CN114894730B - 基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于可见光‑近红外的甘蔗糖分无损检测装置及检测方法。该检测装置由手柄和检测头两大部分组合而成，其在结构设计上使用可弹性移动的检测盒和可弹性移动的弹性垫片来共同构建一个可弹性张合的样本检测位，可方便地夹持不同大小的圆柱状甘蔗样本进行检测，而且既可以对采收后的甘蔗进行检测，也可以直接对未收割的甘蔗进行现场检测。该检测方法包括选取甘蔗样本、获取参考棒电压、获取甘蔗样本电压、计算甘蔗样本的吸光值、测量甘蔗样本的糖分真实值、建立糖分预测模型等多个步骤，其使用了参考棒的电压并将其转化为吸光值，能够提升建模精度，并且该方法的数据采集处理方式简单，检测速度快，糖分的预测值与真实值之间误差较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式甘蔗糖分无损检测装置及检测方法，具体是一种基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置及检测方法，属于水果糖分无损检测技术领域。
背景技术
甘蔗不仅可以作为日常水果，还是主要的制糖原料之一，其内部糖分含量是衡量甘蔗品质的重要指标。甘蔗糖分含量的传统检测方法多为破坏性采样，测定步骤繁琐，费时费力，检测效率低，不利于田间检测，无法满足甘蔗收购“按质论价”的需要，也无法应用于蔗糖企业生产现场的快速检测。
目前对水果内部糖度、酸度等品质的无损检测通常使用光谱分析技术，光谱分析技术具有效率高、非破坏性的检测优势，但传统光谱检测仪器价格昂贵，不便于携带，因此市面上也有一些专门用于检测水果内部糖度、酸度等品质的便携式无损检测仪器，如中国专利CN111610162A公开了一种便携式水果无损快速测试装置，中国专利CN107202761A公开了一种快速检测水果内部品质的便携式检测设备及检测方法，但这些用于快速检测水果内部品质的便携式检测设备针对的检测对象都是诸如苹果、梨和柑橘等圆球状水果样本，并不适合用于检测甘蔗这类圆柱状样本，而且这些现有的便携式检测设备是针对采摘后的水果进行设计的，无法用于对未收割条件下的甘蔗进行现场检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置及检测方法，以实现对甘蔗糖分含量的快速无损和现场检测，从而解决目前甘蔗糖分含量传统检测方法费时费力，检测效率低，对样本造成破坏且不利于田间现场检测的问题。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置，其由手柄和检测头两大部分组合而成。
所述手柄的上部为显示基座，显示基座的下方连接着向后下方倾斜伸出的握把；显示基座的后侧面设有OLED显示屏，显示基座前侧面中央设有一个向前伸出并可弹性伸缩的弹性垫片，显示基座前侧面在弹性垫片的左侧设有一段向前伸出的连接端头；握把上设有电池仓，电池仓内装有可充电电池，握把外部设有电源按键、SD卡插口、USB充电口、控制按键、复位按键和电源指示灯，握把内部设有电源板和主控电路板；由电源板对主控电路板进行供电，所述电池仓、电源按键、USB充电口、电源指示灯分别设有电路与电源板相连接，所述OLED显示屏、SD卡插口、控制按键、复位按键分别设有电路与主控电路板相连接。
所述弹性垫片的前端为水平设置的弧形抱夹片，抱夹片的后方固定连接有水平滑柱，水平滑柱可前后滑动且不可转动地卡接在显示基座内部的对应滑槽内，滑槽内在水平滑柱的后方还设有顶推弹簧。
所述控制按键设有参考棒数据采集按键、甘蔗数据采集按键、数据存储按键、数据删除按键。
