便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭。包括同軸安裝的光譜發射裝置和光譜接收裝置；通風罩內裝有散熱燈罩，散熱燈罩與外筒之間貼合裝有鹵鎢燈，外筒內裝有平面鏡和光譜接收裝置；平面鏡粘在內筒蓋頂部正對鹵鎢燈中心，內筒內鏡座與內筒蓋連接，橢圓平面鏡粘在鏡座斜面上；內筒中部外側圓柱上的三個內固定圓柱孔與外筒中部外側圓柱上的三個外固定通孔各自相對安裝使得內筒和外筒同軸固定，內筒的光纖接口與外筒的光纖通孔相對接安裝有光纖。本發明將鹵鎢燈光源集成到探頭上，能對尤其是厚皮類水果內部品質進行光學檢測，能夠獲取有效的水果內部品質信息，為厚皮類水果內部品質無損檢測提供光譜基礎。
【專利說明】便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水果品質檢測裝置，尤其是涉及一種便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭。
【背景技術】
[0002]隨著生活水平的提高，消費者對鮮果質量要求越來越高，不僅要求果實外觀好看，而且對內部品質如糖度和酸度的要求也越來越高。瓜果在采摘時的成熟度是決定其內部品質的重要因素。采收過早，瓜果產品器官還未達到成熟的標準，單果重量小，產量低、品質差，管過產品本身的色、香、味不能得到充分表現，耐貯也差；采收過晚，果實已經成熟，接近衰老階段，采后必然不耐貯藏和運輸，導致腐爛率的增加。在此環境下，水果品質檢測及成熟度判別技術受到了國內外學者及相關企業的重視，相關的無損檢測設備也被頻頻報道。目前水果成熟度判別主要有人工辨識和機械無損檢測。人工辨識主要依靠瓜果生長周期、目測、敲擊等方法，檢測精度較低、勞動量大；機械無損檢測主要是利用瓜果的物理性質，如力學性質、電學性質、光學性質和聲學性質對其品質進行檢測并判斷其成熟度，近年來無損檢測得到了大量研究和應用。其中光譜檢測具有檢測時間短、可直接檢測、環境友好無污染等優點，被認為在水果品質無損檢測方面最具潛力。
[0003]目前基于可見光/近紅外光譜的便攜式水果品質檢測儀器已有應用，如日本Kubota公司的K-BA100R和我國聚光科技公司的SupNIR-110型便攜式檢測儀。上述便攜式檢測儀的探頭均為漫反射型探頭，同專利CN202928947U所描述的環形光源類似，鹵鎢燈光源置于主機內，通過光纖引導至檢測探頭形成環形光源。此類型探頭在檢測時照射到水果表面的光強較弱，只適用于檢測薄皮類水果如蘋果、桃等。專利200910186328.6中所描述的基于LED的組合光源探頭同樣為環形光源，且LED光源置于探頭中，檢測時直接照射水果，但LED本身功率較低，無法檢測厚皮類水果，而且該專利所采用的LED燈只包含620nm、850nm、880nm和940nm四個波長，只能針對特定水果檢測，應用范圍較窄。厚皮類水果如橙、甜瓜、西瓜在我國也屬于大宗消費水果，其成熟度檢測和適收期的判別也是農業工程領域亟待解決的問題。所以有必要針對厚皮類水果研制便攜式光學檢測探頭，以用于田間等場合的成熟度檢測。
【發明內容】
[0004]為了克服背景中漫反射環形光源探頭光強較弱或覆蓋波長較少而導致無法檢測厚皮類水果的問題，本發明的目的在于提供一種便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭，以用于田間等場合厚皮類水果品質的檢測。本發明將鹵鎢燈光源集成到探頭上，內外筒的結構形式將鹵鎢燈發射的光分隔成環形光源，增大了照射到水果表面的有效光強，同時內外遮光罩能夠避免環境光的影響，使入射光能夠穿透果皮并與果肉進行有效的相互作用后出射，進而攜帶足夠有效的瓜果內部品質信息，為厚皮類水果內部品質無損檢測提供光譜基礎。[0005]本發明采用的技術方案是:
