CN217466655U - 一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，所述检测装置包括样品容器；茶鲜叶样品置于样品容器的受光面处，茶鲜叶样品与卤素灯和Y形导光设备相邻；所述Y形导光设备下端为与茶鲜叶样品紧邻的光输入端，上端的两个分支为光输出端，两个光输出端分别连接至可见/短波近红外光谱设备的光输入端、长波近红外光谱设备的光输入端；本实用新型能提高检测速度并降低检测设备成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及检测仪器技术领域，尤其是一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置。
背景技术
随着茶叶深加工技术的发展，人们对茶叶保健功能的认识不断提高，对茶鲜叶品质也提出更高要求，茶多酚是决定茶鲜叶品质的关键成分。目前，对于茶多酚含量的检测主要采用传统化学方法高效液相色谱法、分光光度法，虽然检测精度高，但存在检测周期长、成本高和破坏样本等问题。同时，由于茶多酚是茶叶多元酚类的混合物，其化学组成较为复杂，而使用单一光谱范围较窄的光谱仪获取的样本光谱信息存在一定局限性，而市面上光谱范围较宽的光谱仪价格比较昂贵。因此，在茶鲜叶品质检测过程中仍然缺乏一种实时、高效且无损检测茶多酚含量的方法以及便携式装置。
发明内容
本实用新型提出一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，能提高检测速度并降低检测设备成本。
本实用新型采用以下技术方案。
一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，所述检测装置包括样品容器；茶鲜叶样品置于样品容器的受光面处，茶鲜叶样品与卤素灯（10）和Y形导光设备相邻；所述Y形导光设备下端为与茶鲜叶样品紧邻的光输入端，上端的两个分支为光输出端，两个光输出端分别连接至可见/短波近红外光谱设备（4）的光输入端、长波近红外光谱设备（19）的光输入端。
所述Y形导光设备为Y型光纤（13）。
所述可见/短波近红外光谱设备为可见/短波近红外光谱仪，长波近红外光谱设备为长波近红外光谱仪；所述检测装置包括外壳和内腔；所述可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪均固定于内腔中。
所述可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪分别通过USB数据传输接口（9）与外部的分析设备相连。
所述固定于内腔中的可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪的光输入端设于内腔的同一侧，且与外壳处的光纤走线口相邻。
所述检测装置的供电电源包括内置电池（14），检测装置的内腔中设有用于固定电池的电池固定架（15）。
所述检测装置的供电电源包括内置电池、外置电池或经AC接口（24）接入的220V交流电；检测装置的壳体处设有用于接入外置电池电力的DC接口（21），还设有电源总开关（8）、电源表头（5）、电源状态指示灯（6）和用于切换供电电源的电源切换开关（7）。
可见/短波近红外光谱仪固定于检测装置外壳的上部，长波近红外光谱仪固定于检测装置外壳的侧部。
所述检测装置的外壳包括上壳（2）和底壳（3），上壳处设有提手（1）。
所述样品容器为植物探头，该植物探头的叶片夹（11）夹口处设有标准白板；所述卤素灯为集成于植物探头处的钨石英卤素灯，由检测装置的供电电源经卤素灯电源线（12）供电；植物探头内置钨石英卤素灯金属反射器。
本实用新型设计了一款以可见/短波近红外光谱仪（400-1050 nm）和长波近红外光谱仪（1000-1650 nm）为硬件基础的检测装置，为测定茶鲜叶关键成分提供了一种可见/短波与长波近红外光谱联用的检测方法和硬件支持。
本实用新型的优点在于：
1.应用光谱技术结合化学计量学方法进行茶鲜叶关键成分的检测，提高了检测速度，降低了检测设备成本。
2.集成了可见/短波近红外光谱仪与长波近红外光谱仪，一次采样的检测波长范围更宽，能够同时采集茶叶可见/短波与长波近红外光谱数据。
3.三种供电模式，既可以由内置锂电池供电，也可以通过DC接口接入外部电池，或者通过AC接口接入220V交流电。满足多种应用场合需求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：
附图1是本实用新型的示意图；
附图2是本实用新型的内部示意图；
附图3是本实用新型的背部示意图；
附图4是本实用新型的原理示意图；
附图5是本实用新型的电路示意图；
附图6是本实用新型用于检测时的操作流程示意图；