所述检测头设有竖向设置的条形检测盒，检测盒设置在显示基座的前方且检测盒正面正对着显示基座前侧面的弹性垫片，检测盒的左右两侧各设有一段弧形夹臂，由两弧形夹臂与检测盒共同组成一个开口正对着显示基座前侧面的水平C形夹，其中与显示基座连接端头同侧的弧形夹臂的端头通过弹簧拉伸固定结构与显示基座的连接端头弹性对接在一起，由C形夹与弹性垫片组成一对可弹性张合的抱夹，抱夹内检测盒与弹性垫片之间的卡位即为样本检测位；检测盒正面中央设有排成一列的三个孔位，中间孔位为光电检测孔，上下两个孔位为光源射出孔，三个孔位的孔沿上均固定套接有向前凸出的橡胶垫圈；检测盒内部在对应光电检测孔的后方设有光电检测电路板，光电检测电路板上的光电二极管正对着光电检测孔；检测盒内部在对应两光源射出孔的后方各设有一个LED集成光源，每个LED集成光源均搭配有用于优化光路的反光杯、凸透镜和用于散热的散热柱，检测盒内部还设有用于对两个LED集成光源进行集中控制的光源控制电路板；所述光电检测电路板和光源控制电路板分别设有电路与手柄上的主控电路板相连接。
所述弹簧拉伸固定结构设有定位导套、定位导柱和拉力弹簧；定位导套和定位导柱分别固定设置在连接端头和对应弧形夹臂端头上，通过定位导套和定位导柱的滑动插接来实现连接端头与对应弧形夹臂端头的对接定位；拉力弹簧的两端通过连接销分别连接在连接端头和对应弧形夹臂端头上，通过拉力弹簧的拉拽使连接端头与对应弧形夹臂端头弹性对接在一起。
所述两个LED集成光源的波峰波长有737nm、763nm、780nm、930nm、949nm和980nm六个波长，带宽为20nm，每个LED集成光源中包含有3个波长发光芯片，每个芯片各设有一个正负极控制开断。所述光源控制电路板采用BP1360的LED恒流驱动芯片搭配CD4051模拟开关芯片进行光源分时点亮控制。
所述手柄的外壳由手柄上盖、手柄下盖、电池盖拼合而成，手柄上盖与手柄下盖之间通过螺丝固定，电池盖通过卡扣盖合在手柄下盖上；所述检测头的外壳由检测头前上盖，检测头前下盖、检测头后盖通过卡扣拼合而成。
所述基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、选取甘蔗样本
选取一定数量的甘蔗样本，甘蔗样本按照外形笔直，节间长度大于6 cm，茎宽至少保证30mm的要求进行选取。
步骤2、获取参考棒电压
使用直径为30mm的乳白色特氟龙圆棒作为参考棒，将参考棒卡在所述甘蔗糖分无损检测装置的样本检测位处夹紧，确保检测盒正面三个孔位上的橡胶垫圈被参考棒完全压住，按下参考棒数据采集按键，获取参考棒的黑暗参考电压和白参考电压，其中黑暗参考电压为参考棒在无光源照射下的漫反射信号电压值，白参考电压为参考棒在各个特定波长光源照射下的漫反射信号电压值。
步骤3、获取甘蔗样本电压
将甘蔗样本卡在所述甘蔗糖分无损检测装置的样本检测位处夹紧，确保检测盒正面三个孔位上的橡胶垫圈被参考棒完全压住，按下甘蔗数据采集按键，获取甘蔗样本电压，甘蔗样本电压为甘蔗样本在各个特定波长光源照射下的漫反射信号电压值。
步骤4、计算甘蔗样本的吸光值
根据步骤2和步骤3中获取的参考棒电压和甘蔗样本电压，按照以下公式计算甘蔗样本在各个特定波长光源照射下的吸光值：
公式中：A为甘蔗样本的吸光值，V R 为甘蔗样本电压，V D 为参考棒的黑暗参考电压，V W 为参考棒的白参考电压。
步骤5、测量甘蔗样本的糖分真实值
使用数字折光仪测量甘蔗样本的糖分真实值。
步骤6、建立糖分预测模型
使用偏最小二乘法在甘蔗样本的吸光值与甘蔗样本的糖分真实值之间构建甘蔗糖分预测模型。
步骤7、对糖分预测模型进行分析
从模型的建模精度，模型预测值与实测的糖分真实值之间的误差来对模型进行分析。
