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专利名称：一种在线检测水果内部品质的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在线检测水果内部品质的光学系统，尤其是针对于球形水果进行内部品质无损检测的近红外光学系统。
背景技术：
我国是一个水果生产和消费大国。虽然我国的水果出口量很大，但是由于我国水果采后加工技术尤其是鲜果分选技术落后，造成我国水果混级销售、附加值低，出口品质不一致、竞争力弱，很难建立优势水果品牌的现状。因此，水果品质的检测和分级技术迫切需要得到提高。水果品质又分为外部品质和内部品质，水果的外部品质主要考虑大小、形状、 颜色和表面缺陷等。水果的内部品质主要考虑硬度、糖度、酸度等。由于计算机视觉技术的快速发展，水果的外部品质检测技术已经相当成熟，可一次性地自动完成水果大小、形状、 颜色、果面缺陷等外部品质指标的检测和评价，相应的商品化的设备在国内也已经得到推广和应用。但是随着人民生活水平的提高，基于上述外部品质指标进行分级已远远不能满足要求，消费者在选购水果时对于内部品质如糖度、酸度等也极为看重。而传统的内部品质检测分析方法必须将抽样样品进行破坏，对样品浪费严重，且操作复杂、耗时长，无法实现在线检测。因此，基于水果光学特性的内部品质快速无损检测技术在产后加工上具有广阔的市场应用前景。近红外技术是一种基于水果光学特性的无损检测技术，可以实现水果内部品质的快速检测，分析过程仅为数秒钟，而且可以同时检测多种组分(糖度、酸度、大小、质量等) 并可判断某些水果内部是否有异常(例如霉心病，褐变)，非常适合于过程分析领域。水果加工企业可以采用近红外无损检测技术结合机器视觉技术，根据生产的要求对水果的外部品质和内部品质进行分级，将内部品质和外部品质俱优的水果作为精品水果销售，提高水果的附加值，而将外部品质稍差而内部品质优的水果进行再加工，将内部品质极差，不堪食用的水果分选去除。从20世纪60年代开始，近红外光谱分析方法逐渐应用到水果品质检测中。20世纪90年代，我国近红外光谱技术对水果品质检测应用有极大的发展，但相对国外发展较晚，进展比较缓慢。目前，利用NIRS进行水果检测方面的研究主要集中在部分高等院校，并且也取得了不少成果。但针对于近红外技术应用在在线检测方面还与实验室实验存在很多差异，如杂散光、环境温度、光源与样品距离等均会对检测精度及速度造成一定程度的影响，对于水果内部品质的在线无损检测应该在尽量提高检测速度的情况下保证检测的精度。因此，在预测模型一定的情况下应构建简单有效的光谱装置，以取得高质量的光谱 fn息ο
发明内容本实用新型的目的是提供一种利用近红外技术检测水果内部品质信息的装置，可根据CXD摄像机和编码器判断水果的纵径及位置，调整光源与水果表面的距离，实现不同尺寸水果测定部位的一致性，检测器接受透过的光信息，传送到计算机，通过预存模型进行糖度、酸度等内部品质指标的预测。本发明的技术方案如下包括CXD摄像机、编码器、输送装置、光照箱、检测系统、 控制单元、计算机。其中1)、(XD摄像机安装在输送装置的两侧，水平放置，与计算机相连接，分析水果上表面与传送带之间的距离。并将检测结果以指令的形式传送到控制单元。2)、编码器采用旋转编码器，安装在输送装置上，通过导线与控制单元相连接。3)、输送装置包括配套的链条、主动链轮、从动链轮、传送带、托盘，其中主动链轮的轴与电机传动连接，并通过配套的链条带动从动链轮，传送带固定在链条上，托盘等距分布在传送带上，托盘的底部有会聚透镜，且会聚透镜的底面与传送带的底面在同一平面上。4)、光照箱包括移动式光源、遮光罩。移动式光源由步进电机、多级齿轮传动装置、 螺杆定位装置、滑变电阻式位置传感器、光源固定装置、卤钨灯泡和弧形光照反射板组成， 其中步进电机与控制单元相连接。遮光罩为立方形铁罩，固定在输送装置上，样品入口和出口均有单向弹簧门，移动式光源固定在顶下表面的正中位置。5)、检测系统包括光纤探头、光纤、光纤可调衰减器、光谱分析仪，光谱分析仪与计算机相连接。