
1: 케이싱 2: 헤드부
3: 몸체부
10: 제1거치대 11: 제1접촉부
12: 제1회전축 20: 제2거치대
21: 제2접촉부 22: 제2회전축
30: 베이스 40: 광원부
41: 광원 50: 수광부
51: 수광홀 60: 온도측정부
61: 온도센서 70: 광검출부
80: 연산제어부 90: 표시부
F: 피검체
C1: 장치중심선
P1: 제1중심선 P2: 제2중심선
θ1: 제1교차각 θ1: 제2교차각
Claims (7)
- 케이싱(1);
상기 케이싱(1)의 내부에 배설된 베이스(30);
상기 베이스(30)에 의해 지지되는 제1회전축(12);
상기 제1회전축(12)을 중심으로 피벗 회전 가능하고 피검체(F)가 거치되는 제1거치대(10);
상기 베이스(30)에 의해 지지되는 제2회전축(22);
상기 제2회전축(22)을 중심으로 피벗 회전 가능하고 상기 피검체(F)가 거치되는 제2거치대(20);
상기 제1거치대(10)에 내장되어 있으며, 상기 피검체(F)에 근적외선을 조사하는 광원부(40); 및
상기 제2거치대(20)에 내장되어 있으며 상기 피검체(F)로부터 출사되는 광을 수집하는 수광부(50)를 포함하며,
상기 제1거치대(10)는 한쪽 말단에 상기 피검체(F)와 접촉하는 제1접촉부(11)를 가지며,
상기 제2거치대(20)는 한쪽 말단에 상기 피검체(F)와 접촉하는 제2접촉부(21)를 갖고,
상기 제1접촉부(11)로부터 연장되는 제1중심선(P1)과 장치중심선(C1)에 의해 형성되는 제1교차각(θ1)이 상기 피검체(F)에 따라 변하고,
상기 제2접촉부(21)로부터 연장되는 제2중심선(P2)과 상기 장치중심선(C1)에 의해 형성되는 제2교차각(θ2)이 상기 피검체(F)에 따라 변하는,
휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치. - 제1항에 있어서, 상기 제1접촉부(11)와 상기 제2접촉부(21)는 링(ring) 형상인, 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 피검체(F)의 당도를 측정하기 위한, 휴대용 비파괴 농산물내부품질 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1교차각(θ1)과 상기 제2교차각(θ2)의 합이 30° 내지 150°인, 휴대용 비파괴 농산물내부품질 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1접촉부(11)와 상기 제2접촉부(21)가 상기 장치중심선(C1)을 기준으로 서로 대칭적인 위치에 있는, 휴대용 비파괴 농산물내부품질 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 광원부(40)의 광원(41)은 발광다이오드인, 휴대용 비파괴 농산물내부품질 측정장치.
- 제1항에 있어서, 광검출부(70)가 상기 제2거치대(20)에 내장되어 있는, 휴대용 비파괴 농산물내부품질 측정장치.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210101506A KR102503469B1 (ko) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020210101506A KR102503469B1 (ko) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치 |
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KR20230019682A KR20230019682A (ko) | 2023-02-09 |
KR102503469B1 true KR102503469B1 (ko) | 2023-02-23 |
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ID=85224643
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KR1020210101506A KR102503469B1 (ko) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 휴대용 비파괴 농산물 내부품질 측정장치 |
Country Status (1)
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KR (1) | KR102503469B1 (ko) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000140769A (ja) * | 1998-11-11 | 2000-05-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 選果皿及びこれを備えた選果設備 |
KR101348563B1 (ko) * | 2013-07-22 | 2014-01-17 | 주식회사 대성텍 | 비파괴 당도측정기 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3191634B2 (ja) * | 1995-07-29 | 2001-07-23 | 住友金属鉱山株式会社 | 非破壊糖度測定装置 |
KR101397158B1 (ko) * | 2012-10-23 | 2014-05-20 | (주)해아림 | 감귤용 휴대용 비파괴 당도측정기 |
-
2021
- 2021-08-02 KR KR1020210101506A patent/KR102503469B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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JP2000140769A (ja) * | 1998-11-11 | 2000-05-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 選果皿及びこれを備えた選果設備 |
KR101348563B1 (ko) * | 2013-07-22 | 2014-01-17 | 주식회사 대성텍 | 비파괴 당도측정기 |
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