RU2589537C2 - Сортировочное устройство - Google Patents

Abstract

Раскрыты устройство и способ для сортировки частиц по категориям качества. Устройство содержит измеритель (400) для измерения по меньшей мере одного аналитического параметра указанных частиц. Транспортер (300) транспортирует частицы мимо измерителя. Сортировщик (500) функционально соединен с измерителем и сортирует частицы по меньшей мере на две категории качества на основании результатов измерения аналитического параметра. Для обеспечения быстрой и надежной транспортировки транспортер содержит рабочую поверхность (310), сконфигурированную с возможностью движения в направлении транспортировки. Рабочая поверхность имеет множество отверстий. Транспортер содержит также насос (130) для создания перепада давления в этих отверстиях, чтобы обеспечить присасывание к отверстиям частиц, подаваемых на транспортер, и их транспортировку на рабочей поверхности мимо измерителя к сортировщику. В предпочтительных вариантах осуществления рабочая поверхность выполнена в виде бесконечной транспортировочной ленты или транспортировочного барабана. Устройство позволяет сортировать отдельные частицы по категориям качества с аналогичными аналитическими свойствами. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 2 табл., 22 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу оперативного непроникающего и неразрушающего анализа и сортировки частиц со смешанными аналитическими свойствами, в частности, семян, зерен, плодовых косточек, бобов, бисера, таблеток, пластмассовых частиц, минеральных гранул или любого другого гранулированного материала, на две или более категории качества. Категория качества содержит частицы с аналогичными аналитическими свойствами, которые могут включать физические свойства, химические свойства, биохимические свойства или степень загрязнения загрязняющими веществами или инфицирующими агентами. Указанные частицы могут иметь сельскохозяйственное происхождение, как в случае семян, зерен и плодовых косточек, или какое-либо другое происхождение.

Уровень техники

Было предложено множество систем известного уровня техники для сортировки гранулированного материала по различным критериям, в частности, по размеру, форме, цвету, наличию или отсутствию определенных материалов, или по органическим свойствам, в частности, по влажности, плотности или содержанию белка. С этой целью, как известно, частицы подаются к измерительному блоку, который анализирует изображения частиц и/или измеряет спектральные свойства частиц в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой областях электромагнитного спектра.

Для транспортировки частиц к измерительному блоку предлагаются различные устройства. В частности, предлагаются различные конструкции, в которых частицы скользят по наклонному желобу или транспортируются при помощи конвейерной ленты в зону измерения, которую частицы пересекают в свободном падении. Сортировка частиц осуществляется путем отклонения определенных частиц в отдельный контейнер под действием потока, создаваемого соплом со сжатым воздухом. Примеры включают US 6,078,018; US 6,013,887 и US 4,699,273. В таких конструкциях процесс перемещения частиц во время сортировки является неуправляемым, что усложняет синхронизацию операции измерения и операцию сортировки. В результате этого могут быть пропущены частицы, которые должны быть отклонены воздушным потоком, или, напротив, могут быть отклонены ненужные частицы. Другим недостатком таких конструкций является неопределенность ориентации и точной траектории частиц во время выполнения операции измерения. Кроме того, такие устройства имеют лишь весьма ограниченную гибкость режимов измерения, поэтому, например, однажды выбранное устройство будет определять скорость частиц, пересекающих зону измерения, и, следовательно, максимальное время интеграции измерительного элемента. Этот недостаток необходимо устранять при определении аналитических свойств, поскольку аналитические параметры могут требовать различного времени интеграции измерительного элемента. Другой недостаток заключается в том, что такие системы сортируют частицы, как правило, только на две категории качества, и модификации для сортировки более чем на две категории качества, являются сложными для реализации или даже невозможными.

US 7,417,203 раскрывает сортировочное устройство, в котором частицы транспортируются в зону измерения, расположенную внутри вращающегося барабана, содержащего на внутренней стороне большое количество карманов. Барабан вращается с такой скоростью, что частицы по отдельности удерживаются в карманах центробежными силами. Карманы имеет перфорацию. Измерительный элемент производит измерение параметра частиц через эту перфорацию, и частицы сортируются в различные контейнеры под действием импульсов сжатого воздуха. Недостаток такого устройства состоит в том, что диапазон возможных скоростей вращения (угловых скоростей) вращающегося барабана весьма ограничен. Если скорость вращения является слишком малой, частицы могут не удерживаться должным образом в карманах во время процесса измерения и сортировки. С другой стороны, если скорость вращения является слишком высокой, возникает опасность переполнения карманов несколькими частицами.

US 5,956,413 раскрывает устройство для одновременного анализа множества злаковых зерен при помощи формирования видеоизображений. Зерна транспортируются к видеокамере при помощи вибрационной конвейерной ленты, содержащей множество поперечных канавок. Злаковые зерна распределяются в этих канавках при помощи второй конвейерной ленты. Для отделения зерен в различных канавках предлагается закрывать канавки первой ленты третьей лентой, имеющей аналогичные канавки, совмещаемые с канавками первой ленты, чтобы образовать цилиндрические каналы между двумя лентами. Источник сжатого воздуха используется для выдувания зерен из выбранных каналов в отдельный контейнер. Недостаток этой системы заключается в том, что все зерна, находящиеся в выбранном канале, выдуваются в один и тот же контейнер, т.е. индивидуальная селекция отдельных зерен невозможна.

WO 2006/054154 раскрывает различные варианты осуществления устройства для сортировки неорганических минеральных частиц при помощи отражательной спектроскопии. В одном варианте осуществления, частицы подаются на конвейерную ленту, снабженную продольными канавками, и транспортируются к отражательному спектрометру. На основании спектральной информации, полученной от спектрометра, производится классификация минеральных частиц, при этом индивидуально идентифицированные частицы могут быть сняты с конвейерной ленты при помощи одного пневматического мини-циклона. Поскольку в наличии имеется только одно средство для съема отдельных частиц с ленты, устройство пригодно для съема лишь относительно малого количества требуемых частиц из большой выборки частиц, при этом такое устройство непригодно для сортировки частиц, имеющих аналогичные размеры, на различные категории качества.

Известно, что в посевных машинах происходит распределение отдельных семян при помощи барабана, снабженного перфорацией, на которую действует вакуум, чтобы создать всасывание, обеспечивающее захват семян барабаном. Примеры таких машин раскрыты в US 4,026,437, DE 10140773, ЕР 0598636, US 5,501,366, и ЕР 1704762. В этих машинах семена подбираются барабаном из семенного контейнера или бункера и транспортируются на наружную поверхность барабана до тех пор, пока они не отделятся от поверхности в зоне отделения, после чего они осаждаются в почве. Отделение происходит в результате блокирования действия вакуума при помощи пассивного механического средства внутри барабана, возможно, в сочетании со скребком, установленным снаружи от барабана. Эти устройства действуют только в виде позиционирующих механизмов и не могут производить анализ или сортировку. Обычно их устанавливают на сельскохозяйственных машинах, в частности, на сельскохозяйственных тракторах, которые работают на низкой скорости, чтобы обеспечить требуемое распределение семян в почве.

В работе Martin et al, Development of a single kernel wheat characterizing system, Transactions of the ASAE, Vol. 36, pp. 1399-1404 (1993) раскрыт способ подачи зерен друг за другом в дробильное устройство при помощи вращающегося барабана. Барабан имеет внутреннюю спиральную канавку, которая транспортирует зерно в U-образный паз, предусмотренный на одном конце барабана. U-образный паз имеет шесть захватных отверстий для удержания зерен внутри этого паза под действием вакуума. Зерна, удерживаемые таким образом, транспортируются в перехватывающий паз, где они освобождаются и падают в дробильное устройство. Барабан вращается с низкой скоростью, равной 30 об/мин. Пропускная способность составляет примерно 2 зерна в секунду. Сортировка не производится. Механическая конструкция исключает работу системы при более высоких скоростях, что делает ее непригодной для быстрой сортировки.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение сортировочного устройства, которое позволяет быстро и надежно сортировать отдельные частицы по категориям качества с аналогичными аналитическими свойствами, которое можно легко модифицировать для сортировки на более чем на две категории качества, и которое обеспечивает повышенную гибкость в выборе пропускной способности частиц и измеряемых параметров.