光纤探头位于会聚透镜下方，通过光纤与光纤可调衰减器相连接，再通过光纤与光谱分析仪相连接，以使得所测定的电信号转换为数字光谱，并传输到计算机。其中光纤可调衰减器是一个光——机械装置，可以根据不同种类样品透光性，通过调节狭缝的大小可以在0 100%的范围内调节光通量，选定合适强度的光信号。6)、控制单元与CXD摄像机、编码器、光纤可调衰减器、步进电机等各驱动装置相连接，根据被检水果水果上表面与传送带之间的距离、以及当前光源位置数据进行分析处理，计算确定光源位置，对步进电机发出驱动指令。7)、计算机内预存所测样品参数的模型，对光谱数据进行预处理及分析预测。本实用新型的有益效果是可以通过测定运动水果的内部光谱信息，并通过计算机处理，实现水果内部品质快速无损的检测。通过但像弹簧门消除外界杂散光的影响；通过运动式光源也可依据水果种类及大小调整其位置，保证光源与测定部位距离的一致性；通过光纤可调衰减器实现不同种类之间光谱信号强度的切换，都对水果在线检测精度的提高有一定的帮助。

图1是本发明一种在线检测水果内部品质的光学系统的结构示意图；图2是本发明遮光罩上但像弹簧门的结构示意图；图3是本发明移动光源结构示意图；图中1、CXD摄像机；2、编码器；3、控制单元；4、光照箱；5、单向弹簧门；6、传送带；7、从动链轮；8、托盘；9、样品；10、主动链轮；11、计算机；12、导线；13、光纤；14、光谱分析仪；15、三角形胶板；16、步进电机；17、多级齿轮传动装置；18、螺杆定位装置；19、光源固定装置；20、卤钨灯泡；21、弧形光照反射板；22、会聚透镜；23、光纤探头；24、光纤可调衰减器
具体实施方式
为了更好的理解本系统，
以下结合附图进行详细的描述说明。如图1所示本发明包括CXD摄像机1、编码器2、输送装置、光照箱4、检测系统、控制单元3、计算机11。其中1)、CXD摄像机1安装在输送装置的两侧，水平放置，与计算机11相连接，分析水果上表面与传送带之间的距离。并将检测结果以指令的形式传送到控制单元3。2)、编码器2采用旋转编码器，安装在输送装置上，通过导线与控制单元3相连接。3)、输送装置包括配套的链条、主动链轮10、从动链轮7、传送带6、托盘8，其中主动链轮的轴与电机传动连接，并通过配套的链条带动从动链轮，传送带固定在链条上，托盘 8等距分布在传送带上，托盘8的底部有会聚透镜22，且会聚透镜22的底面与传送带的底面在同一平面上。4)、光照箱4包括移动式光源、遮光罩。移动式光源由步进电机16、多级齿轮传动装置17、螺杆定位装置18、光源固定装置19、卤钨灯泡20和弧形光照反射板21组成，其中步进电机16与控制单元3相连接。遮光罩为立方形铁罩，固定在输送装置上，样品入口和出口均有单向弹簧门5，移动式光源固定在顶下表面的正中位置。5)、检测系统包括光纤探头23、光纤13、光纤可调衰减器M、光谱分析仪14，光谱分析仪14与计算机11相连接。光纤探头23位于会聚透镜22下方，通过光纤13与光纤可调衰减器M相连接，再通过光纤13与光谱分析仪14相连接，以使得所测定的电信号转换为数字光谱，并传输到计算机11。其中光纤可调衰减器M是一个光——机械装置，可以根据不同种类样品透光性，通过调节狭缝的大小可以在0 100%的范围内调节光通量，选定合适强度的光信号。6)、控制单元3与CXD摄像机1、编码器2、光纤可调衰减器M、步进电机16等各驱动装置相连接，根据被检水果上表面与传送带之间的距离、以及当前光源位置数据进行分析处理，计算确定光源位置，对步进电机16发出驱动指令。7)、计算机11内预存所测样品参数的模型，对光谱数据进行预处理及分析预测。下面结合图1-3介绍工作过程(1)、水果放置在托盘8上经过输送装置运送至CXD摄像机1进行图像采集，通过计算机11处理计算出水果上表面与传送带之间的距离，并将此结果传送至控制单元3，由控制单元3发出指令以调节光源的位置和光纤可调衰减器M，对于同一类型的水果光纤可调衰减器M只进行一次调节，选定最佳衰减率。(2)、(XD摄像机1进行图像采集的同时用编码器2记录水果的位置信息，并将此信息与图像信息同时传送给控制单元3，以准确及时控制光源的位置和光纤可调衰减器M。(3)、水果随输送装置通过入口的单向弹簧门5，单向弹簧门5自动关闭，卤钨灯泡 20发出的光由水果上表面进入，透射光信息通过托盘8下部的会聚透镜22后经由光纤探头 23进入光纤13，通过光纤衰减器对衰减到适当的强度后再经由光纤13传送至光谱分析仪 14，经处理的信息以电信号的形式进入计算机11进行光谱数据的预处理及预测分析，从而取得水果内部的品质信息。