本發明包括同軸安裝的光譜發射裝置和光譜接收裝置；
光譜發射裝置:包括同軸依次安裝的網罩、風扇、通風罩、外筒和外遮光罩；通風罩內裝有散熱燈罩，散熱燈罩與外筒之間裝有齒鎢燈，散熱燈罩與齒鎢燈貼合安裝，外筒內裝有平面鏡和光譜接收裝置；
光譜接收裝置:包括同軸安裝的內筒蓋、內筒和內遮光罩；平面鏡粘在內筒蓋頂部，平面鏡的鏡面正對鹵鎢燈中心位置，內筒內同軸安裝有鏡座、橢圓平面鏡，鏡座與內筒蓋螺紋連接，橢圓平面鏡粘在鏡座的斜面上；
外筒中部外側圓柱面的同一圓周上間隔均布開有三個外固定通孔，三個外固定通孔其中一個外固定通孔沿軸向方向附近開有光纖通孔；內筒一端外側圓柱面的同一圓周上間隔均布開有三個突出的內固定圓柱孔，三個內固定圓柱孔其中一個內固定圓柱孔沿軸向方向附近開有光纖接口 ；三個內固定圓柱孔與三個外固定通孔各自相互對應安裝，通過螺栓連接使得內筒和外筒同軸固定，內筒的光纖接口與外筒的光纖通孔相互對接安裝有光纖，鏡座的斜面中心在光纖接口的中心軸線上。
[0006]所述的外筒和內筒的兩端均開有內螺紋，外筒的內側圓柱面拋光處理，內筒內、夕卜兩側圓柱面均拋光處理。
[0007]所述的散熱燈罩與鹵鎢燈貼合面為圓弧球面。
[0008]所述的散熱燈罩中心開有腰形孔，與鹵鎢燈貼合面相反一側的散熱燈罩的腰形孔周圍沿圓周間隔均布有散熱片，散熱片均沿徑向布置。
[0009]所述的鏡座為圓筒狀，一端開有外螺紋，另一端的斜面與軸線的夾角為45°。
[0010]本發明具有的有益效果是:
本發明將鹵鎢燈光源集成到探頭上，內外筒的結構形式將鹵鎢燈發射的光分隔成環形光，增大了照射到水果表面的有效光強，同時內外遮光罩能夠避免環境光的影響，入射光能夠穿透果皮并與果肉進行有效的相互作用后出射，進而攜帶足夠有效的水果內部品質信息，為厚皮類水果內部品質無損檢測提供光譜基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的分解圖。
[0012]圖2是光譜發射裝置裝配示意圖。
[0013]圖3是光譜接收裝置裝配示意圖。
[0014]圖4是外筒外觀圖。
[0015]圖5是內筒外觀圖。
[0016]圖6是散熱燈罩外觀圖。
[0017]圖7是鏡座外觀圖。
[0018]圖8是工作原理圖。
[0019]圖9是本發明實施例的效果圖。
[0020]圖中:1、網罩，2、風扇，3、通風罩，4、散熱燈罩，5、鹵鎢燈，6、平面鏡，7、內筒蓋，8、鏡座，9、橢圓平面鏡，10、內筒，11、內遮光罩，12、外筒，13、外遮光罩，14、手柄，15、內固定圓柱孔，16、光纖接口，17、外固定通孔,18、光纖通孔,19、光纖,20、水果?！揪唧w實施方式】
[0021]下面結合說明書附圖和實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0022]如圖1所示，本發明包括同軸安裝的光譜發射裝置和光譜接收裝置；
如圖1、圖2所示，光譜發射裝置:包括同軸依次安裝的網罩1、風扇2、通風罩3、外筒12和外遮光罩13 ;通風罩3內裝有散熱燈罩4，散熱燈罩4與外筒12之間裝有鹵鎢燈5，散熱燈罩4與鹵鎢燈5貼合安裝，外筒12內裝有平面鏡6和光譜接收裝置；風扇2和網罩I與通風罩3通過螺栓固定；平面鏡6粘在內筒蓋7頂部，鏡面正對鹵鎢燈5中心位置，用于反射鹵鎢燈直接照射到內筒10的光；外遮光罩13通過螺紋與外筒12遠離外固定通孔17的一端固定，用于阻擋環境雜散光；手柄14中空與外筒12通過焊接固定，固定位置為外筒12設有外固定通孔17和光纖通孔18的位置，固定時將上述兩口蓋住。通風罩3的圓柱面上開有若干通孔，用于通風散熱；網罩I與通風罩3均為標準件；鹵鎢燈5為標準件，根據實際需要選用合適的功率。
