CN110261348B

CN110261348B - 近红外光谱水果内部品质检测装置

Info

Publication number: CN110261348B
Application number: CN201910597189.XA
Authority: CN
Inventors: 文韬; 韩龙波; 王孟龙; 彭海龙; 王利军; 龚中良; 曾志华
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2039-07-04
Also published as: CN110261348A

Abstract

一种近红外光谱水果内部品质检测装置，包括光源角度及距离调节机构（3），该光源角度及距离调节机构包括滑杆（353），滑杆上连接第一、二滑座，第一、二滑座的上部可转动安装第一、二连杆机构，第一、二连杆机构上对称设置光源组件，第一驱动结构（32）依次连接第一、二连杆机构，且第一驱动结构驱动第一、二连杆机构以相反方向同步转动；第一、二连杆机构分别包括第一、二连杆（333、335），第一、二连杆的一端分别与第一、二滑座铰接，另一端分别与连杆座（334）铰接；第一、二滑座的下部连接滑座距离对称调节机构（35），滑座距离对称调节机构的驱动轴连接第二驱动结构（36），且第二驱动结构经第一、二滑座带动第一、二连杆机构同步扩展或收缩。

Description

近红外光谱水果内部品质检测装置

技术领域

本发明涉及农产品无损检测,尤其涉及一种近红外光谱水果内部品质检测装置。

背景技术

近年来，光谱检测技术得到了快速发展，已被应用及扩展应用至各个领域。关于农产品的近红外光谱无损检测，目前普遍在一套光谱检测装置上采用单一的光谱采集方式，且光照角度、光照距离需人工调节。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可自动对光照角度、光照距离进行调节，并集成漫反射和漫透射光谱检测的近红外光谱水果内部品质检测装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种近红外光谱水果内部品质检测装置，包括样品放置平台、光源组件及光谱采集***、光源角度及距离调节机构，其中：

所述光源角度及距离调节机构包括两个第二支撑座，两个支撑座之间固定连接滑杆，滑杆上滑动连接第一、二滑座，第一、二滑座的上部通过轴承对称安装第一、二连杆机构，第一、二连杆机构上对称设置两个所述光源组件，且两个光源组件的光束相交于所述样品放置平台上的水果样品，第一驱动结构的输出轴连接第一连杆机构的一端，第一连杆机构的另一端通过直齿轮副连接第二连杆机构的一端，使第一驱动结构驱动第一、二连杆机构以相反方向同步转动；第一、二连杆机构分别包括第一连杆、第二连杆，第一、二连杆的一端分别与第一、二滑座铰接，第一、二连杆的另一端分别与连杆座铰接；第一、二滑座的下部连接滑座距离对称调节机构，滑座距离对称调节机构包括一旋转盘，该旋转盘的两端对称铰接连杆，两连杆的另一端分别铰接第一、二滑座，且旋转盘的驱动轴连接第二驱动结构的输出轴，使第二驱动结构通过滑座距离对称调节机构将第一、二滑座同步推开或拉近，并使第一、二连杆机构同步被扩展或收缩。

本发明通过第一驱动结构驱动第一、二连杆机构以相反方向同步转动，实现了光照角度的调节，本发明进一步通过第二驱动结构、滑座距离对称调节机构将第一、二滑座同步推开或拉近，从而使第一、二连杆机构同步被扩展或收缩，从而实现了光照距离的自动调节。

进一步地，还包括光谱采集***，该光谱采集***包括将漫反射和漫透射集成的采集光路单元，所述采集光路单元包括光谱仪、透射准直镜、反射准直镜，反射准直镜与透射准直镜相对设置，且反射准直镜与透射准直镜分别正对所述水果样品设置，反射准直镜和透射准直镜分别经光纤连接可控光路切换器的一端，可控光路切换器的另一端经光纤连接光谱仪。

进一步地，所述反射准直镜经反射准直镜座安装在反射准直镜高度调节机构的推杆顶端，所述透射准直镜通过透射准直镜座安装在透射准直镜高度调节机构的推杆顶端，使反射准直镜、透射准直镜的高度可调。

进一步地，所述样品放置平台包括位于底部的旋转平台机构和放置在旋转平台机构上的托盘机构，从而使放置在托盘机构上的样品照射角度可根据需要进行调整。

进一步地，所述旋转平台机构包括位于底部的第一支撑座、中空的平台座、中空的平台，平台座固定设置在第一支撑座上，平台通过回转支承固定安装在平台座上，所述托盘机构放置在平台上。

