专利名称：一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能无损检测水果相关品质的装置，特别是一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置。
背景技术：
随着人们生活水平的不断提高，消费者在选购水果时，越来越重视水果的内部品质，而且水果的含糖量评价水果品质的重要指标。目前，检测水果内部品质通常使用化学分析的方法，比如蒽酮比色法或糖度计检测糖度，用电位法测酸度，用比色法和高相色谱法测维生素C含量。虽然这些方法检测精度较高，但是制样过程繁琐，检测时间长，检测成本高，需专业人员操作，很难对大批量水果样品进行检测。因而如何实现水果外观和内部品质的快速无损检测已成为我国水果产业化过程中的重要课题。目前国外一些国家对水果内部的糖度、缺陷、成熟度等进行了一些基础研究，并开 发了一些基于可见近红外光谱技术的便携式水果糖度检测仪器。但是投入实际应用的并不多，主要原因是检测信号太弱，检测精度不高和适应性差。日本专利No. 09-089767中，水果反射光经分光系统处理后,分成不同波长的光照射到光电转换单元上，并通过计算吸光度和二次微分处理，然后利用波长为912nm和888nm处的光谱值建立预测模型。但是这种仪器的分光精度容易受到外界振动和温度变化等因素的影响，所以检测精度不高。日本专利No. 02808798. 4中，采用直线连续可变干涉滤光片与直线型硅阵列传感器组合成小型分光镜代替了衍射光栅，结构更紧凑。但这种仪器只能检测薄皮水果，对于厚皮水果检测精度较低。在国内专利No. 200910186328. 6中描述了一种LED组合光源的便携式水果品质无损检测装置，该装置由硬件装置和软件系统组成。硬件装置由光照模块、光谱采集模块和光谱处理模块组成；软件系统由光谱采集和光谱分析实现光谱读、存、显示、参数设置、预测功能的软件所组成。但是该装置的数据处理单元采用台式电脑，在野外操作情况下，携带并不方便；所使用的LED光源，发光强度弱，从而造成光电检测装置得到的关于水果糖度的光信息较少，检测精度降低。专利No. 200720105509. 8中采用卤钨灯作为光源，但没有使用稳压稳流电源，从而容易造成光源发光强度不稳定，影响检测精度。此外，水果硬度是水果品质的重要指标，目前还没有一种便携式水果检测仪器，能够同时检测水果的硬度和内部的糖度含量。
发明内容
本发明专利提供了一种采用LED组合光源，以近红外光谱分析技术，光纤传感技术，化学计量学技术，传感器技术等多种技术为基础，以水果的糖度和硬度为检测对象的便携式水果无损检测装置。克服了现有检测装置只能检测糖度或硬度等单一指标的缺陷，从而满足了快速、无损和现场检测水果糖度和硬度的要求。
本发明的技术方案是
一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中信号采集部分包括组合探头本体，信号传输部分包括高精度电容位移传感器数据线、电源线、光纤；主机部分包括触摸屏、主机箱、主板、光纤光谱仪、风扇、锂电池、电压、电流反馈调节装置、散热孔、圆孔、开关。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中组合探头本体包括紧固螺钉、挡板、高精度电容位移传感器数据线、弹簧、I号圆孔、高精度电容位移传感器、上圆形铁片、光纤探头、下圆形铁片、II号圆孔、光纤探头固定装置、压盖、聚光镜、LED组合光源、堵头、手柄、样品垫圈、凸块。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中压盖、样品垫圈、手柄通过紧固螺钉依次相连，弹簧分别与上圆形铁片和光纤探头固定装置相连，上圆形铁片和下圆形铁片上分别设有I号圆孔，高精度位移电容传感器分别位于上圆形铁片与下圆形铁片之内，光纤探头位于上圆形铁片和下 圆形铁片之间，挡板设于组合探头本体内与手柄相连，光纤探头固定装置的直管上设有两个凸块，II号圆孔位于光纤探头和光纤探头固定装置之间，压盖、聚光镜、LED组合光源分别依次相连，堵头与手柄连接。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中组合探头本体里面钻有四个孔，四个孔沿组合探头的圆周方向成90°间隔均布，每个孔的轴线与组合探头的轴线成约10°夹角，四盏LED光源分别固定在四个孔内，并且每盏LED光源上面接有一根电源线。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中光纤探头固定装置上面焊有上圆形铁片和下圆形铁片，三个高精度位移电容传感器固定在上圆形铁片和圆形铁片上，三个高精度位移电容传感器沿组合探头本体的圆周方向成约120°间隔均布，三个高精度位移电容传感器上分别接有一根高精度电容位移传感器数据线。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中上圆形铁片粘贴在三个高精度位移电容传感器上，下圆形铁片与组合探头本体之间设有弹簧，弹簧处于一定的压缩状态，凸块插入组合探头本体的槽内，凸块可以自槽内自由滑动；光纤探头固定于光纤探头固定装置的直管内，并通过光纤与主机箱相连；堵头紧贴手柄内壁，两者之间属于过盈配合。