CN212301320U - 便携式水果无损快速测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携式水果无损快速测试装置，包括积分球、溴钨灯光源组件、托盘、一入二出光纤、两个光纤光谱仪、电学控制器、防污染镜、会聚光学镜头和光纤入光口组件，溴钨灯光源组件发出的光入射到被测水果上，在被测水果内部传播后，透过被测水果到达测试区的会聚光学镜头，经过一入二出光纤传输至对应的光纤光谱仪，光纤光谱仪与电学控制器连接，电学控制器计算被测水果的糖度、酸度、硬度等信息，并通过触控液晶显示屏实时显示出来，可以实现在果园、存储仓库、水果批发零售等现场对水果进行实时的快速无损测试，同时，本实用新型具有结构简单、体积小、成本低、精度较高等特点，携带方便，具有广泛的市场前景和应用市场。

Description

便携式水果无损快速测试装置

技术领域

本实用新型涉及光学测试技术领域，特别是涉及一种便携式水果无损快速测试装置。

背景技术

我国的水果栽培历史悠久，资源丰富，水果在国内已经成为第三大种植业，我国的水果产量居世界首位，而水果贮藏能力只有10％。随着消费者生活水平的提高，对水果品质追求越来越高，水果的品质与其采摘时的成熟度、存储、运输等环节密切相关。因此在水果采摘前对水果的糖度、酸度、硬度进行无损测试，确定最佳水果采摘时期，确保水果具有最佳的口感和营养成分；经过贮藏和运输在上市前进行测试，一方面可以测试水果的贮藏效果，一方面经过测试将不合格的水果尽早剔除，将“优质”水果提供给消费者。日本、美国、欧盟等果蔬品质快速分析技术领先，拥有快速检测果蔬中的农残、质地、缺陷、病变、水分、淀粉、膳食纤维、维生素、胡萝卜素、还原糖、粗蛋白、干物质、可溶性固形物、有机酸等技术与装备，并实现了在线检测；与发达国家相比，我国水果处理水平较低，烂果率高，检测与分选技术落后，导致同批水果良莠不齐，在世界市场上缺乏竞争力。传统的人工分拣方法效率低下，错误率高，劳动强度大，因此开发无损、便携、简单、高效、准确率高的水果检测***是极其必要的。目前水果的糖度和酸度主要采用化学测试方法，即将水果打成果汁，在利用化学试剂进行检测。检测效率低，且只能进行损伤水果的抽检。也有一些采用光学测试的方法，但是由于获得信号较弱，导致测试误差较大。目前水果检测一般使用大型的近红外光谱仪进行抽样检测，主要检测水果的糖度、酸度等，由于大型的近红外光谱仪存在体积大、价格昂贵、精度差等缺点，仅仅应用在科研机构，未能在行业或企业中广泛使用。

实用新型内容

为了解决目前水果快速无损检测存在的难题，本实用新型提出一种采用通过测试水果透射近红外光谱光辐射信息，对水果进行糖度、酸度、硬度无损测试的便携式无损快速测试装置，该测试装置可以在果园、贮藏、销售等过程对水果进行快速无损检测，从而及时掌握水果的品质信息。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，包括积分球、溴钨灯光源组件、托盘、测试组件、一入二出光纤、第一光纤光谱仪、第二光纤光谱仪和电学控制器，所述测试组件包括防污染镜、会聚光学镜头和光纤入光口组件；

所述溴钨灯光源组件设置在所述积分球的内壁上，用于承载被测水果的托盘位于所述积分球的内部，所述溴钨灯光源组件发出的近红外光透过被测水果后依次经过所述防污染镜和所述会聚光学镜头，所述会聚光学镜头将光线会聚至所述光纤入光口组件，所述光纤入光口组件与所述一入二出光纤的入光口连接，所述一入二出光纤的两个出光口分别与所述第一光纤光谱仪和所述第二光纤光谱仪对应连接，所述第一光纤光谱仪和所述第二光纤光谱仪分别与所述电学控制器连接；