Эта задача решена при помощи устройства согласно пункту 1 формулы изобретения.

Настоящее изобретение обеспечивает также способ сортировки согласно пункту 21 формулы изобретения.

Другие варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение обеспечивает устройство для сортировки частицы по категориям качества, содержащее:

измеритель для измерения по меньшей мере одного аналитического параметра указанных частиц;

транспортер для транспортировки частиц мимо измерителя; и

сортировщик, функционально соединенный с указанным измерителем, для сортировки частиц по меньшей мере на две категории качества на основании результатов измерения указанного аналитического параметра.

Для обеспечения эффективной, быстрой и четко определенной транспортировки частиц мимо измерителя транспортер имеет рабочую поверхность, сконфигурированную с возможностью перемещения в направлении транспортировки и имеющую множество отверстий. Транспортер содержит также насос для создания перепада давления в указанных отверстиях по меньшей мере на выбранном участке рабочей поверхности таким образом, чтобы обеспечить присасывание частиц, подаваемых на указанный транспортер, к указанным отверстиям и их перемещение на указанной рабочей поверхности в направлении транспортировки мимо измерителя к сортировщику.

Таким образом, частицы транспортируются на первой стороне рабочей поверхности в четко определенных позициях, определяемых отверстиями, при этом указанные отверстия в общем случае меньше, чем минимальный размер частиц, чтобы исключить прохождение частиц сквозь отверстия. Насос предпочтительно представляет собой всасывающий насос, который создает вакуум, более низкий, чем давление окружающей среды, в пространстве, ограниченном противоположной (второй) стороной рабочей поверхности, чтобы присасывать частицы под действием вакуума. Однако насос может также создавать повышенное давление в пространстве, ограниченном первой стороной, чтобы генерировать воздушный поток, который проходит сквозь отверстия с первой стороны на вторую сторону рабочей поверхности и который вызывает присасывание, аналогичное тому, которое возникает под действием вакуума на вторую сторону.

Измеритель может включать один или более спектрометров, видеоспектрометров, камер, масс-спектрометров, акустических перестраиваемых фильтров и т.п. для анализа таких частиц, как зерна, бобы или семена в соответствии с их аналитическими свойствами. Данное устройство может одновременно определять одно или несколько аналитических свойств, измеряя спектральные параметры (т.е., зависимость определенных оптических свойств, например, отражения или пропускания, от длины волны) обследуемых частиц. Типы частиц, которые можно сортировать при помощи указанного устройства и способа, включают, в частности, но без ограничения, такие компоненты сельскохозяйственных продуктов, как зерна, бобы, семена или ядра злаков, например, пшеницы, ячменя, овса, риса, кукурузы или сорго, соевые бобы, какао-бобы и кофейные бобы, а также многое другое. Типы аналитических свойств, которые можно оценивать, включают, в частности, но без ограничения, химические или биохимические свойства, степень загрязнения загрязняющими веществами и/или инфицирующими агентами и/или другими патогенными веществами, и/или геометрические и сенсорные свойства в частности, размер, форму и цвет. Биохимические свойства следует понимать, в частности, как свойства, которые отражают структуру, состав и химические реакции веществ в живых организмах. Биохимические свойства включают, в частности, но без ограничения, содержание белка, масличность, сахаристость и/или содержание аминокислот, влажность, содержание полисахаридов, в частности, крахмалистость или клейковинность, жирность, или содержание специфических биохимических или химических маркеров, например, маркеров химического распада, которые, в общем, известны специалистам в данной области техники. Загрязняющие или инфицирующие агенты включают вредные химикаты и микроорганизмы, которые могут вызывать заболевания потребителя и включают, в частности, но без ограничения, фунгициды, гербициды, инсектициды, патогенные вещества, бактерии и грибки.

В первом предпочтительном варианте осуществления транспортер содержит бесконечную транспортировочную ленту (конвейерную ленту), которая образует подвижную поверхность и имеет отверстия. Кроме того, транспортер предпочтительно содержит колпак, который не имеет днища и закрывается снизу указанной транспортировочной лентой, при этом колпак соединен с насосом для создания вакуума в указанном колпаке. Таким образом, вакуум можно получить очень простым способом на четко определенном участке транспортировочной ленты. В колпаке может быть размещена по меньшей мере часть указанного измерителя и/или указанного сортировщика. Так, например, колпак может содержать один или более источников энергии, в частности, источников света или звука для анализа частиц, один или более измерительных элементов для приема энергии, передаваемой и/или отражаемой или рассеиваемой частицами, и/или один или более исполнительных элементов, в частности, пневматические эжекторные сопла для селективного выброса частиц из отверстий, расположенных в определенных позициях.

В другом предпочтительном варианте осуществления транспортер содержит транспортировочный барабан или колесо, установленные с возможностью вращения и имеющие периферическую поверхность или боковую поверхность, которая образует указанную подвижную поверхность. Барабан предпочтительно соединен с насосом для создания вакуума внутри указанного барабана. В частности, насос может быть соединен с внутренней частью барабана при помощи полой центральной оси барабана. По меньшей мере часть указанного измерителя и/или указанного сортировщика может быть расположена внутри указанного барабана.

Во всех вариантах осуществления предпочтительно, чтобы отверстия были расположены в виде множества параллельных рядов, проходящих в направлении транспортировки. Таким образом, можно одновременно перемещать множество частиц, расположенных в четко определенных позициях, мимо указанного измерителя. Боковое расстояние между рядами предпочтительно несколько превышает (средний) наибольший размер частиц, чтобы исключить наложение частиц друг на друга. Отверстия в соседних рядах могут быть расположены в одинаковых позициях в направлении транспортировки, при этом отверстия образуют прямоугольную сетку на рабочей поверхности, или могут быть расположены в различных позициях в направлении транспортировки и образовывать наклонную сетку или могут иметь даже неупорядоченное расположение.

Сортировочное устройство может быть дополнено питателем, предназначенным для приема массы указанных частиц с целью ее разделения на отдельные частицы и подачи указанных разделенных частиц на указанный транспортер. В одном предпочтительном варианте осуществления питатель содержит бесконечную подающую ленту, предназначенную для приема указанных частиц из некоторого накопителя, в частности, бункера, возможно, соединенного с разделительным устройством, в частности, с вибростолом, и для транспортирования указанных частиц в направлении транспортировки к указанной рабочей поверхности, чтобы обеспечить присасывание указанных частиц к отверстиям рабочей поверхности. Подающая лента предпочтительно перемещается в направлении транспортировки со скоростью, меньшей, но близкой к скорости рабочей поверхности и предпочтительно составляющей 50-100%, в частности, 70-90% от скорости рабочей поверхности, чтобы оптимизировать присасывание и минимизировать ускорение частиц в направлении транспортировки, когда частицы присасываются к рабочей поверхности. Это позволяет перемещать рабочую поверхность с более высокой скоростью, чем при отсутствии подающей ленты. Подающая лента может иметь наружную поверхность с множеством параллельных канавок, проходящих в направлении транспортировки, при этом боковое расстояние между канавками соответствует боковому расстоянию между отверстиями рабочей поверхности, чтобы точнее позиционировать частицы под отверстиями. В некоторых вариантах осуществления подающая лента может быть перфорирована так же, как и рабочая поверхность, при этом перепад давления действует также на подающую ленту. В этом случае предпочтительно, чтобы перепад давления, действующий на подающую ленту, был нулевым или гораздо меньшим, чем перепад давления, действующий на тот участок рабочей поверхности, где подающая лента накладывается на рабочую поверхность для обеспечения присасывания частиц с подающей ленты к рабочей поверхности.