图中：1-提手；2-上壳；3-底壳；4-可见/短波近红外光谱设备；5-电源表头；6-电源状态指示灯；7-电源切换开关；8-电源总开关；9-USB数据传输接口；10-卤素灯；11-叶片夹；12-卤素灯电源线；13-Y型光纤；14-内置电池；15-电池固定架；19-长波近红外光谱设备；20-卡侬座接口；21-DC接口；24-AC接口。
具体实施方式
如图所示，一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，所述检测装置包括样品容器；茶鲜叶样品置于样品容器的受光面处，茶鲜叶样品与卤素灯10和Y形导光设备相邻；所述Y形导光设备下端为与茶鲜叶样品紧邻的光输入端，上端的两个分支为光输出端，两个光输出端分别连接至可见/短波近红外光谱设备4的光输入端、长波近红外光谱设备19的光输入端。
所述Y形导光设备为Y型光纤13。
所述可见/短波近红外光谱设备为可见/短波近红外光谱仪，长波近红外光谱设备为长波近红外光谱仪；所述检测装置包括外壳和内腔；所述可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪均固定于内腔中。
所述可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪分别通过USB数据传输接口9与外部的分析设备相连。
所述固定于内腔中的可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪的光输入端设于内腔的同一侧，且与外壳处的光纤走线口相邻。
所述检测装置的供电电源包括内置电池14，检测装置的内腔中设有用于固定电池的电池固定架15。
所述检测装置的供电电源包括内置电池、外置电池或经AC接口24接入的220V交流电；检测装置的壳体处设有用于接入外置电池电力的DC接口21，还设有电源总开关8、电源表头5、电源状态指示灯6和用于切换供电电源的电源切换开关7。
可见/短波近红外光谱仪固定于检测装置外壳的上部，长波近红外光谱仪固定于检测装置外壳的侧部。
所述检测装置的外壳包括上壳2和底壳3，上壳处设有提手1。
所述样品容器为植物探头，该植物探头的叶片夹11夹口处设有标准白板；所述卤素灯为集成于植物探头处的钨石英卤素灯，由检测装置的供电电源经卤素灯电源线12供电；植物探头内置钨石英卤素灯金属反射器。
实施例1：
本例中，装置外形尺寸设计为300×224×163 mm，壳体采用铝合金材料加工。将光谱仪(4)安装在壳体上壳(2)上，该光谱仪(4)外形尺寸大小为220×150×80 mm；将光谱仪(19)固定在壳体上壳(2)侧面上，该光谱仪(19)外形尺寸为110×86×32 mm。且由于Y型光纤(13)不能被弯折，否则会影响光谱信号传输，因此将光谱仪(4)与光谱仪(19)的光纤接口设计在同一侧，并开设出线口，防止在光谱信息采集过程中会拉扯Y型光纤(13)。由于电池(14)没有固定孔，因此设计了电池固定架(15)用以固定电池。为让整个装置方便携带，在装置上壳(2)设计手持式提手(1)。
光谱仪(4)(19)、Y型光纤(13)是该检测装置的关键部件，光谱仪(4)选用美国ASD公司的FieldSpec HandHeld 2 光谱仪，波长范围为：325-1075 nm，采用512硅阵列PDA传感器，该光谱仪在复杂的田间环境下，能获得高信噪比的光谱信息，并且内置充电电池，重量轻、性价比高。在独立采集时，无需连接计算机进行操作，待采集完后用USB线与计算机连接将数据输出，其接头采用SMA905属于光纤型光谱仪适合作为检测装置采集可见/短波近红外光谱的检测器。
光谱仪2(19)选用OtO超微光学公司的SW2520光谱仪，波长范围为：900-1700 nm，采用128pixel线阵InGaAs传感器，具有高信噪比，波长准确度小于2 nm，工作电压为5V，体积较小，扫描速度快，便携式仪器。同样属于光纤型光谱仪，可以采用SMA905接头的光纤进行连接。
植物探头选用美国ASD公司的配件植物探头叶片夹(11)，该探头的夹口自带标准白板，能够实时对样本光谱数据进行校正，克服在田间复杂环境下，光照强度和环境因素对样本光谱信息的影响，该植物探头内置钨石英卤素灯(10)金属反射器，需要12V直流稳压电源，可以提供稳定的光源。
本例中，卤素灯的供电线及卤素灯的信号线均连接至检测装置壳体的卡侬座接口。
可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪分别通过USB数据传输接口9与外部的计算机相连。
连接两台光谱仪的Y型光纤(13)选购自深圳市鑫锐光子科技有限公司的SIH400Y6+1光纤，该Y型光纤(13)一端插芯直径为6.35 mm，插芯长度为65 mm，能够倾斜***植物探头的光纤输入端。另外一个端***有两个SMA905光纤连接头，一个连接头含有6芯，该连接头与FieldSpec HandHeld 2光谱仪(4)相连，而另外一个接连头含有1芯，该连接头与SW2520光谱仪(19)相连。
