一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置。包括光源切換裝置、U形樣品夾、積分球和光譜儀；光源切換裝置、U形樣品夾和積分球同軸安裝，積分球的檢測口的轉(zhuǎn)接球蓋通過檢測光纖與光譜儀連接，光譜儀與計(jì)算機(jī)相連，光源切換裝置中的步進(jìn)電機(jī)與控制系統(tǒng)連接。本實(shí)用新型控制系統(tǒng)控制光源切換裝置在多個(gè)光源之間自由切換，使用積分球與光譜儀采集農(nóng)產(chǎn)品樣品的光譜數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算得到農(nóng)產(chǎn)品組織的光學(xué)特性參數(shù)?；趩纹瑱C(jī)的控制系統(tǒng)控制光源切換裝置在多個(gè)光源之間自由切換，通過多個(gè)光源之間的互補(bǔ)，在整個(gè)連續(xù)檢測波長范圍內(nèi)光束都有較高的能量密度，能夠滿足檢測的需求，可以獲取更寬的連續(xù)波長范圍內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性參數(shù)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光學(xué)特性檢測裝置，尤其涉及一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝 置。 -種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 光譜分析技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分析領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，考慮到農(nóng)產(chǎn)品形態(tài) 的多樣性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性給定量分析帶來的不便，目前它所采用的分析方法多為統(tǒng)計(jì)建 模，即通過掃描大量樣品光譜來建立樣品濃度和吸光度之間的相關(guān)模型，進(jìn)而預(yù)測未知樣 品的濃度信息。
[0003] Cheong等人在1990年總結(jié)了一份測量生物組織光學(xué)參數(shù)的清單，其中列舉了大 量的生物組織光學(xué)參數(shù)測量結(jié)果及其相應(yīng)的測量方法，為后續(xù)的研究工作提供了豐富的 參考；然而，這些研究的對(duì)象大多集中在人體組織或者動(dòng)物組織，對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品生物組織來 說目前較少見到相應(yīng)的報(bào)道。所以，我們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生物組織光學(xué)參數(shù)的檢測研究就顯得十 分重要。
[0004] 可用于農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測的方法主要有：基于連續(xù)光源的空間分辨技術(shù)和 積分球技術(shù)?；谶B續(xù)光源的空間分辨技術(shù)采用在適當(dāng)?shù)慕M織表面范圍內(nèi)通過光纖或CCD 檢測器獲取漫射光分布的變化情況，然后通過非線性擬合算法推算出組織的光學(xué)參數(shù)。實(shí) 用于對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的快速無損檢測。積分球技術(shù)相較空間分辨漫反射技術(shù)具有更高的精度，積 分球技術(shù)包括單積分球和雙積分球。
[0005] 雙積分球檢測樣品時(shí)，能同時(shí)得到漫反射率Rd、漫透射率Td和準(zhǔn)直透射率Tc，通 過計(jì)算得到樣品的光學(xué)特性參數(shù)。單積分球檢測樣品時(shí)，分步得到漫反射率Rd、漫透射率 Td和準(zhǔn)直透射率Tc。通過計(jì)算得到樣品的光學(xué)特性參數(shù)。
[0006] 上述兩種技術(shù)在檢測樣品的光學(xué)特性參數(shù)時(shí)，光源通常采用激光器，已有激光器 的波長數(shù)較少，無法獲得連續(xù)的波長范圍內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品樣品的光學(xué)特性參數(shù)，如使用單個(gè)的 連續(xù)光源，則由于光源能譜密度的限制，在檢測波長范圍較寬時(shí)，在特定波長范圍內(nèi)的能量 密度較小，無法滿足檢測的需要。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置，檢測光源可在多 個(gè)光源之間自由切換，通過多個(gè)光源之間的互補(bǔ)，在整個(gè)連續(xù)檢測波長范圍內(nèi)光束都有較 高的能量密度，能夠滿足檢測的需求，以獲取更寬的連續(xù)波長范圍內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特 性參數(shù)。