[0023]如圖1、圖3所示，光譜接收裝置:包括同軸安裝的內筒蓋7、內筒10和內遮光罩11 ;內筒10內同軸安裝有鏡座8、橢圓平面鏡9，鏡座8與內筒蓋7螺紋連接，橢圓平面鏡9粘在鏡座8的斜面上；橢圓平面鏡9用于將從水果內部出射到內筒10的光反射到光纖接口16方向；內遮光罩11與內筒10遠離內固定圓柱孔15的一端通過螺紋聯接,防止入射光通過水果表面直接鏡面反射到內筒10內部。
[0024]如圖4、圖5所示，外筒12中部外側圓柱面的同一圓周上間隔均布開有三個外固定通孔17，三個外固定通孔17其中一個外固定通孔17沿軸向方向附近開有光纖通孔18 ;如圖3、圖5所示，內筒10 —端外側圓柱的同一圓周上間隔均布開有三個突出的內固定圓柱孔15，三個內固定圓柱孔15其中一個內固定圓柱孔15沿軸向方向靠近內遮光罩11 一側附近開有光纖接口 16 ;三個內固定圓柱孔15與三個外固定通孔17各自相互對應安裝通過螺栓連接使得內筒10和外筒12同軸固定，光纖接口 16軸線到同一母線上內固定圓柱孔15軸線的距離與外筒12上外固定通孔17到同一母線上光纖通孔18的距離相等，使得內筒10的光纖接口 16與外筒12的光纖通孔18相互對接安裝有光纖19，如圖7所示，鏡座8 一端為斜面，鏡座8的斜面中心在光纖接口 16的中心軸線上。外筒12和內筒10的兩端均開有內螺紋，外筒12的內側圓柱面拋光處理，以增加照射到水果表面的入射光照；內筒10的內、外兩側圓柱面均拋光處理，以增加入射光光強和光纖19接收到的出射光光強。
[0025]外遮光罩13與外筒12通過螺紋連接，內筒10與內筒蓋7的外螺紋連接，鏡座8與內筒蓋7的內螺紋連接。
[0026]如圖6所不，散熱燈罩4與齒鶴燈5貼合面為圓弧球面。
[0027]如圖6所示，散熱燈罩4中心開有腰形孔，用于安裝鹵鎢燈5電源座；與鹵鎢燈5貼合面相反一側的散熱燈罩4的腰形孔周圍沿圓周間隔均布有散熱片，散熱片均沿徑向布置，便于通風，散熱片與腰形孔之間留有間隙。
[0028]如圖7所示，鏡座8為圓筒狀，一端開有外螺紋，另一端的斜面與軸線的夾角為45。。
[0029]本發明中需加工的部件通風罩3、散熱燈罩4、內筒蓋7、鏡座8、內筒10、外筒12、手柄14材質為招合金，內遮光罩11、外遮光罩13為橡膠材質,整個裝置裝配后重量較輕,可直接手持手柄14使用。
[0030]檢測時，水果20放置在外筒12和內筒10連接遮光罩的一側，因水果表面為弧面，其中外筒12靠近放置水果20 —端的長度大于內筒10靠近放置水果20 —端的長度，使得水果20壓緊外遮光罩13和內遮光罩11后弧面能貼合外筒12和內筒10的邊緣。
[0031]下面結合圖廣圖3、圖8?圖9具體說明工作過程:
可根據不同需求選配不同功率的鹵鎢燈或調節鹵鎢燈功率，以厚皮甜瓜為例，選用10ff鹵鎢燈。工作時給探頭通電，散熱風扇2開始運行對探頭進行強制散熱，空氣從通風罩3的通風孔進入散熱燈罩4散熱片的間隙，帶走熱量后被散熱風扇2吸走。鹵鎢燈5發出的光在燈罩弧面的反射下射向前方，一部分光直接通過外筒12和內筒10之間的圓環空間照射到厚皮甜瓜表面，平面鏡6正對區域的光照射到平面鏡6上，經平面鏡6和鹵鎢燈5自身燈罩弧面多次反射，大部分光也進入外筒12和內筒10之間的圓環空間進而照射到甜瓜表面。從光譜發射裝置照射到甜瓜表面的光為入射光，入射光照射到甜瓜表面后，一部分直接鏡面反射，另一部分則穿透果皮發生折射進入甜瓜內部。