所述电学控制器包括触控液晶显示屏、测试启动开关、电源开关、控制模块、光谱数据库模块和供电电源，所述触控液晶显示屏用于接收用户输入的指令以及对测试结果进行显示，所述测试启动开关被触发后，所述控制模块控制所述溴钨灯光源组件发光并控制所述第一光纤光谱仪和/或所述第二光纤光谱仪进行光谱数据采集，所述第一光纤光谱仪和/或所述第二光纤光谱仪将采集的光谱辐射信息发送至所述控制模块，所述控制模块内集成水果测试计算算法，所述控制模块根据所述光谱数据库模块内存储的被测水果对应的光谱特征、所述光谱辐射信息和所述水果测试计算算法生成测试结果，对所述测试结果进行存储，并控制所述触控液晶显示屏对所述测试结果进行显示。

本实用新型所提出的便携式水果无损快速测试装置由积分球、溴钨灯光源、近红外光谱仪、电学控制器等构成，溴钨灯光源组件发出的光一部分直接入射到被测水果上，其余部分入射到积分球的内壁上，经过积分球高反射率的内壁涂层反射后，再次入射到被测水果上，形成全方位的入射光源，入射到被测水果内，在被测水果内部传播后，透过被测水果到达测试区的会聚光学镜头，会聚光学镜头将光线汇聚到一入二出光纤的入光口，经过一入二出光纤传输至对应的光纤光谱仪，光纤光谱仪采集光谱辐射信息，电学控制器利用光谱数据库内对应水果类型的光谱特征、光纤光谱仪采集的光谱辐射信息和水果测试计算算法，计算被测水果的糖度、酸度、硬度等信息，并通过触控液晶显示屏实时显示出来，可以实现在果园、存储仓库、水果批发零售等现场对水果进行实时的快速无损测试，同时，本实用新型的便携式水果无损快速测试装置具有结构简单、体积小、成本低、精度较高等特点，携带方便，具有广泛的市场前景和应用市场。

附图说明

图1为本实用新型一种便携式水果无损快速测试装置的结构示意图；

图2为本底测试组件和标准漫透射组件的结构示意图；

图中，1、积分球；1-1、积分球上半球；1-2、积分球下半球；2、溴钨灯光源组件；3、托盘；4、一入二出光纤；5、第一光纤光谱仪；6、第二光纤光谱仪；7、电学控制器；7-1、触控液晶显示屏；7-2、测试启动开关；7-3、电源开关；8、防污染镜；9、会聚光学镜头；10、光纤入光口组件；11、被测水果； 12、远程控制终端；13、本底测试组件；14、标准漫透射组件；15、镜头支架。

具体实施方式

下面将结合附图及较佳实施例对本实用新型的技术方案进行详细描述。

图1为本实用新型一种便携式水果无损快速测试装置的结构示意图。如图1 所示，本实用新型提供一种便携式水果无损快速测试装置，该装置包括积分球1、溴钨灯光源组件2、托盘3、由防污染镜8、会聚光学镜头9和光纤入光口组件 10组成的测试组件、一入二出光纤4、第一光纤光谱仪5、第二光纤光谱仪6和电学控制器7，其中积分球1包括积分球上半球1-1和积分球下半球1-2，积分球上半球1-1和积分球下半球1-2以半球球心为分界线，可以方便的进行开合，积分球上半球1-1上设有把手，积分球1为内空的球形腔，优选地，积分球1的内壁表面镀有银膜及保护膜，银膜对于溴钨灯光源组件2具有较高的反射率，或者积分球1的内壁表面喷涂有高反射率的聚四氟乙烯涂层，溴钨灯光源组件2 发出的光一部分直接入射到被测水果11上，其余部分入射到所述积分球1的内壁上，经过银膜或者聚四氟乙烯涂层反射后，再次入射到被测水果11上。积分球1的大小可根据实际需要进行选择，例如积分球1的内径可以为200mm。

溴钨灯光源组件2设置在积分球1的内壁上，本实施例中溴钨灯光源组件2 的数量可以根据实际需要进行设定，例如溴钨灯光源组件2的数量为6个以上，以保证光纤光谱仪采集的信号强度，溴钨灯光源组件2设置在积分球1的内壁上，可选地，6个溴钨灯光源组件2圆周均匀分布在积分球1的下半球上，并且溴钨灯光源组件2的位置满足以下条件：每一个溴钨灯光源组件2与积分球1 的球心的连线与球心所在水平面的夹角范围为20°～40°。溴钨灯光源组件2 位于20°～40°夹角范围内的位置时，其出射光大多数都能入射到被测水果11上，此时光纤光谱仪采集到的信号最强，如果溴钨灯光源组件2与积分球1 的球心的连线与球心所在水平面的夹角大于40°，则有些光会被被底座遮挡，夹角小于20度则会导致溴钨灯光源组件2在积分球下半球1-2无法安装。