进一步地，所述托盘机构包括一中空的套筒，套筒内水平放置凸透镜，套筒的顶部套设软坐垫。

进一步地，所述光源组件包括与所述连杆座固定连接的灯座，灯座上安装卤素灯和灯筒，卤素灯安装在灯筒内，灯筒的内腔安装偏振滤光片，灯筒的前端安装光阑座，光阑座内根据需要安装不同大小的光阑。

进一步地，所述光谱采集***还包括温度调节单元，所述温度调节单元包括安装在光谱仪下面用于控制光谱仪温度的温度控制器、安装在机箱内的温度传感器，温度传感器接入所述光源组件的光源控制回路中，当温度传感器检测到机箱内温度高于设定温度时，自动切断光源的电源。

附图说明

图1是本发明一种近红外光谱无损检测装置的总体结构示意图。

图2是本发明一种近红外光谱无损检测装置的主视图。

图3是本发明旋转平台机构结构示意图。

图4是本发明托盘机构结构示意图。

图5是本发明光源角度及距离调节机构结构立体图。

图6是本发明对称V型连杆机构结构示意图。

图7是本发明漫反射和漫透射集成的采集光路结构示意图。

图8是本发明光源组件结构示意图一。

图9是本发明光源组件结构示意图二。

图10是本发明光源组件剖视图。

图11是本发明光谱采集流程图。

图中：

（1）旋转平台机构；（11）第一支撑座；（12）旋转平台隔板；（13）座板；（14）平台座；（15）平台；

（2）托盘机构；（21）软坐垫；（22）套筒；（23）凸透镜；水果样品（24）；

（3）光源角度及距离调节机构；（31）90°转向机构；（32）第一驱动结构；（33）对称V型连杆机构；（331）第一连杆机构；（332）第二连杆机构；（333）第一连杆；（334）连杆座；（335）第二连杆；（34）直齿轮副；（35）滑座距离对称调节机构；（351）第二支撑座L型板；（352）第二支撑座；（353）滑杆；（354）旋转盘；（355、356）第一、二滑座；（36）第二驱动结构；

（4）光源组件；（41）卤素灯组件；（42）灯座；（43）卤素灯；（44）灯筒；（45、46）散热风扇；（47）偏振滤光片；（48）光阑座；（49）光阑；

（5）采集光路单元；（50）光谱仪；（51）光谱仪干路光纤；（52）可控光路切换器；（53）透射支路光纤；（54）透射准直镜高度调节机构；（541）透射准直镜座；（55）透射准直镜；（56）反射准直镜；（57）反射准直镜高度调节机构；（571）反射准直镜座；（58）反射支路光纤；

（6）温度调节单元；（61）机箱散热风扇；（62）温度传感器；（63）温度控制器；

（7）隔板；（8）机箱。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

为了便于描述，各部件的相对位置关系（如：上、下、左、右等）的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

实施例1：

如图1-2所示，本发明近红外光谱水果内部品质检测装置一实施例包括样品放置平台、光源角度及距离调节机构3、光源组件4及光谱采集***。样品放置平台包括旋转平台机构1和放置在旋转平台机构1上的托盘机构2；光谱采集***包括将漫反射和漫透射集成的采集光路单元5，以及温度调节单元6。

如图3所示，旋转平台机构1包括四个第一支撑座11、旋转平台隔板12、L型的座板13、中空的平台座14、中空的平台15，四个第一支撑座11固定安装在机箱8的隔板7上，旋转平台隔板12固定安装在四个第一支撑座11的中部，四个第一支撑座11分为对称设置的两组，各组支撑座上分别固定安装座板13，且两个座板13之间间隔检测间隙，平台座14固定安装在两个座板13上，平台15通过回转支承固定安装在平台座14上，托盘机构2可放置在平台15上，平台15带动托盘机构2旋转。