权利要求1.一种在线检测水果内部品质的光学系统，其特征在于包括CCD摄像机(1)、编码器 O)、输送装置、光照箱G)、检测系统、控制单元(3)、计算机(11)。
2.根据权利要求1所述的在线检测水果内部品质的光学系统，其特征在于CCD摄像机 (1)安装在输送装置的两侧，水平放置，与计算机(11)相连接，分析水果上表面与传送带之间的距离，并将检测结果以指令的形式传送到控制单元(3)。
3.根据权利要求1所述的在线检测水果内部品质的光学系统，其特征在于编码器(2) 采用旋转编码器，安装在输送装置上，通过导线与控制单元(3)相连接。
4.根据权利要求1所述的在线检测水果内部品质的光学系统，其特征在于输送装置包括配套的链条、主动链轮(10)、从动链轮(7)、传送带(6)、托盘(8)，其中主动链轮的轴与电机传动连接，并通过配套的链条带动从动链轮，传送带固定在链条上，托盘(8)等距分布在传送带上，托盘(8)的底部有会聚透镜(22)，且会聚透镜0 的底面与传送带的底面在同一平面上。
5.根据权利要求1所述的在线检测水果内部品质的光学系统，其特征在于光照箱(4) 包括移动式光源、遮光罩，移动式光源由步进电机(16)、多级齿轮传动装置(17)、螺杆定位装置(18)、光源固定装置(19)、卤钨灯泡00)和弧形光照反射板组成，其中步进电机 (16)与控制单元C3)相连接，遮光罩为立方形铁罩，固定在输送装置上，样品入口和出口均有单向弹簧门(5)，移动式光源固定在顶下表面的正中位置。
6.根据权利要求1所述的在线检测水果内部品质的光学系统，其特征在于检测系统包括光纤探头(23)、光纤(13)、光纤可调衰减器(M)、光谱分析仪(14)，光谱分析仪(14)与计算机(11)相连接，光纤探头位于会聚透镜0 下方，通过光纤(1 与光纤可调衰减器04)相连接，再通过光纤(1 与光谱分析仪(14)相连接，以使得所测定的电信号转换为数字光谱，并传输到计算机(11)，其中光纤可调衰减器04)是一个光一一机械装置， 可以根据不同种类样品透光性，通过调节狭缝的大小可以在O 100%的范围内调节光通量，选定合适强度的光信号。
7.根据权利要求1所述的在线检测水果内部品质的光学系统，其特征在于控制单元 (3)与CCD摄像机(1)、编码器O)、光纤可调衰减器(M)、步进电机(16)的各驱动装置相连接，根据被检水果上表面与传送带之间的距离、以及当前光源位置数据进行分析处理，计算确定光源位置，对步进电机(16)发出驱动指令。
8.根据权利要求1所述的在线检测水果内部品质的光学系统，其特征在于计算机(11) 内预存所测样品参数的模型，对光谱数据进行预处理及分析预测。
专利摘要本实用新型发明涉及一种在线检测水果内部品质的光学系统，包括CCD摄像机、编码器、输送装置、光照箱、检测系统、控制单元、计算机。CCD摄像机检测水果纵径，编码器检测水果的位置，通过控制单元将检测结果传输给计算机，通过内部计算发出指令传输给运动光源以调整其位置，检测系统检测通过水果纵向的透射光谱信息并通过控制单元传送给计算机，通过预存的预测模型计算水果内部的品质信息。光照箱入口和出口有单向弹簧门装置，可防止外部杂散光的影响。运动式光源也可依据水果种类及大小调整其位置，保证光源与测定部位距离的一致性。本实用新型实现了对水果内部品质信息快速有效的无损检测。
文档编号G01N21/27GK202057579SQ201120095428
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者张鹏, 朱述斌, 赵洪卫 申请人:北京神农谷科技有限公司