步骤8、将糖分预测模型置入检测装置后用于检测
将糖分预测模型输入所述甘蔗糖分无损检测装置后，使用该检测装置检测甘蔗样本的糖分时，由该检测装置采集相应的电压值并转化为吸光值后带入糖分预测模型中，即可获得该甘蔗样本的糖分预测值。
相对于现有的技术，本发明的具有以下优点：
本发明的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置在结构设计上使用可弹性移动的检测盒和可弹性移动的弹性垫片来共同构建一个可弹性张合的样本检测位，可方便地夹持不同大小的圆柱状甘蔗样本进行检测，而且既可以对采收后的甘蔗进行检测，也可以直接对未收割的甘蔗进行现场检测；由于检测盒上设有向前凸出的橡胶垫圈，检测时甘蔗样本能够压缩橡胶垫圈形成贴紧状态，从而可遮蔽检测时的环境光并构成良好的暗室，减小干扰，提高检测准确度。另外，本检测装置的光源控制电路板采用BP1360的LED恒流驱动芯片搭配CD4051模拟开关芯片进行光源分时点亮控制，只使用一个ADC采集电路和信号放大电路即可对多波长下的电压数据进行采集，精简了仪器的电路设计结构。
本发明的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置的检测方法使用了参考棒的电压并将其转化为吸光值，能够提升甘蔗样本电压值与糖分值之间的建模精度，并且该方法的数据采集处理方式简单，检测速度快，糖分的预测值与真实值之间误差较低。
附图说明
图1为本检测装置的整体结构示意图。
图2为本检测装置的纵向剖面图。
图3为本检测装置的俯向视图。
图4为本检测装置的检测头的正向视图。
图5为本检测装置的检测头与手柄的连接部分的局部剖面图。
图6为本检测装置的检测头与手柄弹性分离时的俯向视图。
图7为本检测装置的检测头和手柄的外壳分离时的示意图。
图8为本检测装置的光源控制电路板的光源分时点亮控制电路。
图9为本检测装置的光源控制电路板的光源驱动电路。
图10为本检测装置的检测方法的流程框图。
图11为校正集甘蔗样本的糖分预测值与真实值建模的线性拟合曲线。
图12为校正集甘蔗样本的糖分预测值与真实值之间的残差图。
图13为预测集甘蔗样本的糖分预测值与真实值建模的线性拟合曲线。
图14为预测集甘蔗样本的糖分预测值与真实值的结果对比折线图。
上述图1-图7中：1-显示基座，2-握把，3-OLED显示屏，4-弹性垫片，5-连接端头，6-顶推弹簧，7-电池仓，8-电源按键，9- SD卡插口，10- USB充电口，11-控制按键，12-复位按键，13-电源指示灯，14-电源板，15-主控电路板，16-检测盒，17-弧形夹臂，18-定位导套，19-定位导柱，20-拉力弹簧，21-连接销，22-光电检测孔，23-光源射出孔，24-橡胶垫圈，25-光电检测电路板，26-LED集成光源，27-反光杯，28-凸透镜，29-散热柱，30-光源控制电路板，31-手柄上盖，32-手柄下盖，33-电池盖，34-检测头前上盖，35-检测头前下盖，36-检测头后盖。
具体实施方式
下面结合相关实验及附图对本发明做进一步说明。
如图1-图9所示，本发明的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置由手柄和检测头两大部分组合而成。
所述手柄的上部为显示基座1，显示基座1的下方连接着向后下方倾斜伸出的握把2。显示基座1的后侧面设有OLED显示屏3，显示基座1前侧面中央设有一个向前伸出并可弹性伸缩的弹性垫片4，显示基座1前侧面在弹性垫片4的左侧设有一段向前伸出的连接端头5；所述弹性垫片4的前端为水平设置的弧形抱夹片，抱夹片的后方固定连接有水平滑柱，水平滑柱可前后滑动且不可转动地卡接在显示基座内部的对应滑槽内，滑槽内在水平滑柱的后方还设有顶推弹簧6。
