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便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)探頭。包括同軸安裝的光譜發(fā)射裝置和光譜接收裝置；通風(fēng)罩內(nèi)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(nèi)裝有平面鏡和光譜接收裝置；平面鏡粘在內(nèi)筒蓋頂部正對(duì)鹵鎢燈中心，內(nèi)筒內(nèi)鏡座與內(nèi)筒蓋連接，橢圓平面鏡粘在鏡座斜面上；內(nèi)筒中部外側(cè)圓柱上的三個(gè)內(nèi)固定圓柱孔與外筒中部外側(cè)圓柱上的三個(gè)外固定通孔各自相對(duì)安裝使得內(nèi)筒和外筒同軸固定，內(nèi)筒的光纖接口與外筒的光纖通孔相對(duì)接安裝有光纖。本發(fā)明將鹵鎢燈光源集成到探頭上，能對(duì)尤其是厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)，能夠獲取有效的水果內(nèi)部品質(zhì)信息，為厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)提供光譜基礎(chǔ)。
【專利說(shuō)明】便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水果品質(zhì)檢測(cè)裝置，尤其是涉及一種便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)鮮果質(zhì)量要求越來(lái)越高，不僅要求果實(shí)外觀好看，而且對(duì)內(nèi)部品質(zhì)如糖度和酸度的要求也越來(lái)越高。瓜果在采摘時(shí)的成熟度是決定其內(nèi)部品質(zhì)的重要因素。采收過(guò)早，瓜果產(chǎn)品器官還未達(dá)到成熟的標(biāo)準(zhǔn)，單果重量小，產(chǎn)量低、品質(zhì)差，管過(guò)產(chǎn)品本身的色、香、味不能得到充分表現(xiàn)，耐貯也差；采收過(guò)晚，果實(shí)已經(jīng)成熟，接近衰老階段，采后必然不耐貯藏和運(yùn)輸，導(dǎo)致腐爛率的增加。在此環(huán)境下，水果品質(zhì)檢測(cè)及成熟度判別技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者及相關(guān)企業(yè)的重視，相關(guān)的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備也被頻頻報(bào)道。目前水果成熟度判別主要有人工辨識(shí)和機(jī)械無(wú)損檢測(cè)。人工辨識(shí)主要依靠瓜果生長(zhǎng)周期、目測(cè)、敲擊等方法，檢測(cè)精度較低、勞動(dòng)量大；機(jī)械無(wú)損檢測(cè)主要是利用瓜果的物理性質(zhì)，如力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和聲學(xué)性質(zhì)對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)并判斷其成熟度，近年來(lái)無(wú)損檢測(cè)得到了大量研究和應(yīng)用。其中光譜檢測(cè)具有檢測(cè)時(shí)間短、可直接檢測(cè)、環(huán)境友好無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為在水果品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)方面最具潛力。
[0003]目前基于可見(jiàn)光/近紅外光譜的便攜式水果品質(zhì)檢測(cè)儀器已有應(yīng)用，如日本Kubota公司的K-BA100R和我國(guó)聚光科技公司的SupNIR-110型便攜式檢測(cè)儀。上述便攜式檢測(cè)儀的探頭均為漫反射型探頭，同專利CN202928947U所描述的環(huán)形光源類似，鹵鎢燈光源置于主機(jī)內(nèi)，通過(guò)光纖引導(dǎo)至檢測(cè)探頭形成環(huán)形光源。此類型探頭在檢測(cè)時(shí)照射到水果表面的光強(qiáng)較弱，只適用于檢測(cè)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(huán)形光源，且LED光源置于探頭中，檢測(cè)時(shí)直接照射水果，但LED本身功率較低，無(wú)法檢測(cè)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(gè)波長(zhǎng)，只能針對(duì)特定水果檢測(cè)，應(yīng)用范圍較窄。厚皮類水果如橙、甜瓜、西瓜在我國(guó)也屬于大宗消費(fèi)水果，其成熟度檢測(cè)和適收期的判別也是農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。