Для транспортировки частиц, которые не присасываются к указанной рабочей поверхности, обратно к указанному питателю может быть предусмотрен рециркуляционный канал. Рециркуляционный канал может быть соединен с тем же самым насосом, который создает перепад давления на рабочей поверхности.

В предпочтительных вариантах осуществления анализ частиц осуществляется оптическими средствами, при этом указанный измеритель содержит по меньшей мере один источник света и по меньшей мере один светоизмерительный элемент. Следует понимать, что термин “свет” включает все виды электромагнитного излучения от дальней области инфракрасного излучения до крайней ультрафиолетовой или даже до рентгеновской области электромагнитного спектра. Источник света и светоизмерительный элемент могут быть установлены на разных сторонах рабочей поверхности для того, чтобы свет проходил сквозь указанные отверстия, при этом светоизмерительный элемент может принимать свет, проходящий сквозь частицы, перемещаемые мимо измерителя при помощи указанной рабочей поверхности. В других вариантах осуществления источник света и светоизмерительный элемент могут быть установлены на одной и той же стороне рабочей поверхности (предпочтительно на той стороне, на которой транспортируются частицы), при этом светоизмерительный элемент принимает свет, отраженный от частиц, перемещаемых мимо измерителя при помощи указанной рабочей поверхности. Для увеличения пропускной способности устройства измеритель может содержать множество светоизмерительных элементов, расположенных в направлении, перпендикулярном направлению транспортировки, чтобы таким образом обеспечить одновременные измерения аналитических параметров частиц, перемещаемых мимо измерителя, в различных точках в поперечном направлении.

Светоизмерительный элемент может содержать по меньшей мере один спектрометр, предназначенный для записи спектров света, полученного от частиц, перемещающихся мимо измерителя. Эти спектры затем можно анализировать, чтобы определить аналитические параметры на основании спектров. В некоторых вариантах осуществления светоизмерительный элемент может содержать видеоспектрометр предназначенный для записи спектров с пространственным разрешением для частиц, перемещающихся мимо измерителя, в различных точках в поперечном направлении. Таким образом, можно анализировать не только спектральные свойства этих частиц, но также определять и геометрические свойства, в частности, размер или форму. В других вариантах осуществления светоизмерительный элемент может содержать камеру, в частности, камеру с линейной разверткой или камеру, имеющую двухмерный датчик изображения. Это позволяет анализировать размер и/или форму независимо от других свойств.

Сортировку можно выполнять множеством различных способов с использованием пневматических, пьезоэлектрических, механических и других типов сортировочных устройств. Так, например, сортировщик может содержать по меньшей мере одно пневматическое эжекторное сопло, функционально соединенное с указанным измерителем для создания воздушной струи, которая селективно сдувает с рабочей поверхности частицы, перемещающиеся к указанному эжекторному соплу. Эжекторное сопло предпочтительно установлено на той стороне рабочей поверхности, которая является противоположной стороне, на которой транспортируются частицы, чтобы создавать воздушную струю, проходящую сквозь указанные отверстия. Это позволяет осуществлять очень точный сброс выбранных отдельных частиц.

Способ сортировки частиц по категориям качества согласно настоящему изобретению содержит:

транспортировку частиц мимо измерителя;

измерение по меньшей мере одного аналитического параметра указанных частиц посредством указанного измерителя; и

сортировку частиц по меньшей мере на две категории качества на основании результатов измерения указанного аналитического параметра.

Согласно изобретению, частицы транспортируют на рабочей поверхности, перемещающейся в направлении транспортировки и имеющей множество отверстий, при этом обеспечивают присасывание частиц, подаваемых на указанный транспортер, к указанным отверстиям и транспортируют частицы на указанной рабочей поверхности в направлении транспортировки мимо измерителя.

Величину аналитического параметра можно определить при помощи одного или более оптических измерений (включая рентгенографические измерения), акустических измерений и масс-спектроскопических измерений. Если используется оптическое измерение, частицы могут быть облучены с одной стороны рабочей поверхности, а свет, проходящий сквозь указанные отверстия, может быть затем измерен на противоположной стороне рабочей поверхности. Альтернативно этому частицы могут быть облучены с одной стороны рабочей поверхности, а свет, отраженный или рассеянный частицами, перемещающимися мимо измерителя на указанной рабочей поверхности, может быть затем измерен на той же самой стороне рабочей поверхности. Как указано выше, аналитические параметры множества частиц, перемещающихся мимо измерителя, можно измерять одновременно. Как указано выше, операция измерения по меньшей мере одного аналитического параметра может содержать одновременную запись спектров света, полученных от частиц, перемещающихся мимо измерителя, в частности, спектров света с пространственным разрешением, полученных от множества частиц, перемещающихся мимо измерителя. Операция сортировки может включать генерирование воздушной струи для селективного сдувания частиц с рабочей поверхности, при этом указанная воздушная струя предпочтительно проходит сквозь указанные отверстия, чтобы сдувать частицы с рабочей поверхности. Как указано выше, частицы, которые не присасываются к рабочей поверхности, могут быть возвращены с указанной рабочей поверхности обратно в питатель.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты ниже со ссылками на чертежи, которые представлены в целях иллюстрации данных предпочтительных вариантов осуществления изобретения, а не для его ограничения.

На чертежах показаны:

фиг. 1 - сортировочное устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 - вид слева сортировочного устройства с фиг. 1 в частично открытом состоянии;

фиг. 3 - вид справа сортировочного устройства с фиг. 1 в частично открытом состоянии;

фиг. 4 - изображение сортировочного устройства с фиг. 1 в разобранном виде, при этом некоторые компоненты удалены для большей наглядности;

фиг. 5 - схематическое изображение действия вакуума на конвейерную ленту в устройстве с фиг. 1;

фиг. 6 - схематическое изображение присасывания частиц к отверстиям конвейерной ленты в устройстве с фиг. 1;

фиг. 7 - схематическое изображение отделения выбранных частиц от конвейерной ленты в устройстве с фиг. 1;

фиг. 8 - схематическое изображение первого примера расположения источника света и измерительного элемента для проведения измерений в режиме отражения;

фиг. 9 - схематическое изображение второго примера расположения источника света и измерительного элемента для проведения измерений в режиме отражения;

фиг. 10 - схематическое изображение проведения множества измерений в режиме отражения с множеством оптических волокон;

фиг. 11 - схематическое изображение расположения источника света и измерительного элемента для проведения измерений в режиме пропускания;

фиг. 12 - схематическое изображение двух различных возможных вариантов расположения оптических волокон для облучения и измерения в устройстве с целью проведения измерений в режиме пропускания;

фиг. 13 - схематическое изображение расположения множества субэлементов для множества измерений в режиме пропускания;

фиг. 14 - схематическое изображение альтернативного расположения множества субэлементов для множества измерений в режиме пропускания при помощи разветвленного оптоволокна;

фиг. 15 - схематическое изображение принципа работы видеоспектрометра;

фиг. 16 - схематическое изображение использования видеоспектрометра с множеством оптических волокон;

фиг. 17 - схематическое изображение одновременного анализа множества частиц видеоспектрометром;

фиг. 18 - сортировочное устройство согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 19 - диаграмма, иллюстрирующая распределение содержания белка, определенное при помощи устройства с фиг. 1;

фиг. 20 - диаграмма, иллюстрирующая изменение содержания белка в зависимости от времени;

фиг 21 - диаграмма, иллюстрирующая распределение крахмалистости, определенное при помощи устройства с фиг. 1; и

фиг. 22 - схематическое изображение предпочтительной ориентации семян во время транспортировки на рабочей поверхности.