如图4所示，托盘机构2包括软坐垫21、中空的套筒22、凸透镜23，凸透镜23水平放置在套筒22内的阶梯上，软坐垫21放置在套筒22上。

如图5所示，光源角度及距离调节机构3包括两个固定安装在机箱隔板7上的第二支撑座352，两个第二支撑座352之间设置两根滑杆353，两根滑杆353上通过直线轴承滑动连接第一、二滑座355、356，第一、二滑座355、356之间通过关节轴承设置滑座距离对称调节机构35，滑座距离对称调节机构35包括一旋转盘354，该旋转盘354的两端对称铰接连杆，两连杆的另一端分别铰接第一、二滑座355、356，且旋转盘354的驱动轴连接第二驱动结构36的输出轴，第二驱动结构36驱动滑座距离对称调节机构35，进而通过第一、二滑座355、356可实现第一、二连杆机构331、332的扩展或收缩，从而实现卤素灯组件41照射距离的调节。第一、二滑座355、356的上部通过轴承安装连接第一、二连杆机构331、332，第一、二连杆机构331、332上对称设置卤素灯组件41，第一滑座355的顶部设置第一驱动结构32，第一驱动结构32的输出轴经90°转向机构31连接第一连杆机构331，第一连杆机构331通过安装在第二滑座356内的直齿轮副34同步驱动连接第二连杆机构332，从而实现对卤素灯组件41照射角度的调节。

如图6所示，第一、二连杆机构331、332分别包括第一连杆333、连杆座334、第二连杆335，第一连杆333与第二连杆335分别通过轴承安装在连杆座334上，从而使第一、第二连杆333、335构成可在0-90°转动调节的V型结构。

如图7所示，采集光路单元5包括光谱仪50、光谱仪干路光纤51、可控光路切换器52、透射支路光纤53、透射准直镜高度调节机构54、透射准直镜55、反射准直镜56、反射准直镜高度调节机构57、反射支路光纤58；反射准直镜56安装在机箱8内顶部反射准直镜高度调节机构57的推杆顶端固定紧的反射准直镜座571上，透射准直镜55安装在机箱内底部透射准直镜高度调节机构54的推杆顶端固定紧的透射准直镜座541上；反射准直镜56经反射支路光纤58连接可控光路切换器52，透射准直镜55经透射支路光纤53连接可控光路切换器52；可控光路切换器52经光谱仪干路光纤51连接光谱仪5，透射准直镜高度调节机构54与反射准直镜高度调节机构57可分别调节透射准直镜55、反射准直镜56与水果样品24的距离。

如图8-10所示，光源组件4包括灯座42、卤素灯43、灯筒44、散热风扇45、46、偏振滤光片47、光阑座48、光阑49。卤素灯43安装在灯座42上，灯筒44与灯座42固定连接，灯筒44的内腔前端阶梯上安装偏振滤光片47，且具有外螺纹的光阑座48轴向固定在灯筒44的前端，并使偏振滤光片47限位，光阑座48的前端开有槽，光阑49放入槽中。该槽中可更换不同大小光阑49以此调整光斑大小。散热风扇45、46以相同风向对称安装在卤素灯灯筒144上，分别以一定转速配合对卤素灯43散热。

如图2所示，温度调节单元6包括机箱散热风扇61、温度传感器62、温度控制器63。机箱散热风扇61安装在机箱8的箱壁上，用于机箱8内散热。温度传感器62安装在机箱8的隔板7上，因而温度传感器62可实时检测机箱内温度，当温度传感器62检测到机箱内温度高于设定温度时，自动切断卤素灯43的电源。温度控制器63放置在光谱仪50下面，用于控制光谱仪的温度。

如图11所示，本发明近红外光谱水果内部品质检测装置的控制方法，包括下述步骤：

S1、启动第一驱动结构32驱动90°转向机构31，进而驱动对称V型连杆机构33上、下移动，从而调节光源照射角度；启动第二驱动结构36驱动滑座距离对称调节机构35，调节光源照射距离，并使光源预热约20分钟稳定后；

S2、在托盘机构2上放置参比球，当可控光路切换器52切换在透射支路光纤53，透射光通过透射准直镜55、透射支路光纤53、可控光路切换器52、光谱仪干路光纤51，此时光谱仪5可采集参比的透射光谱；

S3、将待测的水果样品24放在托盘机构2的软坐垫21上，当可控光路切换器52切换在透射支路光纤53，水果样品24的透射光通过透射准直镜55、透射支路光纤53、可控光路切换器52、光谱仪干路光纤51，此时光谱仪50可采集水果样品24的透射光谱；