[0008] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0009] 本實(shí)用新型包括光源裝置、U形樣品夾、積分球和光譜儀，光源裝置、U形樣品夾和 積分球同軸安裝，積分球的檢測口的轉(zhuǎn)接球蓋通過檢測光纖與光譜儀連接，光譜儀與計(jì)算 機(jī)相連；所述的光源裝置為光源切換裝置，包括步進(jìn)電機(jī)、彈性聯(lián)軸器、絲桿、滑臺(tái)、光纖支 座、擋板、通光孔、兩根導(dǎo)向滑軌、底座和反射式光電開關(guān)；兩根導(dǎo)向滑軌平行固定在底座上 方的兩側(cè)，位于兩根導(dǎo)向滑軌間的絲桿安裝在底座上方，兩根導(dǎo)向滑軌與絲桿平行，絲桿的 一端通過彈性聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接，滑臺(tái)下底面與絲桿構(gòu)成螺旋副，滑臺(tái)下底面與 兩根導(dǎo)向滑軌構(gòu)成滑動(dòng)副，光纖支座固定在滑臺(tái)上，光纖支座上表面水平且等距安裝有多 根光源光纖，多根光源光纖與絲桿相垂直，擋板安裝在靠近積分球一側(cè)的底座側(cè)面，反射式 光電開關(guān)固定在擋板上，與光源光纖中心同一水平面的擋板上設(shè)有通光孔，通光孔位于絲 桿中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上，通光孔中心、光源光纖中心與U形樣品夾中心位于同一個(gè)平面，步進(jìn) 電機(jī)與控制系統(tǒng)連接。
[0010] 所述的控制系統(tǒng)：包括單片機(jī)、顯示屏、鍵盤、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；顯示屏、鍵盤、反射式 光電開關(guān)與單片機(jī)相連接，單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相連。
[0011] 當(dāng)測量樣品組織總漫反射時(shí)，所述U形樣品夾緊貼在遠(yuǎn)離光源切換裝置的積分球 一側(cè)的樣品口側(cè)面。
[0012] 當(dāng)測量樣品組織總透射時(shí)，所述U形樣品夾緊貼在靠近光源切換裝置的積分球一 側(cè)的樣品口側(cè)面。
[0013] 當(dāng)測量樣品組織準(zhǔn)直透射時(shí)，所述U形樣品夾位于光源切換裝置和積分球之間。
[0014] 所述U形樣品夾的正反兩面中心位置各有一個(gè)圓孔，其中一面設(shè)有螺孔，U形樣品 夾的底部設(shè)有螺孔。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0016] 采用基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)控制光源切換裝置在多個(gè)光源之間自由切換，通過多 個(gè)光源之間的互補(bǔ)，在整個(gè)連續(xù)檢測波長范圍內(nèi)光束都有較高的能量密度，能夠滿足檢測 的需求，可以獲取更寬的連續(xù)波長范圍內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性參數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0018] 圖2是圖1光源切換裝置結(jié)構(gòu)斜視圖。
[0019] 圖3是本實(shí)用新型積分球-u形樣品夾-光源切換裝置的局部剖面圖。
[0020] 圖4是U形樣品夾的主視圖。
[0021] 圖5是圖4的左視圖。
[0022] 圖6是圖4的俯視圖。
[0023] 圖7是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0024] 圖8是系統(tǒng)工作流程圖。
[0025] 圖9是測試總漫反射時(shí)的布置圖。
[0026] 圖10是測試總透射時(shí)的布置圖。
[0027] 圖11是測試準(zhǔn)直透射時(shí)布置圖。
[0028] 圖12是控制系統(tǒng)的電路圖。