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中LED组合光源包括620nm、850nm、880nm和940nm四种LED光源组成，沿组合探头本体的圆周方向成90°间隔均布，每盏LED光源的轴线与手持式探头的轴线成约10°夹角。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中数据线和光纤组合探头与主机箱通过电源线相连，触摸屏设在主机箱之上，散热孔、圆孔、装置开关设在主机箱右侧，主机箱内设有主板、光纤光谱仪、风扇、锂电池和电压、电流反馈调节装置。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中触摸屏、光纤光谱仪、锂电池分别与主板相连，风扇和电压、电流反馈调节装置分别与锂电池通过电源线相连。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中光纤光谱仪通过USB线连接到主板上，主板通过COM 口和RS232线与触摸屏进行通讯，主板通过USB线给触摸屏供电，主板通过数据线将数据写入/读出主板中的数据存储器中，该装置中弹簧处于一定的压缩状态。一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中本装置的软件系统存于主板中，将高精度电容位移传感器传输过来的电信号进行处理，可进行参数的设置、光谱的采集、读、存、数据的处理、显示。本发明的优点在于普通的检测装置，检测时间长、检测成本高、检测精度低、不便于携带。本发明将许多元器件集成在一起，结构紧凑，便于随身携带；主机箱内加装风扇，散热好，可使装置长时间使用；加装弹簧，增强了水果与光纤探头之间的密封性，提高了检测精度；可满足了水果生长过程监测、成熟期预测和水果糖度、硬度分级的需求，将装置触摸屏改为触摸屏，操作更简便，检测速度更快，适用于水果内部品质糖度和硬度的现场快速无 损检测。本发明具有结构紧凑、体积小和操作简单等优点，能同时实现水果糖度和硬度两种指标的快速无损检测。
图I是本发明的组合探头结构示意图。图2是本发明的高精度位移电容传感器和光纤探头布置示意图。图3是本发明的组合探头的俯视图。图4是本发明的总体结构示意图。图5是本发明的工作过程流程图。附图标记紧固螺钉I、挡板2、高精度电容位移传感器数据线3、弹簧4、I号圆孔
5、高精度电容位移传感器6、上圆形铁片7、光纤探头8、下圆形铁片9、II号圆孔10、光纤探头固定装置11、压盖12、聚光镜13、LED组合光源14、电源线15、堵头16、光纤17、手柄18、样品垫圈19、组合探头本体20、触摸屏21、主机箱22、主板23、光纤光谱仪24、风扇25、锂电池26、电压、电流反馈调节装置27、散热孔28、圆孔29、开关30、电源线31、数据线和光纤组合探头32、凸块33。
具体实施例方式实施例I、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中信号采集部分包括组合探头本体20，信号传输部分包括高精度电容位移传感器数据线3、电源线15、光纤17 ;主机部分包括触摸屏21、主机箱22、主板23、光纤光谱仪24、风扇25、锂电池26、电压、电流反馈调节装置27、散热孔28、圆孔29、开关30。实施例2、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中组合探头本体20包括紧固螺钉I、挡板2、弹簧4、I号圆孔5、高精度电容位移传感器6、上圆形铁片7、光纤探头8、下圆形铁片9、II号圆孔10、光纤探头固定装置11、压盖12、聚光镜13、LED组合光源14、堵头16、手柄18、样品垫圈19、凸块33。其余同实施例I。实施例3、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中组合探头本体20包括紧固螺钉I、挡板2、弹簧4、I号圆孔5、高精度电容位移传感器6、上圆形铁片7、光纤探头8、下圆形铁片9、II号圆孔10、光纤探头固定装置11、压盖12、聚光镜13、LED组合光源14、堵头16、手柄18、样品垫圈19、凸块33 ;压盖12、样品垫圈19、手柄18通过紧固螺钉I依次相连，弹簧4分别与上圆形铁片7和光纤探头固定装置11相连，上圆形铁片7和下圆形铁片9上分别设有I号圆孔5，高精度位移电容传感器6分别位于上圆形铁片7与下圆形铁片9之内，光纤探头8位于上圆形铁片7和下圆形铁片9之间，挡板2设于组合探头本体20内并与手柄18相连，光纤探头固定装置11的直管上设有两个凸块33，II号圆孔10位于光纤探头8和光纤探头固定装置11之间，压盖12、聚光镜13、LED组合光源14分别依次相连，堵头16与手柄18连接。其余同实施例I或2。 