Осуществление изобретения

Первый вариант осуществления

Сортировочное устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения показано на фиг. 1-4. Устройство содержит питатель 100, ускоритель 200, транспортер 300, измеритель 400 и сортировщик 500. Управление этими компонентами устройства осуществляется при помощи общего блока управления (не показан).

Питатель 100 содержит бункер 110, установленный на вибростоле, при этом указанный бункер служит в качестве резервуара и распределителя. Бункер заполняется частицами, а вибростол, который включается вручную или автоматически, настраивается таким образом, чтобы количество частиц, входящих в бункер в течение определенного интервала времени, примерно соответствовало количеству частиц, выходящих из бункера для анализа и сортировки. Затем частицы отделяются от питателя 100 и поступают в ускоритель 200.

Ускоритель 200 содержит первую конвейерную ленту 210, направляемую роликами 211, которые имеют оси 212, опирающиеся на подшипники 213, и приводятся в движение двигателем 220 при помощи приводных ремней 221, 222. Конвейерная лента 210 имеет на наружной поверхности множество продольных канавок, которые показаны более подробно на фиг. 6. В данном примере эти канавки образованы продольными ребрами 214, боковое расстояние между которыми определяет ширину канавок и примерно соответствует боковым размерам частиц, подлежащих анализу и сортировке. Конвейерная лента 210 расположена под выходным отверстием питателя 100. Она служит для приема частиц из питателя 100, для упорядоченного расположения частиц отдельно друг за другом во множестве рядов и для ускоренного перемещения частиц в направлении транспортировки к транспортеру 300.

Транспортер 300 содержит вторую конвейерную ленту 310, имеющую несколько параллельных продольных рядов отверстий (сквозных отверстий) 314, которые более подробно показаны на фигурах 5-7. Транспортер 300 содержит также вакуумный колпак 320, который не имеет днища, при этом нижняя часть вакуумного колпака 320 закрыта конвейерной лентой 310. Колпак 320 соединяется с воздушным насосом 130 при помощи вакуумпровода 140 (см. фиг. 3), чтобы создать внутри колпака 320 более низкое давление, чем давление окружающей среды. Когда воздушный насос 130 включен, конвейерная лента 130 дополнительно присасывается и прижимается к нижнему торцу стенки вакуумного колпака 320 вакуумной силой Fy, что повышает герметичность соединения и исключает утечки воздуха. Это схематически показано на фиг. 5. Воздух всасывается в вакуумный колпак 320 только сквозь отверстия 314, предусмотренные в этой части конвейерной ленты 310, которая образует днище вакуумного колпака. Таким образом, в этих отверстиях создается всасывающее действие, достаточное для присасывания и удержания частиц, находящихся вблизи отверстий 314.

Боковые стороны транспортера 300 закрыты боковыми крышками 301, которые удалены на фигурах 2 и 3, чтобы показать внутреннюю часть транспортера. На этих чертежах также удалена одна из боковых стенок вакуумного колпака.

Вторая конвейерная лента 310 установлена на определенном расстоянии h по вертикали над первой конвейерной лентой 210 и далее за ней в направлении транспортировки, таким образом, две ленты лишь частично находятся друг над другом в направлении транспортировки. Расстояние h выбирается таким образом, чтобы, с одной стороны, частицы имели достаточное пространство для перемещения между двумя лентами, а, с другой стороны, частицы с первой конвейерной ленты 210 могли присасываться и подниматься к отверстиям второй конвейерной ленты 310. При этом вакуум, создаваемый внутри вакуумного колпака 320, прочно удерживает отдельную частицу в каждом отверстии 314 на наружной стороне второй конвейерной ленты 310.

Для того чтобы частицы не мешали друг другу, зазоры между отверстиями 314 выбираются большими, чем максимальный линейный размер частиц. С другой стороны, величину зазора следует выбирать как можно меньшей, чтобы обеспечить высокую пропускную способностью транспортировки и/или измерения без необходимости увеличения скорости ленты. Диаметр отверстий 314 должен быть меньше, чем минимальный линейный размер частиц, чтобы исключить прохождение частиц сквозь отверстия и их попадание в вакуумный колпак 320.

Аналогичную вакуумную систему можно в качестве варианта использовать также для первой конвейерной ленты 210 в той части, куда на вторую конвейерную ленту поступают частицы от питателя 100, чтобы усовершенствовать разделение частиц. При этом в той части первой конвейерной ленты 210, которая перекрывается со второй конвейерной лентой 310, не должен быть активирован вакуум, чтобы исключить помехи для присасывания частиц к отверстиям второй конвейерной ленты 310.

Линейную скорость первой конвейерной ленты 210 следует устанавливать таким образом, чтобы частицы на этой конвейерной ленте ускорялись до достаточной скорости, которая позволяет легко подбирать их второй конвейерной лентой 310. Такое предварительное ускорение частиц первой конвейерной лентой 210 позволяет использовать более высокую скорость для второй конвейерной ленты 310 или, иными словами, обеспечивает повышенную транспортирующую способность. Оптимальная скорость первой конвейерной ленты 210 очень близка к скорости второй конвейерной ленты 310. Фактически, если бы скорость первой конвейерной ленты 210 была гораздо меньшей, чем скорость второй конвейерной ленты 310, было бы необходимым ускорять частицы почти мгновенно, чтобы собирать их на вторую конвейерную ленту 310, что могло бы приводить к падению частиц со второй конвейерной ленты 310 или к уменьшению эффективности их сбора при высоких скоростях.

Таким образом, частицы одна за другой подбираются транспортером 300 и транспортируются мимо измерителя 400. Частицы, которые сходят с ускорителя 200, не поступая на транспортер 300, падают в рециркуляционный канал 120 и возвращаются в бункер 110 насосом 130.

Измеритель 400, как правило, содержит по меньшей мере один источник энергии для облучения обследуемой частицы электромагнитным излучением или звуковыми волнами и по меньшей мере один измерительный элемент, предназначенный для приема электромагнитного излучения или звуковых волн от обследуемой частицы. На фиг. 1-4 источник энергии показан схематически в виде концов линейной группы оптических волокон, при этом каждое оптоволокно оканчивается над одним продольным рядом отверстий конвейерной ленты 310, и эти оптические волокна совместно представляют собой типовую облучающую систему 410. Измерительный элемент схематически показан в виде соответствующей группы оптических волокон, предназначенных для приема света пропускаемого частицами, которые удерживаются в этих отверстиях, и совместно представляющих собой типовую измерительную систему 420.

В одном предпочтительном варианте осуществления облучающая система облучает частицу электромагнитным излучением (в общем случае называемую далее “светом”), а измерительная система 420 измеряет излучение после его взаимодействия с частицей. Для увеличения уровня измеряемого сигнала можно использовать фокусирующие, формирующие изображения или направляющие системы, такие, как, например, линзы, зеркала, оптические волокна или комбинации этих элементов с целью концентрации излучения источника на частице и приема сигнала, который частица излучает, отражает, рассеивает или пропускает в направлении измерительного элемента. Такие элементы не показаны на чертежах, поскольку они хорошо известны специалистам в соответствующей области оптики.

Измеритель 400 может производить мультипараметрические измерения, чтобы определять некоторые специфические характеристики частицы, например, ее биохимический состав или другие аналитические параметры. В одном предпочтительном варианте осуществления мультипараметрическое измерение производится путем измерения спектрального состава света после его взаимодействия с обследуемой частицей.

Блок управления получает сигналы от измерителя 400, определяет на основании этих сигналов категорию качества, к которой относится каждая из частиц, и посылает соответствующие управляющие сигналы в сортировщик 500.