[0029] 圖中：1、控制系統(tǒng)，2、光源切換裝置，3、U形樣品夾，4、積分球，5、轉(zhuǎn)換球蓋，6、球 蓋，7、檢測光纖，8、光譜儀，9、樣品，101、電機(jī)驅(qū)動(dòng)，102、單片機(jī)，103、顯示屏，104、鍵盤， 201、步進(jìn)電機(jī)，202、彈性聯(lián)軸器，203、絲桿，204、滑臺(tái)，205、光纖支座，206、擋板，207、光源 光纖，208、通光孔，209、導(dǎo)向滑軌，210、底座，211、反射式光電開關(guān)，301、圓孔，302、螺紋孔， 901、石英片。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。
[0031] 如圖1所示，一種用于農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測的檢測裝置，包括控制系統(tǒng)1、光 源切換裝置2、u形樣品夾3、積分球4、轉(zhuǎn)接球蓋5、球蓋6、檢測光纖7和光譜儀8,其中：光 源切換裝置2可連接外部的激光光源；積分球4的檢測口裝有轉(zhuǎn)接球蓋5,轉(zhuǎn)接球蓋5通過 檢測光纖7與光譜儀8連接，光譜儀8與計(jì)算機(jī)（未示出）相連。
[0032] 如圖2所示，光源切換裝置2中包括步進(jìn)電機(jī)201、彈性聯(lián)軸器202、絲桿203、滑臺(tái) 204、光纖支座205、擋板206、通光孔208、導(dǎo)向滑軌209、底座210和反射式光電開關(guān)211 ;導(dǎo) 向滑軌209固定在底座210的上方，絲桿203安裝在底座210上方，并通過彈性聯(lián)軸器202 與步進(jìn)電機(jī)201旋轉(zhuǎn)軸連接，導(dǎo)向滑軌209與絲桿203平行，滑臺(tái)204同時(shí)安裝在導(dǎo)向滑軌 209和絲桿203上，光纖支座205固定在滑臺(tái)204上，光纖支座205上表面水平且等距地安 裝有多根光源光纖207,擋板206安裝在光源光纖207上方，反射式光電開關(guān)211固定在擋 板206上。
[0033] 如圖3所示，擋板206在光源光纖207同一水平面上并與絲桿203中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位 置上設(shè)有通光孔208,通光孔208中心、光源光纖207中心與U形樣品夾3中心位于同一個(gè) 平面。
[0034] 如圖4所不，U形樣品夾3正反兩面中心位置各有一個(gè)圓孔301。
[0035] 如圖5所示，樣品9固定在U形樣品夾3的U型槽內(nèi)。
[0036] 如圖6所示，U形樣品夾3通過U形樣品夾3底部的螺孔302固定在光路上。
[0037] 如圖7、圖12所示，控制系統(tǒng)1包括單片機(jī)102、顯示屏103、鍵盤104、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 101，顯示屏103、鍵盤104、反射式光電開關(guān)211與單片機(jī)102相連接，單片機(jī)102通過電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器101與步進(jìn)電機(jī)201相連。
[0038] 如圖8所示，本實(shí)用新型采用基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)控制光源切換裝置在 多個(gè)光源之間自由切換，使用積分球采集農(nóng)產(chǎn)品樣品在不同光源照射下的總透射率、 總漫反射率和準(zhǔn)直透射率的光譜數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)輸入IAD xp-version-3-9-10 程序進(jìn)行計(jì)算(Prahl, S. , ^Everything I think you should know about Inverse Adding-Doubling, "2011)得到當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品組織的光學(xué)特性參數(shù)：吸收系數(shù)μ a光譜、散射 系數(shù)μ s光譜及各向異性因子g光譜。
[0039] 如圖9所示，當(dāng)測量樣品組織總漫反射時(shí)，所述U形樣品夾3緊貼在遠(yuǎn)離光源切換 裝置2的積分球4 一側(cè)的樣品口側(cè)面。
[0040] 如圖10所示，當(dāng)測量樣品組織總透射時(shí)，所述U形樣品夾3緊貼在靠近光源切換 裝置2的積分球4 一側(cè)的樣品口側(cè)面。
[0041] 如圖11所示，當(dāng)測量樣品組織準(zhǔn)直透射時(shí)，所述U形樣品夾3位于光源切換裝置 2和積分球4之間。
[0042] 下面是一個(gè)實(shí)施例：
[0043] 光譜儀采用MAYA2000PR0,積分球采用Lapsphere4P-GPS-040-SF，光纖光源和檢 測光纖采用 QP1000-2-VIS-BX。