所以有必要針對(duì)厚皮類水果研制便攜式光學(xué)檢測(cè)探頭，以用于田間等場(chǎng)合的成熟度檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服背景中漫反射環(huán)形光源探頭光強(qiáng)較弱或覆蓋波長(zhǎng)較少而導(dǎo)致無(wú)法檢測(cè)厚皮類水果的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)探頭，以用于田間等場(chǎng)合厚皮類水果品質(zhì)的檢測(cè)。本發(fā)明將鹵鎢燈光源集成到探頭上，內(nèi)外筒的結(jié)構(gòu)形式將鹵鎢燈發(fā)射的光分隔成環(huán)形光源，增大了照射到水果表面的有效光強(qiáng)，同時(shí)內(nèi)外遮光罩能夠避免環(huán)境光的影響，使入射光能夠穿透果皮并與果肉進(jìn)行有效的相互作用后出射，進(jìn)而攜帶足夠有效的瓜果內(nèi)部品質(zhì)信息，為厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)提供光譜基礎(chǔ)。[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明包括同軸安裝的光譜發(fā)射裝置和光譜接收裝置；
光譜發(fā)射裝置:包括同軸依次安裝的網(wǎng)罩、風(fēng)扇、通風(fēng)罩、外筒和外遮光罩；通風(fēng)罩內(nèi)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(nèi)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(nèi)筒蓋、內(nèi)筒和內(nèi)遮光罩；平面鏡粘在內(nèi)筒蓋頂部，平面鏡的鏡面正對(duì)鹵鎢燈中心位置，內(nèi)筒內(nèi)同軸安裝有鏡座、橢圓平面鏡，鏡座與內(nèi)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(cè)圓柱面的同一圓周上間隔均布開(kāi)有三個(gè)外固定通孔，三個(gè)外固定通孔其中一個(gè)外固定通孔沿軸向方向附近開(kāi)有光纖通孔；內(nèi)筒一端外側(cè)圓柱面的同一圓周上間隔均布開(kāi)有三個(gè)突出的內(nèi)固定圓柱孔，三個(gè)內(nèi)固定圓柱孔其中一個(gè)內(nèi)固定圓柱孔沿軸向方向附近開(kāi)有光纖接口 ；三個(gè)內(nèi)固定圓柱孔與三個(gè)外固定通孔各自相互對(duì)應(yīng)安裝，通過(guò)螺栓連接使得內(nèi)筒和外筒同軸固定，內(nèi)筒的光纖接口與外筒的光纖通孔相互對(duì)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(nèi)筒的兩端均開(kāi)有內(nèi)螺紋，外筒的內(nèi)側(cè)圓柱面拋光處理，內(nèi)筒內(nèi)、夕卜兩側(cè)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(kāi)有腰形孔，與鹵鎢燈貼合面相反一側(cè)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(kāi)有外螺紋，另一端的斜面與軸線的夾角為45°。
[0010]本發(fā)明具有的有益效果是:
本發(fā)明將鹵鎢燈光源集成到探頭上，內(nèi)外筒的結(jié)構(gòu)形式將鹵鎢燈發(fā)射的光分隔成環(huán)形光，增大了照射到水果表面的有效光強(qiáng)，同時(shí)內(nèi)外遮光罩能夠避免環(huán)境光的影響，入射光能夠穿透果皮并與果肉進(jìn)行有效的相互作用后出射，進(jìn)而攜帶足夠有效的水果內(nèi)部品質(zhì)信息，為厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)提供光譜基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的分解圖。
[0012]圖2是光譜發(fā)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(nèi)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(fā)明實(shí)施例的效果圖。
[0020]圖中:1、網(wǎng)罩，2、風(fēng)扇，3、通風(fēng)罩，4、散熱燈罩，5、鹵鎢燈，6、平面鏡，7、內(nèi)筒蓋，8、鏡座，9、橢圓平面鏡，10、內(nèi)筒，11、內(nèi)遮光罩，12、外筒，13、外遮光罩，14、手柄，15、內(nèi)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(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明包括同軸安裝的光譜發(fā)射裝置和光譜接收裝置；