Сортировщик 500 содержит эжекторную систему 510 с эжекторными соплами 511, соединенными с пневматическими эжекторными клапанами 512, и коллектор 520 с множеством ячеек - по одной ячейке на каждую категорию качества. Для упрощения весь пневмопровод на фигурах 1-4 удален. Для каждой категории качества кроме одной предусмотрена одна группа эжекторных сопел 511 с соответствующими клапанами 512. Если требуется рассортировать частицы, например, на три категории качества, то используются только две группы эжекторных сопел 511. Эжекторные сопла 511 создают воздушный поток сквозь выбранные отверстия второй конвейерной ленты 310, который преодолевает силу всасывания, создаваемую вакуумом, и заставляет частицы, которые удерживаются в этих отверстиях, выпадать из них и собираться в ячейках, которые соответствуют их категориям качества. При этом сортировка на три категории качества осуществляется автоматически, поскольку частицы, не сдуваемые эжекторными соплами, доходят до конца вакуумного колпака 320 и в связи с отсутствием всасывания в этой области падают со второй конвейерной ленты 310. Здесь может быть использовано дополнительное пассивное сбрасывающее устройство, в частности, скребок или какое-либо другое устройство, которое может механически удалять оставшиеся частицы со второй конвейерной ленты 310.

Вместо эжекторных сопел 511 для селективного съема частиц со второй конвейерной ленты могут быть использованы любые другие устройства, в частности, пьезоэлектрические устройства, магнитные устройства, подвижные щитки или любые другие устройства, активируемые и управляемые блоком управления.

Результатом процесса сортировки является получение нескольких однородных партий частиц из исходной неоднородной партии.

Далее за сортировщиком может быть установлен очиститель, который удаляет с транспортера 300 любой остаточный нежелательный материал, в частности, пыль или мелкие частицы, перед отбором других частиц из ускорителя 200. Этот очиститель может быть пассивным или активным.

Блок управления используется (а) для управления движением механических деталей, (б) для управления вакуумным насосом, (в) для активирования эжекторного устройства, (г) для управления измерителем с целью получения данных, (д) для обработки зарегистрированных сигналов и получения информации о классификации и (е) для слежения за общим функционированием сортировщика. Блок управления может содержать компьютер общего назначения, например, стандартный ноутбук со специальным программным обеспечением для обработки принятых сигналов и выработки управляющих сигналов для эжекторного устройства на основании указанных принятых сигналов.

Особенности измерения

Любой пригодный источник света может быть использован, чтобы обеспечить широкополосное излучение в диапазоне длин волн, который требуется для мультипараметрического измерения. Предпочтительными являются источники света, которые могут обеспечивать излучение со всеми спектральными характеристиками, которые используются для мультипараметрического измерения, однако, в качестве альтернативы этом можно комбинировать несколько источников света с более узкими полосами излучения. Примеры таких источников света включают, в частности, но без ограничения, галогеновые, вольфрамовые галогеновые, ксеноновые, неоновые, ртутные и светодиодные источники. В одном предпочтительном варианте осуществления используется вольфрамовый галогеновый источник света, в частности, HL-200, производства Ocean Optics Inc. (Ocean Optics Inc., 830 Douglas Ave., Dunedin, FL 34698, USA), который создает излучение в диапазоне от 360 до 2000 нанометров. Этот источник используется в сочетании с оптическим оптоволокном, которое направляет излучаемый свет к образцу.

Мультипараметрический сигнал, поступающий от облученной частицы, регистрируется. Для этой цели измерительный элемент может быть предназначен для проведения спектроскопического измерения, т.е. измерения интенсивности света относительно длины волны. Для специалистов в данной области техники очевидно, что для этого может быть использовано любое устройство, которое может получать спектральную информацию из принимаемого сигнала. Прямое измерение интенсивности света в определенном диапазоне длин волн можно осуществить путем присоединения фильтра к измерительному элементу. Примеры таких фильтров включают, в частности, но без ограничения, поглощающий цветной фильтр, дихроичный зеркальный фильтр и акустооптический настраиваемый фильтр. Для более полного мультипараметрического измерения можно регистрировать непрерывные спектры в настраиваемых диапазонах спектра. Это можно осуществить, например, при помощи одного измерительного элемента, в частности, фотодиода, в паре с оптическим резонатором регулируемой толщины. Этот метод часто называют Фурье-спектрометрией. Это можно также осуществить при помощи измерительного элемента, состоящего из нескольких субэлементов или пикселей, и дисперсионного элемента, в частности, призмы или дифракционной решетки, которая обеспечивает пространственное разделение волн различной длины, образующих сигнал, на пикселях измерительного элемента, часто называемого дисперсионным спектрографом. При этом дисперсионный спектрограф может использовать один ряд пикселей для получения одного спектра, но может также одновременно отслеживать несколько спектров, используя слияние изображений и двухмерную группу пикселей. Последнюю конфигурацию часто называют “видеоспектрометром”.

Источник и измерительный элемент могут быть расположены на одной или на противоположных сторонах второй конвейерной ленты 310. Далее свет, принимаемый от частицы в направлении, которое находится в полупространстве, противоположном направлению облучения, называется “отраженным светом”, независимо от того, является ли отражение прямым или рассеянным, полученным в результате флуоресценции и т.п. Свет, полученный от образца в полупространстве, содержащем направление облучения, называется “проходящим светом”, независимо от того, является ли он прямо проходящим или рассеянным. Эти определения отраженного и проходящего света учитывают диффузное отражение и пропускание, которое может быть измерено под различными углами относительно частицы. Две основных конфигурации, рассматриваемые далее в данном описании, можно назвать конфигурациями “режима отражения” и “режима пропускания”. В конфигурации “режима отражения” как источник, так и измерительный элемент расположены на одной стороне второй конвейерной ленты 310, чтобы принимать излучение, испускаемое, рассеянное и отраженное частицей в направлении, обратном направлению распространения облучения. В конфигурации “режима пропускания” источник расположен с одной стороны второй конвейерной ленты 310, в то время как измерительный элемент находится на другой стороне второй конвейерной ленты 310.

Излучение, испускаемое, рассеянное или пропускаемое частицей измеряется спереди относительно направления распространения облучения.

На фигурах 8-17 показаны возможные варианты расположения источника света и измерительного элемента в таких конфигурациях.

На фигуре 8 показана конфигурация “режима отражения”, в которой свет, отраженный от обследуемой частицы K, проходит под углом к оси излучения. Первое оптоволокно 412, соединенное с источником света, оканчивается на конце 413 оптоволокна, обращенного к частице K. Второе оптоволокно 412′ соединено с концами измерительного элемента на конце 413′ оптоволокна, обращенном к частице K, чтобы обеспечить наложение соответствующих полей обзора частицы для двух оптических волокон; второе оптоволокно ориентировано под углом, не равным нулю, относительно первого оптоволокна. Такая конфигурация особенно пригодна для приема диффузно отраженного света.

На фигуре 9 показан вариант расположения, в котором одно и то же оптоволокно используется для облучения и измерения. Оптоволокно разветвляется в разветвителе/разделителе 430, при этом одна часть оптоволокна соединена с источником 411 света, а другая часть - с измерительным элементом 421. В альтернативной конфигурации вместо разветвляющегося оптоволокна могут быть использованы два отдельных оптоволокна, концы которых расположены рядом друг с другом.

На фигуре 10 показана возможность выполнения множества измерений при помощи нескольких оптических волокон, соединенных с одним источником/измерительным элементом 440.

На фиг. 11 показана конфигурация “режима пропускания”, в которой свет проходит от источника 411 света сквозь частицу K и отверстие конвейерной ленты, собирается фокусирующим устройством 422 и по оптоволокну 412′ поступает к измерительному элементу 421.