[0044] 如圖12所示，步進(jìn)電機(jī)201采用兩相四線制步進(jìn)電機(jī)，相應(yīng)地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器101采 用UNL2803。單片機(jī)102采用STC89C52。顯示屏103采用1602型LCD顯示屏。鍵盤104 采用電阻R5,按鍵S1，按鍵S2、按鍵S3、按鍵S4和電容C4組成。反射式光電開關(guān)105采用 RPR220。
[0045] 下面結(jié)合圖1?圖11介紹本實(shí)用新型的操作過程。
[0046] 將石英片901夾持的樣品9放入U(xiǎn)形樣品夾3,如圖9所示，裝置按總漫反射模式 放置。
[0047] 1)按動(dòng)S1按鍵、S2按鍵選擇光纖數(shù)，按下S3按鍵啟動(dòng)裝置；
[0048] 2)單片機(jī)102產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器101驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)201旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電 機(jī)201驅(qū)動(dòng)絲桿203帶動(dòng)滑臺(tái)204及其上的光纖支架205從初始位置移動(dòng)到光源光纖a207 正對(duì)擋板206的通光孔208,此時(shí)反射式光電開關(guān)105觸發(fā)，單片機(jī)103響應(yīng)中斷，步進(jìn)電 機(jī)201停止--光源光纖a207發(fā)出的光束穿過通光孔208,經(jīng)過U形樣品夾3的圓孔301 后照射在樣品9上，穿過樣品9后的透射光在積分球4內(nèi)部多次反射后通過連接在積分球 4上的檢測光纖7到達(dá)光譜儀8,記錄該波段下的總漫反射率光譜RdO ;
[0049] 3)單片機(jī)103中按程序預(yù)設(shè)值停留一段時(shí)間；
[0050] 4)單片機(jī)102再次產(chǎn)生一定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)脈沖，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器101驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 201旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)201驅(qū)動(dòng)絲桿203帶動(dòng)滑臺(tái)204及其上的光纖支架205移動(dòng)，使下一根 光源光纖b207正對(duì)擋板206的通光孔208,光源光纖b207發(fā)出的光束穿過通光孔208,經(jīng) 過U形樣品夾3的圓孔301后照射在樣品9上，穿過樣品9后的透射光在積分球4內(nèi)部多 次反射后通過連接在積分球4上的檢測光纖7到達(dá)光譜儀8,記錄該波段下的總漫反射率光 譜 Rdl ;
[0051] 5)重復(fù)4)步驟，直到漫反射率光譜Rd2, Rd3……等全部得到；
[0052] 6)按下S4按鍵，單片機(jī)102產(chǎn)生一定數(shù)量的反向驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)204回到左 邊。
[0053] 7)移動(dòng)樣品9,如圖10所示，裝置按總透射模式放置，重復(fù)步驟1) -5)，記錄總透射 率光譜 TdO、Tdl、Td2......。
[0054] 8)如圖11所示，裝置按準(zhǔn)直透射模式放置，過程同上述總漫反射率測量，獲得并 記錄準(zhǔn)直透射率光譜TcO、Tel、Tc2……。
[0055] 9)得到的數(shù)據(jù) RdO、Rdl、Rd2......，TdO、Tdl、Td2......，TcO、Tcl、Tc2......和相應(yīng)的 波長W0、W1、W2......代入IAD xp-version-3-9-10程序進(jìn)行計(jì)算：
[0056] ①程序進(jìn)行初始化，輸入檢測系統(tǒng)信息；
[0057] ②輸入得到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的輸入格式如下：
[0058] 波長總漫反射率 總透射率 平行透射率 WO RdO TdO TcO W1 Rdl Tdl Tel W2 Rd2 Td2 Tc2 --···· 9
[0059] ③程序計(jì)算后輸出樣品對(duì)應(yīng)的光學(xué)特性參數(shù)：吸收系數(shù)μ a(l、μ al、μ a2……，散射 系數(shù)μ s(l、μ sl、μ s2......，各項(xiàng)異性系數(shù)g〇、gl、g2......。