有研究表明，光在生物組織內部主要產生散射和吸收現象，吸收現象主要是分子內含氫基團如C-H、O-H和N-H的振動吸收產生。進入到甜瓜內部的光在與甜瓜內部組織進行充分作用后一部分被吸收，另一部分則從甜瓜不同部位出射，其中一部分出射光在內遮光罩11覆蓋的圓形區域出射，此區域離環形入射區域較近，所能收集的出射光強也較大。圓形區域內的出射光在遇到45°安裝的橢圓平面鏡9后發生鏡面反射，一部分反射光被固定在光纖接口 16處的光纖19接收，進而傳播至光譜儀，完成光譜采集，圖9即為使用本發明采集的110個厚皮甜瓜的吸光度光譜圖。
[0032]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭，其特征在于:包括同軸安裝的光譜發射裝置和光譜接收裝置； 光譜發射裝置:包括同軸依次安裝的網罩(I)、風扇(2)、通風罩(3)、外筒(12)和外遮光罩(13 );通風罩(3 )內裝有散熱燈罩(4)，散熱燈罩(4)與外筒(12 )之間裝有鹵鎢燈(5 )，散熱燈罩(4)與鹵鎢燈(5)貼合安裝，外筒(12)內裝有平面鏡(6)和光譜接收裝置； 光譜接收裝置:包括同軸安裝的內筒蓋(7)、內筒(10)和內遮光罩(11);平面鏡(6)粘在內筒蓋(7 )頂部，平面鏡(6 )的鏡面正對鹵鎢燈(5 )中心位置，內筒(10 )內同軸安裝有鏡座(8)、橢圓平面鏡(9)，鏡座(8)與內筒蓋(7)螺紋連接，橢圓平面鏡(9)粘在鏡座(8)的斜面上； 外筒(12)中部外側圓柱面的同一圓周上間隔均布開有三個外固定通孔(17)，三個外固定通孔(17)其中一個外固定通孔(17)沿軸向方向附近開有光纖通孔(18);內筒(10) —端外側圓柱面的同一圓周上間隔均布開有三個突出的內固定圓柱孔(15),三個內固定圓柱孔(15)其中一個內固定圓柱孔(15)沿軸向方向附近開有光纖接口(16);三個內固定圓柱孔(15)與三個外固定通孔(17)各自相互對應安裝，通過螺栓連接使得內筒(10)和外筒(12)同軸固定，內筒(10)的光纖接口(16)與外筒(12)的光纖通孔(18)相互對接安裝有光纖(19)，鏡座(8)的斜面中心在光纖接口(16)的中心軸線上。
2.根據權利要求1所述的一種便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭，其特征在于:所述的外筒(12)和內筒(10)的兩端均開有內螺紋，外筒(12)的內側圓柱面拋光處理，內筒(10)內、外兩側圓柱面均拋光處理。
3.根據權利要求1所述的一種便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭，其特征在于:所述的散熱燈罩(4)與鹵鎢燈(5)貼合面為圓弧球面。
4.根據權利要求1所述的一種便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭，其特征在于:所述的散熱燈罩(4)中心開有腰形孔，與鹵鎢燈(5)貼合面相反一側的散熱燈罩(4)的腰形孔周圍沿圓周間隔均布有散熱片，散熱片均沿徑向布置。
5.根據權利要求1所述的一種便攜式厚皮類水果內部品質光學檢測探頭，其特征在于:所述的鏡座(8)為圓筒狀，一端開有外螺紋，另一端的斜面與軸線的夾角為45°。
【文檔編號】G01N21/01GK104034674SQ201410220786
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】謝麗娟, 王愛臣, 王陳 申請人:浙江大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