所述握把2上设有电池仓7，电池仓7内装有可充电电池，握把2外部设有电源按键8、SD卡插口9、USB充电口10、控制按键11、复位按键12和电源指示灯13，握把2内部设有电源板14和主控电路板15；由电源板14对主控电路板15进行供电，所述电池仓7、电源按键8、USB充电口10、电源指示灯13分别设有电路与电源板14相连接，所述OLED显示屏3、SD卡插口9、控制按键11、复位按键12分别设有电路与主控电路板15相连接。所述控制按键11设有参考棒数据采集按键、甘蔗数据采集按键、数据存储按键、数据删除按键。
所述电源板14与主控电路板15之间使用USB接口进行连接，由电源板14向主控电路板提供5V的电压输入；所述主控电路板15设有电压转换模块、SD卡存储模块、按键模块，并通过OLED显示屏3进行数据显示，主控电路板15的主控芯片为STM32F103C8T6，电压转换芯片采用AMS1117-3.3芯片，由电压转换芯片将5V输入电压转化为所需要的3.3V电压。
所述检测头设有竖向设置的条形检测盒16，检测盒16设置在显示基座1的前方且检测盒16正面正对着显示基座1前侧面的弹性垫片4，检测盒16的左右两侧各设有一段弧形夹臂17，由两弧形夹臂17与检测盒16共同组成一个开口正对着显示基座1前侧面的水平C形夹，其中与显示基座连接端头5同侧的弧形夹臂17端头通过弹簧拉伸固定结构与显示基座1的连接端头5弹性对接在一起，使C形夹与弹性垫片4组成一对可弹性张合的抱夹，抱夹内检测盒16与弹性垫片4之间的卡位即为样本检测位。所述弹簧拉伸固定结构设有定位导套18、定位导柱19和拉力弹簧20；定位导套18和定位导柱19分别固定设置在连接端头5和对应弧形夹臂17端头上，通过定位导套18和定位导柱19的滑动插接来实现连接端头5与对应弧形夹臂17端头的对接定位；拉力弹簧20的两端通过连接销21分别连接在连接端头5和对应弧形夹臂17端头上，通过拉力弹簧20的拉拽使连接端头5与对应弧形夹臂17端头弹性对接在一起。
所述检测盒16正面中央设有排成一列的三个孔位，中间孔位为光电检测孔22，上下两个孔位为光源射出孔23，三个孔位的孔沿上均固定套接有向前凸出的橡胶垫圈24；检测盒16内部在对应光电检测孔22的后方设有光电检测电路板25，光电检测电路板25上的光电二极管正对着光电检测孔22；检测盒16内部在对应两光源射出孔23的后方各设有一个LED集成光源26，每个LED集成光源26均搭配有用于优化光路的反光杯27、凸透镜28和用于散热的散热柱29，检测盒16内部还设有用于对两个LED集成光源26进行集中控制的光源控制电路板30；所述光电检测电路板25和光源控制电路板30分别设有电路与手柄上的主控电路板15相连接。
所述光电检测电路板25上的光电二极管为硅光电二极管，其检测波长的范围为400~1100nm。所述两个LED集成光源26的波峰波长有737nm、763nm、780nm、930nm、949nm和980nm六个波长，带宽为20nm，每个LED集成光源26中包含有3个波长发光芯片，每个芯片各设有一个正负极控制开断。所述光源控制电路板30采用BP1360的LED恒流驱动芯片搭配CD4051模拟开关芯片进行光源分时点亮控制，并由主控电路板15上的PB7、PB8和PB9三个控制引脚来对CD4051模拟开关芯片进行通路的选择，进而控制六个波长LED光源的分时点亮。
所述手柄的外壳由手柄上盖31、手柄下盖32、电池盖33拼合而成，手柄上盖31与手柄下盖32之间通过螺丝固定，电池盖33通过卡扣盖合在手柄下盖32上；所述检测头的外壳由检测头前上盖34，检测头前下盖35、检测头后盖36通过卡扣拼合而成。