На фиг. 12 в части (а) показана конфигурация “режима пропускания”, в которой оптоволокно для облучения и оптоволокно для измерения расположены коаксиально, а в части (b) показана альтернативная конфигурация, в которой эти два оптоволокна расположены под углом а. Последний вариант особенно пригоден для измерения диффузно рассеянного света.

На фиг. 13 показано, каким образом облучение можно производить при помощи нескольких независимых источников 411 света, совместно образующих облучающую систему 410, а измерение можно выполнять при помощи нескольких независимых измерительных элементов 421, совместно образующих измерительную систему 420. Как показано на фиг. 14, в альтернативной конфигурации один источник 411 света может облучать множество частиц K при помощи пучка оптических волокон или разветвителя 430, образуя, таким образом, множество субисточников 414. Альтернативно этому можно получить сплошную зону облучения, охватывающую участок, где производится измерение параметров частиц.

На фигурах 15-17 показано применение видеоспектрометра 450. Видеоспектрометр 450 содержит входную щель 451, двухмерную группу 453 светочувствительных пикселей и оптический блок 452, включающий комбинацию дисперсионного элемента и системы формирования изображения. Спектральный состав света, входящего сквозь щель, регистрируется в одном направлении группой пикселей (символически обозначено длиной волны λ), в то время как другое направление соответствует изображению входной щели.

Такая конструкция позволяет выполнять многоточечные спектральные измерения при помощи одного спектроанализатора для каждой обследуемой точки, или видеоспектрометр может быть использован для проведения многоточечных спектральных измерений при помощи одного спектроскопического устройства. Видеоспектрометр можно также использовать для сбора информации о пространственных параметрах частиц, которая в сочетании с зафиксированной спектральной информацией, позволяет получать несколько точек измерения для каждой частицы.

Многоточечные измерения можно выполнять при помощи видеоспектрометра, соединенного с коллекторным оптоволоконным пучком (фиг. 16). Оптические волокна 412′ для приема света от образца собираются в линейный пучок и устанавливаются у входной щели видеоспектрометра. Каждое оптоволокно формирует изображение в двухмерной группе измерительных элементов в определенной позиции в одном направлении. Другое направление используется для регистрации светового спектра. Таким образом, видеоспектрометр обеспечивает измерение спектрального состава света, соответствующее каждому оптоволоконному выходу.

Измерение с формированием изображения можно производить при помощи видеоспектрометра, соединенного с внешней оптической системой формирования изображения (фиг. 17). Такая оптическая система 454 формирования изображения обеспечивает совмещение изображения между входной щелью видеоспектрометра и линией измерения на поверхности пробоотборника. Частицы, переносимые пробоотборником, перемещаются в направлении, перпендикулярном направлению этой линии измерения. В то время, когда частицы проходят через линию измерения, видеоспектрометр снимает последовательность спектральных изображений. Этот способ, широко известный как формирование линейного сканированного изображения, позволяет реконструировать спектральное изображение частицы, т.е., морфологическое изображение частиц с учетом его спектрального состава.

Независимо от типа применяемого облучения и измерения результаты, регистрируемые измерительным элементом, используются блоком управления для получения по меньшей мере одного аналитического параметра для каждой частицы. Блок управления использует результаты измерения параметров, чтобы принять решение, к какой категории качества относится каждая частица.

Второй вариант осуществления

Второй вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 18. Компоненты, аналогичные компонентам, применяемым в первом варианте осуществления, имеют те же самые ссылочные номера и не описываются повторно. Во втором варианте осуществления колесо 330, имеющее перфорированную боковую поверхность, используется вместо второй конвейерной ленты 310. Подача вместо первой конвейерной ленты 210 осуществляется при помощи вибростола 230, однако, можно также использовать колесо 330 в сочетании с первой конвейерной лентой 210 или использовать вторую конвейерную ленту 310 20в сочетании с вибростолом 230.

Обе стороны колеса 330 герметизированы, и внутри колеса при помощи вакуумного насоса создается вакуум, например, как раскрыто в US 4,026,437. Такая конфигурация обеспечивает всасывание воздуха сквозь отверстия, расположенные на поверхности обода колеса, которое является достаточно сильным, чтобы захватывать частицы и прочно удерживать их на месте. Частицы, расположенные рядами и ускоряемые вибростолом 230, поступают на вращающееся колесо 330. Отверстия, предусмотренные на поверхности колеса 330, могут быть расположены параллельными рядами, однако, возможны и другие конфигурации. Благодаря всасыванию воздуха и малому размеру отверстий, одна частица в каждый момент времени захватывается каждым отверстием колеса и удерживается на месте во время вращения колеса. Ориентация частиц, показанная на фиг. 18, может не обязательно соответствовать реальности; частицы изображены схематически, чтобы показать, каким образом осуществляются транспортировка и сортировка. В некоторых вариантах осуществления может быть использовано позиционирующее устройство (не показано), в частности, гребнеобразная пластина, пневматическое или иное устройство, которое помогает позиционировать зерна и предотвращает захват более чем одного зерна в каждое отверстие.

К неподвижному внутреннему колесу 331, установленному концентрично внутри колеса 330, прикреплены детали измерителя 400 (схематически показанного в виде источника света) и эжекторной системы 510. Частицы сортируются в три ячейки 521, 522, 523. Лопатка 524 обеспечивает перемещение в ячейку 523 всех оставшихся частиц, не попавших в ячейки 521 или 522.

В данном варианте осуществления необходимо создавать вакуум только в пространстве между наружным колесом 330 и внутренним колесом 331. Однако можно также создание вакуума во всей внутренней части колеса и установка деталей измерителя и сортировщика внутри колеса 330 на какой-либо другой конструкции, а не на внутреннем колесе 331.

В данном примере ось вращения колеса 330 ориентирована горизонтально, однако, ось вращения может иметь любую ориентацию в трехмерном пространстве. Для движения колеса используется соответствующий двигатель или любой другой тип механизма, обеспечивающий вращение.

Ко второму варианту осуществления относятся те же особенности, которые раскрыты для измерителя, сортировщика и блока управления в первом варианте осуществления.

Другие варианты осуществления

В других альтернативных вариантах осуществления ускорение частиц можно обеспечить при помощи проводящей системы, в которой частицы транспортируются воздушным потоком. Для специалистов в данной области техники очевидно, что в качестве ускорителя может быть использовано любое устройство, которое может ускорять, транспортировать и разделять частицы с высокими скоростями.

Пример 1: Белок в пшенице

Содержание белка является одним из главных параметров качества пшеницы. В соответствии с известным уровнем техники содержание белка обычно определяют, отбирая образец объемом от 3 до 5 дл (децилитров) и анализируя этот образец при помощи спектроскопии в ближней инфракрасной области. Результатом является среднее содержание белка для зерен в образце. Значительные ошибки пробоотбора могут возникать, когда сокращенная проба используется для определения содержания белка во всей партии. Эти ошибки можно уменьшить, если анализировать отдельные зерна, а полное значение для всей партии получить при дальнейшей обработке результатов анализа зерен.

Установлено, что содержание белка в зернах пшеницы значительно изменяется в зависимости от поля, сорта и даже в пределах одного пшеничного колоса. Из литературы хорошо известно, что разность содержания белка между двумя зернами может составлять несколько процентных пунктов.

Три образца примерно по 3 дл отобрали от партии зерна массой 10 кг. Каждый образец анализировали при помощи анализатора цельных зерен в ближней инфракрасной области в соответствии с известным уровнем техники. В результате получили содержание белка: 12.3%, 12.4% и 13.1%. Вариация этих результатов является следствием распределенной неодродности партии; это означает, что различные части партии имеют разное содержание белка.

Затем партию проанализировали и рассортировали по одному зерну при помощи устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Общее количество N зерен составляло 186282. Полученное распределение P[%] содержания белка в зернах показано на фигуре 19. Средняя концентрация составила P=12.6%.