Y型光纤(13)的纤芯直径为400 um，长度为1 m，可传输光谱范围为：400-2200 nm，覆盖设计所需的可见光/短波近红外（400-1050 nm）和长波近红外（1000-1650 nm）光谱范围，因此，该Y型光纤(13)满足设计要求。
实施例2：
在无损检测时，首先开启卤素灯(10)和检测装置预热半小时之后，将植物探头叶片夹头(11)翻转至标准白板一面，接着开启光谱仪软件应用程序自动获取试验环境下最佳积分时间、平滑度和设定扫描次数，让光谱信号的峰值在推荐范围之内；然后将植物探头叶片夹头(11)翻转至黑色背景面，采集暗电流，并保存下来，检测装置在保存最佳参数的状态下采集样本光谱数据。
将样本放在植物探头叶片夹头(11)的黑色背景面，尽量把样本覆盖整个叶片夹头以防漏光对样本光谱信息影响。此时Y型光纤(13)把样本光谱信号同时分成两路，一路进入到FieldSpec HandHeld 2光谱仪(4)，另外一路进入到SW2520光谱仪(19)，待样本光谱信号同时到达两台光谱仪时，采集获取样本光谱数据。为了获取准确数据，重复采集样本3个不同位置的光谱数据，求平均值作为样本原始光谱。此后，在试验过程中每间隔15分钟采集标准白板和暗电流进行白板校正。最后待所有样本采集完后，分别用各自光谱数据导出软件保存到计算机，至此检测装置操作流程结束。
Claims (10)
1.一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：所述检测装置包括样品容器；茶鲜叶样品置于样品容器的受光面处，茶鲜叶样品与卤素灯（10）和Y形导光设备相邻；所述Y形导光设备下端为与茶鲜叶样品紧邻的光输入端，上端的两个分支为光输出端，两个光输出端分别连接至可见/短波近红外光谱设备（4）的光输入端、长波近红外光谱设备（19）的光输入端。
2.根据权利要求1所述的一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：所述Y形导光设备为Y型光纤（13）。
3.根据权利要求1所述的一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：所述可见/短波近红外光谱设备为可见/短波近红外光谱仪，长波近红外光谱设备为长波近红外光谱仪；所述检测装置包括外壳和内腔；所述可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪均固定于内腔中。
4.根据权利要求3所述的一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：所述可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪分别通过USB数据传输接口（9）与外部的分析设备相连。
5.根据权利要求3所述的一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：所述固定于内腔中的可见/短波近红外光谱仪、长波近红外光谱仪的光输入端设于内腔的同一侧，且与外壳处的光纤走线口相邻。
6.根据权利要求3所述的一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：所述检测装置的供电电源包括内置电池，检测装置的内腔中设有用于固定电池的电池固定架。
7.根据权利要求3所述的一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：所述检测装置的供电电源包括内置电池、外置电池或经AC接口（24）接入的220V交流电；检测装置的壳体处设有用于接入外置电池电力的DC接口，还设有电源总开关（8）、电源表头（5）、电源状态指示灯（6）和用于切换供电电源的电源切换开关（7）。
8.根据权利要求3所述的一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：可见/短波近红外光谱仪固定于检测装置外壳的上部，长波近红外光谱仪固定于检测装置外壳的侧部。
9.根据权利要求3所述的一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：所述检测装置的外壳包括上壳（2）和底壳，上壳处设有提手（1）。
10.根据权利要求1所述的一种便携式茶鲜叶关键成分无损检测装置，其特征在于：所述样品容器为植物探头，该植物探头的叶片夹夹口处设有标准白板；所述卤素灯为集成于植物探头处的钨石英卤素灯，由检测装置的供电电源经卤素灯电源线供电；植物探头内置钨石英卤素灯金属反射器。
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