S4、通过平台15带动托盘机构2上的水果样品24在0-180°内转动后，光谱仪50再次采集水果样品24的透射光谱；

S5、在托盘机构2上换置参比球，将可控光路切换器52切换在反射支路光纤58，反射光通过反射准直镜56、反射支路光纤58、可控光路切换器52、光谱仪干路光纤51，此时光谱仪5可采集样品的反射光谱；

S6、将待测的水果样品24放在托盘机构2的软坐垫21上，当可控光路切换器52切换在反射支路光纤58，水果样品24的反射光通过反射准直镜55、反射支路光纤58、可控光路切换器52、光谱仪干路光纤51，此时光谱仪5可采集水果样品24的反射光谱。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims

1.一种近红外光谱水果内部品质检测装置，包括样品放置平台、光源组件（4），其特征在于还包括光源角度及距离调节机构（3）、光谱采集***，该光源角度及距离调节机构包括两个第二支撑座（352），两个支撑座之间固定连接滑杆（353），滑杆上滑动连接第一、二滑座（355、356），第一、二滑座的上部通过轴承对称安装第一、二连杆机构（331、332），第一、二连杆机构上对称设置两个所述光源组件，且两个光源组件的光束相交于所述样品放置平台上的水果样品（24），第一驱动结构（32）的输出轴连接第一连杆机构(331)的一端，第一连杆机构的另一端通过直齿轮副（34）连接第二连杆机构（332）的一端，使第一驱动结构驱动第一、二连杆机构以相反方向同步转动；第一、二连杆机构分别包括第一连杆（333）、第二连杆（335），第一、二连杆的一端分别与第一、二滑座铰接，第一、二连杆的另一端分别与连杆座（334）铰接；第一、二滑座的下部连接滑座距离对称调节机构（35），滑座距离对称调节机构包括一旋转盘（354），该旋转盘的两端对称铰接连杆，两连杆的另一端分别铰接第一、二滑座，且旋转盘的驱动轴连接第二驱动结构（36）的输出轴，使第二驱动结构通过滑座距离对称调节机构将第一、二滑座同步推开或拉近，并使第一、二连杆机构同步被扩展或收缩；该光谱采集***包括将漫反射和漫透射集成的采集光路单元（5），所述采集光路单元包括光谱仪（50）、透射准直镜（55）、反射准直镜（56），反射准直镜与透射准直镜相对设置，且反射准直镜与透射准直镜分别正对所述水果样品设置，反射准直镜和透射准直镜分别经光纤连接可控光路切换器（52）的一端，可控光路切换器的另一端经光纤连接光谱仪（50）。

2.根据权利要求1所述的近红外光谱水果内部品质检测装置，其特征在于，所述反射准直镜经反射准直镜座（571）安装在反射准直镜高度调节机构（57）的推杆顶端，所述透射准直镜通过透射准直镜座（541）安装在透射准直镜高度调节机构（54）的推杆顶端。

3.根据权利要求1所述的近红外光谱水果内部品质检测装置，其特征在于，所述样品放置平台包括位于底部的旋转平台机构（1）和放置在旋转平台机构上的托盘机构（2）。

4.根据权利要求3所述的近红外光谱水果内部品质检测装置，其特征在于，所述旋转平台机构包括位于底部的第一支撑座（11）、中空的平台座（14）、中空的平台（15），平台座固定设置在第一支撑座上，平台通过回转支承固定安装在平台座上，所述托盘机构放置在平台上。

5.根据权利要求3所述的近红外光谱水果内部品质检测装置，其特征在于，所述托盘机构包括一中空的套筒（22），套筒内水平放置凸透镜（23），套筒的顶部套设软坐垫（21）。

6.根据权利要求1所述的近红外光谱水果内部品质检测装置，其特征在于，所述光源组件包括与所述连杆座固定连接的灯座（42），灯座上安装卤素灯（43）和灯筒（44），卤素灯安装在灯筒内，灯筒的内腔安装偏振滤光片（47），灯筒的前端安装光阑座（48），光阑座内根据需要安装不同大小的光阑（49）。

7.根据权利要求1所述的近红外光谱水果内部品质检测装置，其特征在于，所述光谱采集***还包括温度调节单元，该温度调节单元包括安装在光谱仪（50）下面用于控制光谱仪温度的温度控制器（63）、安装在机箱内的温度传感器（62），温度传感器接入所述光源组件的光源控制回路中，当温度传感器检测到机箱内温度高于设定温度时，温度传感器自动切断光源的电源。