下面以甘蔗大田中粤糖93159品种号的甘蔗作为实验例对所述基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置的检测方法进行详细说明。
如图10所示，本发明的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、选取甘蔗样本
在甘蔗大田采收一定数量的粤糖93159品种号的甘蔗，表皮颜色统一为黄绿皮，选取63个甘蔗样本，甘蔗样本按照外形笔直，节间长度大于6 cm，茎宽至少保证30mm的要求进行选取；甘蔗样本从田间采集回来之后，在室温下存放24 h后再进行检测数据的获取，以减少非变量因素导致的差异；检测前所有甘蔗样本要进行表皮去蜡处理，然后进行编号，剔除虫蛀以及内部病变的样本。
步骤2、获取参考棒电压
使用直径为30mm的乳白色特氟龙圆棒作为参考棒，将参考棒卡在所述甘蔗糖分无损检测装置的样本检测位处夹紧，确保检测盒正面三个孔位上的橡胶垫圈被参考棒完全压住，按下参考棒数据采集按键，获取参考棒的黑暗参考电压和白参考电压，其中黑暗参考电压为参考棒在无光源照射下的漫反射信号电压值，白参考电压为参考棒在各个特定波长光源照射下的漫反射信号电压值。
步骤3、获取甘蔗样本电压
将甘蔗样本卡在所述甘蔗糖分无损检测装置的样本检测位处夹紧，确保检测盒正面三个孔位上的橡胶垫圈被参考棒完全压住，按下甘蔗数据采集按键，获取甘蔗样本电压，甘蔗样本电压为甘蔗样本在各个特定波长光源照射下的漫反射信号电压值。
本步骤中，按照甘蔗样本编号的顺序对甘蔗样本进行各个波长对应电压值的获取，在测量时将检测盒的光电检测孔对准样本节间中部，每个样本通过120°旋转测量采集3次电压数据，将3次测量的数据平均后作为该样本特定波长下的电压数据。
步骤4、计算甘蔗样本的吸光值
根据步骤2和步骤3中获取的参考棒电压和甘蔗样本电压，按照以下公式计算甘蔗样本在各个特定波长光源照射下的吸光值：
公式中：A为甘蔗样本的吸光值，V R 为甘蔗样本电压，V D 为参考棒的黑暗参考电压，V W 为参考棒的白参考电压。
当采用相同波长的光源照射光电二极管时，光照强度越高，流过光电二极管的电流越大，经过电阻转化的电压值也就越高，因此电压数据在一定程度上反应了光照的强度，通过上述公式可以将电压值转化为甘蔗样本对应的吸光值。
步骤5、测量甘蔗样本的糖分真实值
使用数字折光仪测量甘蔗样本的糖分真实值。测量方法为：打开仪器，使用干净绒布擦净检测点的棱镜，使用蒸馏水滴定在检测点，进行数据校正，而后将甘蔗样本去皮切段后榨汁，将汁液滴在数显折光仪的检测位点上进行糖分的测量。每个甘蔗样本的糖分测量完成之后，折光仪的检测位点、榨汁仪器都需要用清水洗净并用吸水纸吸取多余的水分以备下次测量。
步骤6、建立糖分预测模型
使用偏最小二乘法在63个甘蔗样本的吸光值与甘蔗样本的糖分真实值之间构建甘蔗糖分预测模型，其中42个样本作为模型校正集，另外21个样本作为模型预测集。
步骤7、对糖分预测模型进行分析
从模型的建模精度，模型预测值与实测的糖分真实值之间的误差来对模型进行分析。
图11所示为42个校正集甘蔗样本的糖分预测值与真实值建模的线性拟合曲线，校正集的相关系数R c 达到0.8065，校正集的均方根误差RMSEC为0.583°Brix。图12所示为42个校正集甘蔗样本的模型预测值与实测真实值之间的残差，样本的残差分布点基本在0刻度线附近上下浮动且呈现明显的带状，说明回归模型建模效果很好，预测模型可靠。