如圖1、圖2所示，光譜發(fā)射裝置:包括同軸依次安裝的網(wǎng)罩1、風(fēng)扇2、通風(fēng)罩3、外筒12和外遮光罩13 ;通風(fēng)罩3內(nèi)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(nèi)裝有平面鏡6和光譜接收裝置；風(fēng)扇2和網(wǎng)罩I與通風(fēng)罩3通過(guò)螺栓固定；平面鏡6粘在內(nèi)筒蓋7頂部，鏡面正對(duì)鹵鎢燈5中心位置，用于反射鹵鎢燈直接照射到內(nèi)筒10的光；外遮光罩13通過(guò)螺紋與外筒12遠(yuǎn)離外固定通孔17的一端固定，用于阻擋環(huán)境雜散光；手柄14中空與外筒12通過(guò)焊接固定，固定位置為外筒12設(shè)有外固定通孔17和光纖通孔18的位置，固定時(shí)將上述兩口蓋住。通風(fēng)罩3的圓柱面上開(kāi)有若干通孔，用于通風(fēng)散熱；網(wǎng)罩I與通風(fēng)罩3均為標(biāo)準(zhǔn)件；鹵鎢燈5為標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)實(shí)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(nèi)筒蓋7、內(nèi)筒10和內(nèi)遮光罩11 ;內(nèi)筒10內(nèi)同軸安裝有鏡座8、橢圓平面鏡9，鏡座8與內(nèi)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(nèi)部出射到內(nèi)筒10的光反射到光纖接口16方向；內(nèi)遮光罩11與內(nèi)筒10遠(yuǎn)離內(nèi)固定圓柱孔15的一端通過(guò)螺紋聯(lián)接,防止入射光通過(guò)水果表面直接鏡面反射到內(nèi)筒10內(nèi)部。
[0024]如圖4、圖5所示，外筒12中部外側(cè)圓柱面的同一圓周上間隔均布開(kāi)有三個(gè)外固定通孔17，三個(gè)外固定通孔17其中一個(gè)外固定通孔17沿軸向方向附近開(kāi)有光纖通孔18 ;如圖3、圖5所示，內(nèi)筒10 —端外側(cè)圓柱的同一圓周上間隔均布開(kāi)有三個(gè)突出的內(nèi)固定圓柱孔15，三個(gè)內(nèi)固定圓柱孔15其中一個(gè)內(nèi)固定圓柱孔15沿軸向方向靠近內(nèi)遮光罩11 一側(cè)附近開(kāi)有光纖接口 16 ;三個(gè)內(nèi)固定圓柱孔15與三個(gè)外固定通孔17各自相互對(duì)應(yīng)安裝通過(guò)螺栓連接使得內(nèi)筒10和外筒12同軸固定，光纖接口 16軸線到同一母線上內(nèi)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(nèi)筒10的光纖接口 16與外筒12的光纖通孔18相互對(duì)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(nèi)筒10的兩端均開(kāi)有內(nèi)螺紋，外筒12的內(nèi)側(cè)圓柱面拋光處理，以增加照射到水果表面的入射光照；內(nèi)筒10的內(nèi)、外兩側(cè)圓柱面均拋光處理，以增加入射光光強(qiáng)和光纖19接收到的出射光光強(qiáng)。
[0025]外遮光罩13與外筒12通過(guò)螺紋連接，內(nèi)筒10與內(nèi)筒蓋7的外螺紋連接，鏡座8與內(nèi)筒蓋7的內(nèi)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(kāi)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(cè)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(fēng)，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(kāi)有外螺紋，另一端的斜面與軸線的夾角為45。。
[0029]本發(fā)明中需加工的部件通風(fēng)罩3、散熱燈罩4、內(nèi)筒蓋7、鏡座8、內(nèi)筒10、外筒12、手柄14材質(zhì)為招合金，內(nèi)遮光罩11、外遮光罩13為橡膠材質(zhì),整個(gè)裝置裝配后重量較輕,可直接手持手柄14使用。
[0030]檢測(cè)時(shí)，水果20放置在外筒12和內(nèi)筒10連接遮光罩的一側(cè)，因水果表面為弧面，其中外筒12靠近放置水果20 —端的長(zhǎng)度大于內(nèi)筒10靠近放置水果20 —端的長(zhǎng)度，使得水果20壓緊外遮光罩13和內(nèi)遮光罩11后弧面能貼合外筒12和內(nèi)筒10的邊緣。
[0031]下面結(jié)合圖廣圖3、圖8?圖9具體說(shuō)明工作過(guò)程:
可根據(jù)不同需求選配不同功率的鹵鎢燈或調(diào)節(jié)鹵鎢燈功率，以厚皮甜瓜為例，選用10ff鹵鎢燈。工作時(shí)給探頭通電，散熱風(fēng)扇2開(kāi)始運(yùn)行對(duì)探頭進(jìn)行強(qiáng)制散熱，空氣從通風(fēng)罩3的通風(fēng)孔進(jìn)入散熱燈罩4散熱片的間隙，帶走熱量后被散熱風(fēng)扇2吸走。鹵鎢燈5發(fā)出的光在燈罩弧面的反射下射向前方，一部分光直接通過(guò)外筒12和內(nèi)筒10之間的圓環(huán)空間照射到厚皮甜瓜表面，平面鏡6正對(duì)區(qū)域的光照射到平面鏡6上，經(jīng)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(jìn)入外筒12和內(nèi)筒10之間的圓環(huán)空間進(jìn)而照射到甜瓜表面。從光譜發(fā)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(fā)生折射進(jìn)入甜瓜內(nèi)部。有研究表明，光在生物組織內(nèi)部主要產(chǎn)生散射和吸收現(xiàn)象，吸收現(xiàn)象主要是分子內(nèi)含氫基團(tuán)如C-H、O-H和N-H的振動(dòng)吸收產(chǎn)生。進(jìn)入到甜瓜內(nèi)部的光在與甜瓜內(nèi)部組織進(jìn)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(nèi)遮光罩11覆蓋的圓形區(qū)域出射，此區(qū)域離環(huán)形入射區(qū)域較近，所能收集的出射光強(qiáng)也較大。圓形區(qū)域內(nèi)的出射光在遇到45°安裝的橢圓平面鏡9后發(fā)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(jìn)而傳播至光譜儀，完成光譜采集，圖9即為使用本發(fā)明采集的110個(gè)厚皮甜瓜的吸光度光譜圖。
[0032]上述【具體實(shí)施方式】用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)探頭，其特征在于:包括同軸安裝的光譜發(fā)射裝置和光譜接收裝置； 光譜發(fā)射裝置:包括同軸依次安裝的網(wǎng)罩(I)、風(fēng)扇(2)、通風(fēng)罩(3)、外筒(12)和外遮光罩(13 );通風(fēng)罩(3 )內(nèi)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(nèi)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(nèi)筒蓋(7)、內(nèi)筒(10)和內(nèi)遮光罩(11);平面鏡(6)粘在內(nèi)筒蓋(7 )頂部，平面鏡(6 )的鏡面正對(duì)鹵鎢燈(5 )中心位置，內(nèi)筒(10 )內(nèi)同軸安裝有鏡座(8)、橢圓平面鏡(9)，鏡座(8)與內(nèi)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(cè)圓柱面的同一圓周上間隔均布開(kāi)有三個(gè)外固定通孔(17)，三個(gè)外固定通孔(17)其中一個(gè)外固定通孔(17)沿軸向方向附近開(kāi)有光纖通孔(18);內(nèi)筒(10) —端外側(cè)圓柱面的同一圓周上間隔均布開(kāi)有三個(gè)突出的內(nèi)固定圓柱孔(15),三個(gè)內(nèi)固定圓柱孔(15)其中一個(gè)內(nèi)固定圓柱孔(15)沿軸向方向附近開(kāi)有光纖接口(16);三個(gè)內(nèi)固定圓柱孔(15)與三個(gè)外固定通孔(17)各自相互對(duì)應(yīng)安裝，通過(guò)螺栓連接使得內(nèi)筒(10)和外筒(12)同軸固定，內(nèi)筒(10)的光纖接口(16)與外筒(12)的光纖通孔(18)相互對(duì)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)探頭，其特征在于:所述的外筒(12)和內(nèi)筒(10)的兩端均開(kāi)有內(nèi)螺紋，外筒(12)的內(nèi)側(cè)圓柱面拋光處理，內(nèi)筒(10)內(nèi)、外兩側(cè)圓柱面均拋光處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)探頭，其特征在于:所述的散熱燈罩(4)中心開(kāi)有腰形孔，與鹵鎢燈(5)貼合面相反一側(cè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式厚皮類水果內(nèi)部品質(zhì)光學(xué)檢測(cè)探頭，其特征在于:所述的鏡座(8)為圓筒狀，一端開(kāi)有外螺紋，另一端的斜面與軸線的夾角為45°。
【文檔編號(hào)】G01N21/01GK104034674SQ201410220786
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】謝麗娟, 王愛(ài)臣, 王陳 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)