[0060] 最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本 實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng) 涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍中。
【權(quán)利要求】
1. 一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置，包括光源裝置、U形樣品夾（3)、積分球（4)和 光譜儀（8);光源裝置、U形樣品夾（3)和積分球（4)同軸安裝，積分球（4)的檢測口的轉(zhuǎn)接 球蓋（5)通過檢測光纖（7)與光譜儀（8)連接，光譜儀（8)與計(jì)算機(jī)相連；其特征在于：所 述的光源裝置為光源切換裝置（2)，包括步進(jìn)電機(jī)（201)、彈性聯(lián)軸器（202)、絲桿（203)、滑 臺(tái)（204)、光纖支座（205)、擋板（206)、通光孔（208)、兩根導(dǎo)向滑軌（209)、底座（210)和反 射式光電開關(guān)（211);兩根導(dǎo)向滑軌（209)平行固定在底座（210)上方的兩側(cè)，位于兩根導(dǎo) 向滑軌（209)間的絲桿（203)安裝在底座（210)上方，兩根導(dǎo)向滑軌（209 )與絲桿（203)平 行，絲桿（203)的一端通過彈性聯(lián)軸器（202)與步進(jìn)電機(jī)（201)轉(zhuǎn)軸連接，滑臺(tái)（204)下底面 與絲桿（203)構(gòu)成螺旋副，滑臺(tái)（204)下底面與兩根導(dǎo)向滑軌（209)構(gòu)成滑動(dòng)副，光纖支座 (205)固定在滑臺(tái)（204)上，光纖支座（205)上表面水平且等距安裝有多根光源光纖（207)， 多根光源光纖（207)與絲桿（203)相垂直，擋板（206)安裝在靠近積分球（4) 一側(cè)的底座 (210)側(cè)面，反射式光電開關(guān)（211)固定在擋板（206)上，與光源光纖（207)中心同一水平 面的擋板（206 )上設(shè)有通光孔（208 )，通光孔（208 )位于絲桿（203 )中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上，通光 孔（208)中心、光源光纖（207)中心與U形樣品夾（3)中心位于同一個(gè)平面，步進(jìn)電機(jī)（201) 與控制系統(tǒng)（1)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于，所述的控 制系統(tǒng)（1):包括單片機(jī)（102)、顯示屏（103)、鍵盤（104)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（101);顯示屏（103)、 鍵盤（104)、反射式光電開關(guān)（211)與單片機(jī)（102)相連接，單片機(jī)（102)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 (101)與步進(jìn)電機(jī)（201)相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于，當(dāng)測量樣 品組織總漫反射時(shí)，所述U形樣品夾（3)緊貼在遠(yuǎn)離光源切換裝置（2)的積分球（4)一側(cè)的 樣品口側(cè)面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于，當(dāng)測量樣 品組織總透射時(shí)，所述U形樣品夾（3)緊貼在靠近光源切換裝置（2)的積分球（4)一側(cè)的樣 品口側(cè)面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于，當(dāng)測量樣 品組織準(zhǔn)直透射時(shí)，所述U形樣品夾（3)位于光源切換裝置（2)和積分球（4)之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)產(chǎn)品組織光學(xué)特性檢測裝置，其特征在于，所述U形樣 品夾（3 )的正反兩面中心位置各有一個(gè)圓孔（301 )，其中一面設(shè)有螺孔，U形樣品夾（3 )的底 部設(shè)有螺孔（302)。
【文檔編號(hào)】G01N21/01GK203849166SQ201420229142
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】傅霞萍, 方振歡, 何學(xué)明, 饒秀勤, 應(yīng)義斌 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)