将剩余21个预测集甘蔗样本的吸光值带入数学模型，获得预测集甘蔗样本的模型预测值，图13所示为21个预测集甘蔗样本的糖分预测值与真实值建模的线性拟合曲线，预测集的相关系数R p 为0.7751，预测集的均方根误差RMSEP为0.5637°Brix。图14为预测集甘蔗样本的模型预测值和实测真实值之间的比较图。下表为预测集甘蔗样本的糖分预测值和实测真实值的绝对误差和相对误差列表，表中从绝对误差来看，21个甘蔗样本中糖分的预测值与真实值之间的最大差值为1.11°Brix，最小差值为0.05°Brix；从相对误差来看，其误差波动范围均在-5%~5%之间。
步骤8、将糖分预测模型置入检测装置后用于检测
将糖分预测模型输入所述甘蔗糖分无损检测装置后，使用该检测装置检测甘蔗样本的糖分时，由该检测装置采集甘蔗样本的电压值并转化为吸光值后带入糖分预测模型中，即可获得该甘蔗样本的糖分预测值。
使用额外的5个甘蔗样本进行抽检，检测结果如下表所示，其相对误差范围也在-5%~5%之间。
从以上的分析来看，该甘蔗糖分无损检测装置的检测精度能够达到一定的精度需求。
上述图例仅为本发明专利的典型实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置，其特征在于，所述甘蔗糖分无损检测装置由手柄和检测头两大部分组合而成；
所述手柄的上部为显示基座，显示基座的下方连接着向后下方倾斜伸出的握把；显示基座的后侧面设有OLED显示屏，显示基座前侧面中央设有一个向前伸出并可弹性伸缩的弹性垫片，显示基座前侧面在弹性垫片的左侧设有一段向前伸出的连接端头；握把上设有电池仓，电池仓内装有可充电电池，握把外部设有电源按键、SD卡插口、USB充电口、控制按键、复位按键和电源指示灯，握把内部设有电源板和主控电路板；由电源板对主控电路板进行供电，所述电池仓、电源按键、USB充电口、电源指示灯分别设有电路与电源板相连接，所述OLED显示屏、SD卡插口、控制按键、复位按键分别设有电路与主控电路板相连接；
所述检测头设有竖向设置的条形检测盒，检测盒设置在显示基座的前方且检测盒正面正对着显示基座前侧面的弹性垫片，检测盒的左右两侧各设有一段弧形夹臂，由两弧形夹臂与检测盒共同组成一个开口正对着显示基座前侧面的水平C形夹，其中与显示基座连接端头同侧的弧形夹臂的端头通过弹簧拉伸固定结构与显示基座的连接端头弹性对接在一起，由C形夹与弹性垫片组成一对可弹性张合的抱夹，抱夹内检测盒与弹性垫片之间的卡位即为样本检测位；检测盒正面中央设有排成一列的三个孔位，中间孔位为光电检测孔，上下两个孔位为光源射出孔，三个孔位的孔沿上均固定套接有向前凸出的橡胶垫圈；检测盒内部在对应光电检测孔的后方设有光电检测电路板，光电检测电路板上的光电二极管正对着光电检测孔；检测盒内部在对应两光源射出孔的后方各设有一个LED集成光源，每个LED集成光源均搭配有用于优化光路的反光杯、凸透镜和用于散热的散热柱，检测盒内部还设有用于对两个LED集成光源进行集中控制的光源控制电路板；所述光电检测电路板和光源控制电路板分别设有电路与手柄上的主控电路板相连接；
所述两个LED集成光源的波峰波长有737nm、763nm、780nm、930nm、949nm和980nm六个波长，带宽为20nm，每个LED集成光源中包含有3个波长发光芯片，每个芯片各设有一个正负极控制开断；所述光源控制电路板采用BP1360的LED恒流驱动芯片搭配CD4051模拟开关芯片进行光源分时点亮控制。
2.根据权利要求1所述的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置，其特征在于：所述弹性垫片的前端为水平设置的弧形抱夹片，抱夹片的后方固定连接有水平滑柱，水平滑柱可前后滑动且不可转动地卡接在显示基座内部的对应滑槽内，滑槽内在水平滑柱的后方还设有顶推弹簧。