Если построить график зависимости индивидуальных результатов (P[%]) анализа зерен от времени (t/произвольные единицы), как показано на фиг. 20, то будет видно, что партия состоит из различных групп зерен. Это может быть связано с физической модификацией, например, с расслоением во время транспортировки. Возможно также, что 10 кг партия представляет собой комбинацию партий зерна различных сортов, с различных полей и т.п. Зерно является неоднородным, и партия имеет значительную неоднородность распределения; это означает, что концентрация белка отличается от среднего уровня в различных местах партии. Именно это наблюдали, когда анализировали партию при помощи анализатора цельных зерен в ближней инфракрасной области. Измерения, проведенные на аналитических образцах, связаны с ошибками пробоотбора, возникающими вследствие неоднородности отдельных зерен. Ошибки пробоотбора устраняются, если анализировать каждое отдельное зерно.

Для сортировки использовали пороговые значения содержания белка, равные 10.0% и 13.0%. Все зерна с содержанием белка ниже 10% относили к классу 1, зерна содержанием белка выше 10%, но ниже 13% - к классу 2, а зерна содержанием белка выше 13% - к классу 3. В таблице 1 показано распределение зерен по трем классам вместе со средним содержанием белка.

Среднее содержание белка отличается в каждом из трех классов, при этом одна треть партии имеет очень высокое содержание белка и может быть использована для производства дорогостоящих продуктов.

Таким образом, можно анализировать и сортировать на уровне отдельных зерен партии или непрерывные потоки пшеницы, получать ясную картину неоднородности зерен, устранять ошибки пробоотбора и сортировать зерна по классам с различными биохимическими свойствами, чтобы использовать их для различных целей, например, для изготовления пасты, пшеничного пива или хлеба.

Пример 2: Заражение кукурузы насекомыми

Грибковое загрязнение и заражение насекомыми могут наносить большой материальный ущерб вследствие ухудшения качества собранного зерна при его хранении и опасности понижения сортности зерна. Анализ и сортировка на уровне 5 отдельных зерен позволяют удалить зараженные зерна и обеспечивают стабильность хранения и однородность качества. В данном примере показано, каким образом при помощи настоящего изобретения можно очистить партию кукурузы от зараженных зерен. Заражение хранящихся партий кукурузы насекомыми и грибками может в значительной степени уменьшать стоимость зерна вследствие послеуборочных потерь и понижения сортности. Заражение, по-видимому, имеет неравномерное распространение по партии, поэтому существует большая опасность того, что оно не будет обнаружено.

Партию кукурузы (примерно 1 кг), гарантированно не имеющую заражения, смешали со 100 зернами, гарантированно зараженными кукурузным долгоносиком. Зерна тщательно перемешали перед дальнейшими операциями. Смесь анализировали и сортировали, используя настоящее изобретение, на уровне отдельных зерен (всего 2866 зерен). Разделение зерен производилось в зависимости от заражения. Зерна, идентифицированные как зараженные, удалялись в процессе сортировки. В результате получили две фракции, состоящие из зараженных и незараженных зерен. В таблице 2 показан результат классификации.

Почти все зараженные зерна были идентифицированы и удалены из партии, что уменьшило вероятность ухудшения качества собранного зерна и понижения его сортности, в результате чего были исключены с экономические потери.

Пример 3: Повышение крахмалистости кукурузы в результате селекции

Кукуруза является важной сельскохозяйственной культурой для биотоплива. Крахмал может ферментироваться и превращаться в этанол, который используется в качестве биотоплива. Проведение селекции посевного зерна на основе крахмалистости может повышать эффективность селекции для создания высокоурожайных сортов. Кукурузное зерно необходимо анализировать в проходящем свете, чтобы получить надежные результаты общего содержания масла. Измерения в проходящем свете можно выполнять только при длительном времени интеграции. В данном примере показано, каким образом настоящее изобретение можно использовать для определения крахмалистости кукурузы и выбрать фракцию из всего зерна для дальнейшей работы.

Семена кукурузы можно использовать для производства биотоплива, при этом крахмал ферментируется и превращается в этанол, который используется в качестве биотоплива. Сорта кукурузы, используемые для производства биотоплива, являются результатом длительных и сложных селекционных программ. Отбор семян с высокой крахмалистостью может потенциально повысить эффективность этих селекционных программ. Крахмалистость в зернах может составлять примерно от 30 до 70%. Поэтому индивидуальный и неразрушающий анализ кукурузных зерен может помочь в отборе зерен с высокой крахмалистостью, более пригодных для производства биотоплива.

Партию кукурузных зерен массой 1 кг анализировали и сортировали в соответствии с содержанием крахмала. Пороговое значение установили равным 60%. Пропускная способность не являлась важной для данного варианта применения, поэтому зерна анализировали в режиме пропускания света, который требует более длительного времени интеграции, чем режим отражения. Настоящее изобретение предназначено для использования в широком диапазоне времени интеграции.

На фигуре 21 показано распределение зерен (количество зерен N) в партии. Распределение крахмалистости S[%] соответствует нормальному распределению.

Зерна с крахмалистостью, превышающей 60%, отбирали для дальнейшей работы. В данном примере в качестве аналитического параметра использовали крахмалистость, однако, другие свойства, которые не имеют прямого отношения к составу, также можно измерить и использовать для сортировки.

Другие аспекты

На фигуре 22 показаны частицы, имеющие, в целом, удлиненную эллиптическую или овальную форму с длинной полярной осью s а и короткими экваториальными осями b и c, во время транспортировки перфорированной конвейерной лентой 310. В данном случае а>b и а>с, в то время как b и с имеют, в целом, аналогичную величину. Многие сельскохозяйственные частицы, в частности, зерна и семена, имеют форму, которая может быть хорошо аппроксимирована такой, в принципе, эллипсоидной формой. В результате экспериментов установлено, что такие частицы, как правило, принимают ориентацию в отверстии 314, аналогичную ориентации, показанной на фиг. 22, т.е. продольная ось ориентируется, как правило, перпендикулярно рабочей поверхности. Таким образом, транспортер не только транспортирует частицы в четко определенных позициях (определяемых расположением отверстий 314), но также обеспечивает четко определенную ориентацию частиц.

В результате частицы транспортируются мимо измерителя в четко определенной ориентации, в которой их продольная ось расположена перпендикулярно рабочей поверхности. Это особенно полезно, если размер или форму частиц требуется определять в качестве аналитического параметра. В частности, анализ данных для определения размера или формы частицы на основании изображений, зарегистрированных камерой, в большой степени упрощается, если известна ориентация частиц. В некоторых вариантах осуществления может быть использована камера с линейной разверткой, имеющая датчик, который образует ряд пикселей, параллельный продольной оси частиц (т.е. перпендикулярный рабочей поверхности). В этом случае размер частицы можно просто определить, сосчитав количество пикселей, содержащих информацию об изображении частицы.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

100 Питатель

101 Зерно

110 Бункер

120 Рециркуляционный канал

130 Воздушный насос

140 Вакуумпровод

200 Ускоритель

201 Боковая крышка

210 Лента

211 Ролик

212 Ось

213 Подшипник

214 Ребро

220 Двигатель

221 Приводной ремень

222 Приводной ремень

230 Вибростол

300 Транспортер

301 Боковая крышка

310 Лента

311 Ролик

312 Ось

313 Подшипник

314 Отверстие

320 Вакуумный колпак

400 Измеритель

410 Облучающая система

411 Источник энергии

412, 412′ Оптоволокно

413, 413′ Конец оптоволокна

420 Измерительная система

421 Измерительный элемент

422 Фокусирующее устройство

430 Разветвитель/разделитель

440 Источник света/измерительный элемент

450 Видеоспектрометр

451 Входная щель

452 Оптический блок

453 Группа измерительных элементов

500 Сортировщик

510 Эжекторная система

511 Эжекторное сопло

520 Коллектор

521, 522, 523 Ячейки

524 Лопатка

Fv Вакуумное усилие

K Частица

P Содержание белка

S Крахмалистость

N Количество

t Время

λ Длина волны

y Боковой размер.