用于承载被测水果11的托盘3位于积分球1的内部。优选地，托盘3的材质为软橡胶，采用软橡胶作为托盘3的材质，使被测水果11与软橡胶接触，可以防止损伤水果，且防止其它杂光进入测试组件。

在积分球下半球1-2的正下方安装测试组件，并且测试组件位于被测水果 11及托盘3的下方，测试组件包括从上至下依次设置的防污染镜8、会聚光学镜头9和光纤入光口组件10，光纤入光口组件10与一入二出光纤4的入光口连接，一入二出光纤4的两个出光口分别与第一光纤光谱仪5和第二光纤光谱仪6 对应连接，第一光纤光谱仪5和第二光纤光谱仪6分别通过控制线缆和数传线缆与电学控制器7连接。溴钨灯光源组件2发出的近红外光透过被测水果11后依次经过防污染镜8和会聚光学镜头9，会聚光学镜头9将光线会聚至光纤入光口组件10，光纤入光口组件10将会聚光耦合进入一入二出光纤4，一入二出光纤4将光线分别传输至第一光纤光谱仪5和第二光纤光谱仪6。为实现大光谱范围测量，优选地，本实施例中第一光纤光谱仪5的波长范围为600nm～1100nm，第二光纤光谱仪6的波长范围为900nm～1700nm，在便携式水果无损快速测试装置中可以根据实际的被测水果的水果类型，选用其中的一种光纤光谱仪或者是二者的组合，通过联合第一光纤光谱仪5和第二光纤光谱仪6可以将光谱范围扩大至600nm～1700nm，而单个光纤光谱仪无法实现该大范围下的测量，因此采用两个光线光谱仪可以扩大被测水果的类型，为不同的水果选择不同的光谱范围，从而使不同的水果在对应的谱段内具有较好的测试效果。

可选地，仍参照图1，测试组件还包括镜头支架15，防污染镜8和会聚光学镜头9均固定安装在镜头支架15上，并且防污染镜8和会聚光学镜头9之间抽真空，镜头支架15与积分球1的侧壁固定连接。防污染镜8和会聚光学镜头 9通过镜头支架15实现与积分球1的稳定安装，同时镜头支架15也为托盘3及其上的被测水果11提供稳定支撑。防污染镜8和会聚光学镜头9之间形成真空，可以避免外界污染物对会聚光学镜头9造成污染，影响测试精度。

电学控制器7用于通过内部通讯指令控制溴钨灯光源组件2的光源开关和光纤光谱仪的光谱数据采集，其内部集成水果光谱数据库和水果测试计算算法。参照图1，电学控制器7包括触控液晶显示屏7-1、测试启动开关7-2、电源开关 7-3、控制模块、光谱数据库模块和供电电源，其中触控液晶显示屏7-1、测试启动开关7-2和电源开关7-3露于电学控制器7的外部，控制模块、光谱数据库模块和供电电源位于电学控制器7的内部，触控液晶显示屏7-1用于接收用户输入的指令，包括选择测试类型、被测水果的类型及品种、光纤光谱仪的类型、测试时长、光源强度等，以及对测试结果进行显示。用户通过触控液晶显示屏7-11 输入指令完毕后，按下测试启动开关7-2，测试启动开关7-2被触发后，控制模块控制溴钨灯光源组件2发光并控制第一光纤光谱仪5和/或第二光纤光谱仪6 进行光谱数据采集，第一光纤光谱仪5和/或第二光纤光谱仪6将采集的光谱辐射信息发送至控制模块，控制模块内集成水果测试计算算法，本实施例中的水果测试计算算法可以采用现有技术中基于近红外光谱技术对水果进行测试的方法实现，控制模块根据光谱数据库模块内存储的被测水果对应的光谱特征、光谱辐射信息和水果测试计算算法生成测试结果，同时对测试结果进行存储，并控制触控液晶显示屏7-1对测试结果进行显示，其中测试结果包括被测水果的光谱曲线和计算得到的被测水果的糖度信息、酸度信息和硬度信息等。