3.根据权利要求1所述的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置，其特征在于：所述控制按键设有参考棒数据采集按键、甘蔗数据采集按键、数据存储按键、数据删除按键。
4.根据权利要求1所述的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置，其特征在于：所述弹簧拉伸固定结构设有定位导套、定位导柱和拉力弹簧；定位导套和定位导柱分别固定设置在连接端头和对应弧形夹臂端头上，通过定位导套和定位导柱的滑动插接来实现连接端头与对应弧形夹臂端头的对接定位；拉力弹簧的两端通过连接销分别连接在连接端头和对应弧形夹臂端头上，通过拉力弹簧的拉拽使连接端头与对应弧形夹臂端头弹性对接在一起。
5.根据权利要求1所述的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置，其特征在于：所述手柄的外壳由手柄上盖、手柄下盖、电池盖拼合而成，手柄上盖与手柄下盖之间通过螺丝固定，电池盖通过卡扣盖合在手柄下盖上；所述检测头的外壳由检测头前上盖，检测头前下盖、检测头后盖通过卡扣拼合而成。
6. 一种如权利要求1所述的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、选取甘蔗样本
选取一定数量的甘蔗样本，甘蔗样本按照外形笔直，节间长度大于6 cm，茎宽至少保证30mm的要求进行选取；
步骤2、获取参考棒电压
使用直径为30mm的乳白色特氟龙圆棒作为参考棒，将参考棒卡在所述甘蔗糖分无损检测装置的样本检测位处夹紧，确保检测盒正面三个孔位上的橡胶垫圈被参考棒完全压住，按下参考棒数据采集按键，获取参考棒的黑暗参考电压和白参考电压，其中黑暗参考电压为参考棒在无光源照射下的漫反射信号电压值，白参考电压为参考棒在各个特定波长光源照射下的漫反射信号电压值；
步骤3、获取甘蔗样本电压
将甘蔗样本卡在所述甘蔗糖分无损检测装置的样本检测位处夹紧，确保检测盒正面三个孔位上的橡胶垫圈被参考棒完全压住，按下甘蔗数据采集按键，获取甘蔗样本电压，甘蔗样本电压为甘蔗样本在各个特定波长光源照射下的漫反射信号电压值；
步骤4、计算甘蔗样本的吸光值
根据步骤2和步骤3中获取的参考棒电压和甘蔗样本电压，按照以下公式计算甘蔗样本在各个特定波长光源照射下的吸光值：
公式中：A为甘蔗样本的吸光值，V R 为甘蔗样本电压，V D 为参考棒的黑暗参考电压，V W 为参考棒的白参考电压；
步骤5、测量甘蔗样本的糖分真实值
使用数字折光仪测量甘蔗样本的糖分真实值；
步骤6、建立糖分预测模型
使用偏最小二乘法在甘蔗样本的吸光值与甘蔗样本的糖分真实值之间构建甘蔗糖分预测模型；
步骤7、对糖分预测模型进行分析
从模型的建模精度，模型预测值与实测的糖分真实值之间的误差来对模型进行分析；
步骤8、将糖分预测模型置入检测装置后用于检测
将糖分预测模型输入所述甘蔗糖分无损检测装置后，使用该检测装置检测甘蔗样本的糖分时，由该检测装置采集相应的电压值并转化为吸光值后带入糖分预测模型中，即可获得该甘蔗样本的糖分预测值。
7. 根据权利要求6所述的基于可见光-近红外的甘蔗糖分无损检测装置的检测方法，其特征在于：在步骤1中，甘蔗样本从田间采集回来之后，在室温下存放24 h后再进行检测数据的获取，以减少非变量因素导致的差异；检测前所有甘蔗样本要进行表皮去蜡处理，然后进行编号，剔除虫蛀以及内部病变的样本。
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