Claims (32)

1. Устройство для сортировки частиц по категориям качества, содержащее:
измеритель (400) для измерения по меньшей мере одного аналитического параметра указанных частиц;
транспортер (300) для транспортировки частиц мимо измерителя; и
сортировщик (500), функционально соединенный с указанным измерителем (400) для сортировки частиц по меньшей мере на две категории качества на основании указанного аналитического параметра,
отличающееся тем, что транспортер (300) содержит рабочую поверхность, сконфигурированную с возможностью движения в направлении транспортировки и имеющую множество отверстий (314), при этом транспортер содержит также насос (130) для создания перепада давления в указанных отверстиях, таким образом, чтобы обеспечить присасывание частиц, подаваемых на указанный транспортер, к указанным отверстиям и их перемещение на указанной рабочей поверхности в направлении транспортировки мимо измерителя (400) к сортировщику (500).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что транспортер содержит бесконечную транспортировочную ленту (310), образующую указанную подвижную поверхность.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что указанное устройство содержит колпак (320), открытый снизу, при этом нижняя часть колпака закрыта указанной транспортировочной лентой (310), а колпак соединен с указанным насосом (130) для создания вакуума в указанном колпаке (320).

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что по меньшей мере часть указанного измерителя (400) и/или указанного сортировщика (500) расположена внутри указанного колпака.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что транспортер содержит барабан (330), установленный с возможностью вращения и имеющий периферическую поверхность, которая образует указанную подвижную поверхность.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что барабан соединен с насосом (130) для создания вакуума в указанном барабане (330).

7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что по меньшей мере часть указанного измерителя (400) и/или указанного сортировщика (500) расположена внутри указанного барабана (330).

8. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что отверстия (314) расположены в виде множества параллельных рядов, проходящих в направлении транспортировки.

9. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанное устройство содержит питатель (100, 200) для приема массы указанных частиц, для разделения указанных частиц и для подачи указанных разделенных частиц на указанный транспортер (300).

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что указанный питатель (100, 200) содержит бесконечную подающую ленту (210), сконфигурированную с возможностью приема указанных частиц и их перемещения в направлении транспортировки к указанной рабочей поверхности таким образом, чтобы обеспечить присасывание указанных частиц к отверстиям рабочей поверхности.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что указанная подающая лента (210) имеет наружную поверхность с множеством параллельных канавок, проходящих в направлении транспортировки, при этом боковое расстояние между канавками соответствует боковому расстоянию между отверстиями (314) рабочей поверхности.

12. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что указанное устройство содержит рециркуляционный канал (120) для транспортировки частиц, которые не присосались к указанной рабочей поверхности, обратно в указанный питатель (100, 200).

13. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанный измеритель (400) содержит по меньшей мере один источник (411) света и по меньшей мере один светоизмерительный элемент (421).

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что источник света (411) и светоизмерительный элемент (421) расположены на разных сторонах рабочей поверхности таким образом, чтобы свет мог проходить сквозь указанные отверстия (314), при этом светоизмерительный элемент (421) расположен с возможностью приема света, проходящего через частицы, перемещающиеся мимо измерителя (400) на указанной рабочей поверхности.

15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что источник света (411) и светоизмерительный элемент (412) расположены на одной стороне рабочей поверхности, при этом светоизмерительный элемент (412) установлен с возможностью приема света, отраженного от частиц, перемещаемых мимо измерителя (400) на указанной рабочей поверхности.

16. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что измеритель (400) содержит множество светоизмерительных элементов (412), установленных в поперечном направлении относительно направления транспортировки для обеспечения одновременного измерения аналитических параметров частиц, перемещающихся мимо измерителя (400), в различных точках в поперечном направлении.

17. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что указанный светоизмерительный элемент (412) содержит по меньшей мере один спектрометр, сконфигурированный с возможностью регистрации спектров света, получаемого от частиц, перемещающихся мимо измерителя.

18. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что светоизмерительный элемент содержит видеоспектрометр (450), сконфигурированный с возможностью регистрации имеющих пространственное разрешение спектров частиц, перемещающихся мимо измерителя, в частности множества частиц, перемещающихся мимо измерителя в различных точках в поперечном направлении.

19. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один аналитический параметр включает по меньшей мере одно из следующих свойств:
химические свойства;
биохимические свойства; и/или
степень загрязнения по меньшей мере одним загрязняющим веществом, инфицирующим агентом и/или другим патогенным веществом.

20. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что сортировщик содержит по меньшей мере одно пневматическое эжекторное сопло (511), функционально соединенное с указанным измерителем (400), для создания воздушной струи, обеспечивающей селективное выдувание с рабочей поверхности частиц, перемещающихся мимо указанного эжекторного сопла (511).

21. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что транспортер сконфигурирован с возможностью присасывания частиц к отверстиям (314) на первой стороне указанной рабочей поверхности, при этом указанное эжекторное сопло (511) расположено на второй, противоположной стороне рабочей поверхности для создания воздушной струи, проходящей сквозь указанные отверстия (314).

22. Способ сортировки частиц по категориям качества, содержащий:
транспортировку частиц мимо измерителя (400);
измерение по меньшей мере одного аналитического параметра указанных частиц посредством указанного измерителя (400); и
сортировку частиц по меньшей мере на две категории качества на основании результатов измерения указанного аналитического параметра,
отличающийся тем, что частицы транспортируют на рабочей поверхности, перемещающейся в направлении транспортировки, при этом рабочая поверхность имеет множество отверстий (314), при этом обеспечивают присасывание частиц, подаваемых к указанному транспортеру, к указанным отверстиям (314) и транспортируют частицы на указанной рабочей поверхности в направлении транспортировки мимо измерителя (400).

23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что величину аналитического параметра определяют при помощи оптического измерения.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что частицы облучают с одной стороны рабочей поверхности, при этом свет, проходящий сквозь указанные отверстия (314), регистрируют на противоположной стороне рабочей поверхности.

25. Способ по п. 23, отличающийся тем, что частицы облучают с одной стороны рабочей поверхности, при этом свет, отраженный частицами, перемещающимися мимо измерителя на указанной рабочей поверхности, регистрируют на той же самой стороне рабочей поверхности.

26. Способ по одному из п. 22-25, отличающийся тем, что аналитические параметры множества частиц, перемещающихся мимо измерителя, измеряют одновременно.

27. Способ по одному из п. 22-25, отличающийся тем, что операция измерения по меньшей мере одного аналитического параметра включает в себя запись спектров света, получаемого от частиц, перемещающихся мимо измерителя (400).

28. Способ по одному из п. 22-25, отличающийся тем, что операция измерения по меньшей мере одного аналитического параметра включает в себя одновременную регистрацию имеющих пространственное разрешение спектров света, полученного от множества частиц, перемещающихся мимо измерителя (400).

29. Способ по одному из п. 22-25, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один аналитический параметр включает по меньшей мере одно из следующих свойств:
химические свойства;
биохимические свойства; и/или
степень загрязнения по меньшей мере одним загрязняющим веществом, инфицирующим агентом и/или другим патогенным веществом.

30. Способ по одному из п. 22-25, отличающийся тем, что операция сортировки содержит создание воздушной струи для селективного сдувания частиц с рабочей поверхности.

31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что указанная воздушная струя проходит сквозь указанные отверстия, чтобы сдувать частицы с рабочей поверхности.

32. Способ по одному из п. 22-25, отличающийся тем, что частицы, которые не присосались к рабочей поверхности, рециркулируют с указанной рабочей поверхности обратно в питатель.

Images