本实用新型所提出的便携式水果无损快速测试装置由积分球、溴钨灯光源、近红外光谱仪、电学控制器等构成，溴钨灯光源组件发出的光一部分直接入射到被测水果上，其余部分入射到积分球的内壁上，经过积分球高反射率的内壁涂层反射后，再次入射到被测水果上，形成全方位的入射光源，入射到被测水果内，在被测水果内部传播后，透过被测水果到达测试区的会聚光学镜头，会聚光学镜头将光线汇聚到一入二出光纤的入光口，经过一入二出光纤传输至对应的光纤光谱仪，光纤光谱仪采集光谱辐射信息，电学控制器利用光谱数据库内对应水果类型的光谱特征、光纤光谱仪采集的光谱辐射信息和水果测试计算算法，计算被测水果的糖度、酸度、硬度等信息，并通过触控液晶显示屏实时显示出来，可以实现在果园、存储仓库、水果批发零售等现场对水果进行实时的快速无损测试，同时，本实用新型的便携式水果无损快速测试装置具有结构简单、体积小、成本低、精度较高等特点，携带方便，具有广泛的市场前景和应用市场。

可选地，电学控制器7还包括与控制模块连接的远程数据传输模块，控制模块通过远程数据传输模块与远程控制终端12通信，如图1所示，远程控制终端12对控制模块进行远程控制和数据传输。优选地，远程控制终端12为电脑或者智能手机，远程控制终端12通过远程数据传输模块与控制模块通信，用户通过远程控制终端12上的应用程序来对便携式水果无损快速测试装置进行远程控制和数据传输。可选地，远程数据传输模块采用蓝牙通讯方法或者WIFI通讯方法，电学控制器7与远程控制终端12之间通过蓝牙或者WIFI通讯。

进一步地，如图2所示，本实用新型的便携式水果无损快速测试装置还包括本底测试组件13和与本底测试组件13固定连接的标准漫透射组件14，其中本底测试组件13为染黑圆柱铝块，标准漫透射组件14为聚四氟乙烯圆柱。本底测试组件13和标准漫透射组件14可以通过螺丝安装在一起。本底测试组件 13为厚度为5mm、直径为40mm的染黑圆柱铝块，标准漫透射组件14为高度为100mm、直径为35mm的聚四氟乙烯圆柱。在测试暗场本底信号时，将本底测试组件13一段与托盘3相连接，本底测试组件13的主要作用是遮挡光线，避免杂光经过托盘3入射到测试组件及其底部的一入二出光纤4上，此时测试光纤光谱仪无光照时的信号即测试暗场信号。在进行标准测试时，将标准漫透射组件14的顶端与托盘3相连接，标准漫透射组件14作为一个基准件，溴钨灯光源组件2发出的光入射到标准漫透射组件14上之后，经过漫透射后，光线经过托盘3和测试组件入射到一入二出光纤4上，此时获得最大信号。在便携式水果无损快速测试装置开始正式测试水果之前，先利用本底测试组件13和标准漫透射组件14进行暗场测试和标准测试，存储对应的光谱，有利于提高测试结果的精度和准确度。

本实用新型所提供的便携式水果无损快速测试装置的测试步骤如下：

(1)设备供电，打开电源开关7-3，装置上电开机，开始预热15分钟；

(2)在触控液晶显示屏7-1上选择测试类型为标准测试；

(3)取下积分球上半球1-1，在托盘3上放置标准漫透射组件14，合上积分球上半球1-1；

(4)点击测试启动开关7-2，电学控制器13控制开启溴钨灯光源组件2，并控制第一光纤光谱仪5和/或第二光纤光谱仪6采集光谱数据，在预设测试时长例如5s内完成测试，触控液晶显示屏7-1显示测试光谱曲线，并提示测试结束，电学控制器7自动存储标准测试数据；

(5)在触控液晶显示屏7-1选择测试类型为测试暗场信号，取下积分球上半球1-1，将本底测试组件13放置到托盘3上，保证遮挡全部光线，合上积分球上半球1-1；

(6)点击测试启动开关7-2，完成暗场信号采集，电学控制器7自动存储暗场信号数据；

(7)在触控液晶显示屏7-1上选择要测试的测试水果的类型及品种，取下积分球上半球1-1和本底测试组件13及标准漫透射组件14，在托盘3上放置被测水果；

(8)点击测试启动开关7-2，完成水果信号采集，测试完成后，在触控液晶显示屏7-1上显示被测水果的光谱曲线以及被测水果的糖度、酸度和硬度等信息，并将测试结果保存在相应的文件内。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，包括积分球(1)、溴钨灯光源组件(2)、托盘(3)、测试组件、一入二出光纤(4)、第一光纤光谱仪(5)、第二光纤光谱仪(6)和电学控制器(7)，所述测试组件包括防污染镜(8)、会聚光学镜头(9)和光纤入光口组件(10)；

所述溴钨灯光源组件(2)设置在所述积分球(1)的内壁上，用于承载被测水果(11)的托盘(3)位于所述积分球(1)的内部，所述溴钨灯光源组件(2)发出的近红外光透过被测水果(11)后依次经过所述防污染镜(8)和所述会聚光学镜头(9)，所述会聚光学镜头(9)将光线会聚至所述光纤入光口组件(10)，所述光纤入光口组件(10)与所述一入二出光纤(4)的入光口连接，所述一入二出光纤(4)的两个出光口分别与所述第一光纤光谱仪(5)和所述第二光纤光谱仪(6)对应连接，所述第一光纤光谱仪(5)和所述第二光纤光谱仪(6)分别与所述电学控制器(7)连接；

所述电学控制器(7)包括触控液晶显示屏(7-1)、测试启动开关(7-2)、电源开关(7-3)、控制模块、光谱数据库模块和供电电源，所述触控液晶显示屏(7-1)用于接收用户输入的指令以及对测试结果进行显示，所述测试启动开关(7-2)被触发后，所述控制模块控制所述溴钨灯光源组件(2)发光并控制所述第一光纤光谱仪(5)和/或所述第二光纤光谱仪(6)进行光谱数据采集，所述第一光纤光谱仪(5)和/或所述第二光纤光谱仪(6)将采集的光谱辐射信息发送至所述控制模块，所述控制模块内集成水果测试计算算法，所述控制模块根据所述光谱数据库模块内存储的被测水果对应的光谱特征、所述光谱辐射信息和所述水果测试计算算法生成测试结果，对所述测试结果进行存储，并控制所述触控液晶显示屏(7-1)对所述测试结果进行显示。

2.根据权利要求1所述的便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，所述电学控制器(7)还包括与所述控制模块连接的远程数据传输模块；

所述控制模块通过所述远程数据传输模块与远程控制终端(12)通信，所述远程控制终端(12)对所述控制模块进行远程控制和数据传输。

3.根据权利要求2所述的便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，

所述远程控制终端(12)为电脑或者智能手机。

4.根据权利要求2或3所述的便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，

所述远程数据传输模块采用蓝牙通讯方法或者WIFI通讯方法。

5.根据权利要求1或2所述的便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，还包括本底测试组件(13)和与所述本底测试组件(13)固定连接的标准漫透射组件(14)；

所述本底测试组件(13)为染黑圆柱铝块，所述标准漫透射组件(14)为聚四氟乙烯圆柱。

6.根据权利要求1或2所述的便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，所述测试组件还包括镜头支架(15)；

所述防污染镜(8)和所述会聚光学镜头(9)固定安装在所述镜头支架(15)上，且所述防污染镜(8)和所述会聚光学镜头(9)之间抽真空，所述镜头支架(15)与所述积分球(1)的侧壁固定连接。

7.根据权利要求1或2所述的便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，

所述溴钨灯光源组件(2)的数量为6个以上，所述溴钨灯光源组件(2)圆周均匀分布在所述积分球(1)的下半球上，且每一个所述溴钨灯光源组件(2)与所述积分球(1)的球心的连线与球心所在水平面的夹角范围为20°～40°。

8.根据权利要求7所述的便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，

所述第一光纤光谱仪(5)的波长范围为600nm～1100nm，所述第二光纤光谱仪(6)的波长范围为900nm～1700nm。

9.根据权利要求1或2所述的便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，

所述积分球(1)的内壁表面镀有高反射率的银膜及保护膜或者喷涂有高反射率的聚四氟乙烯涂层，所述溴钨灯光源组件(2)发出的光一部分直接入射到被测水果(11)上，其余部分入射到所述积分球(1)的内壁上，经过银膜或者聚四氟乙烯涂层反射后，再次入射到被测水果(11)上；

所述积分球(1)的内径为200mm。

10.根据权利要求1或2所述的便携式水果无损快速测试装置，其特征在于，

所述托盘(3)的材质为软橡胶。

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