实施例4、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中组合探头本体20里面钻有四个孔，四个孔沿组合探头的圆周方向成90°间隔均布，每个孔的轴线与组合探头的轴线成10°夹角，四盏LED光源分别固定在四个孔内，并且每盏LED光源上面接有一根电源线。其余同实施例I或3。实施例5、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中光纤探头固定装置11上面焊有上圆形铁片7和下圆形铁片9，上圆形铁片7和圆形铁片9上固定有三个高精度位移电容传感器6，三个高精度位移电容传感器6沿组合探头本体20的圆周方向成120°间隔均布，三个高精度位移电容传感器6上分别接有一根高精度电容位移传感器数据线3。其余同实施例I或3。实施例6、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中高精度位移电容传感器6粘贴在上圆形铁片7上，高精度位移电容传感器6粘贴在下圆形铁片9上；下圆形铁片9与组合探头本体20之间设有弹簧4，弹簧4处于一定的压缩状态，光纤探头固定装置11的直管上面设有两个突起的凸块33，凸块33插入组合探头本体20的槽内，凸块33可以自槽内自由滑动；光纤探头8固定于光纤探头固定装置11的直管内，并通过光纤17与主机箱22相连；堵头16紧贴手柄18内壁，两者之间属于过盈配合。其余同实施例I或3。实施例7、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中=LED组合光源14包括620nm、850nm、880nm和940nm四种LED光源组成，沿组合探头本体20的圆周方向成90°间隔均布，每盏LED光源的轴线与手持式探头的轴线成10°夹角。其余同实施例I或3。实施例8、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中数据线和光纤组合探头32与主机箱22通过电源线31相连，触摸屏21设在主机箱22之上，散热孔28、圆孔29、装置开关30与主机箱22相连，主机箱22内设有主板23、光纤光谱仪24、风扇25、锂电池26和电压、电流反馈调节装置27。其余同实施例I。实施例9、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中触摸屏21、光纤光谱仪24、锂电池26均与主板23相连，风扇25通过电源线31与电压、电流反馈调节装置27、锂电池26相连。其余同实施例I或8。实施例10、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中光纤光谱仪24通过USB线连接到主板23上，主板23通过COM 口和RS232线与触摸屏21进行通讯，主板23通过USB线给触摸屏21供电，主板23通过数据线将数据写入/读出主板23中的数据存储器中，该装置中弹簧4处于一定的压缩状态。其余同实施例I或8。实施例11、一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成。其中本装置的软件系统存于主板23中，将高精度电容位移传感器6传输过来的电信号进行处理，可进行参数的设置、光谱的采集、读、存、数据的处理、显示。其余同实施例I或8。 工作原理
一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，共由三部分组成信号采集部分、信号传输部分、主机部分。其中信号采集部分即组合探头本体20，主要作用是采集水果糖度的光信号信息，和水果硬度的电信号信息；信号传输部分主要作用是将信号采集部分采集到的光信号信息和电信号信息传送到主机部分；主机部分的主要作用是进行光谱数据的读、存，参数的设置，数据的处理与显示，并为LED光源和高精度电容位移传感器6提供电源。开启装置开关30，打开系统软件，将LED组合光源14预热30分钟，手握数据线和光纤组合探头32，使上圆形铁片7和下圆形铁片9与被测水果W紧密接触，并压缩弹簧4，直到光纤探头固定装置11上凸块33与挡板2接触，此时弹簧4相对于起始位置发生的形变量为d。因为每次测量弹簧4的形变量是相同的，所以每次测量作用在水果上的力是相同的。在作用在水果上的力相同的情况下，硬度不同的水果产生的形变量是不同的，从而使得高精度位移电容传感器6产生的形变量也是不同的。硬度较大的水果使得高精度位移电容传感器6产生较大的形变，硬度较小的水果使得高精度位移电容传感器6产生较小的形变。高精度位移电容传感器6将与水果形变相关的电信号，送到高精度位移电容传感器6附带的放大、滤波、整形、A\D转换电路进行处理，并得到频率信号，而后将处理后得到的频率信号送入主板23中软件中，计算出水果的硬度。当光纤固定装置11上的挡板被挡板2挡住后，按住水果不放，同时点击操作软件上采集光谱命令，然后四盏LED光源轮流对水果进行照射，光纤探头8将水果的透射光进行收集，并通过光纤17将透射光传输到光谱仪24，光谱仪24通过精度电容位移传感器数据线3将光谱数据传送到主板23中的软件系统进行数据的处理。软件系统通过程序提取有效波长下的光谱信息，并输入到糖度模型中，计算出水果的糖度值。最后，将水果的糖度值和硬度值同时显示在触摸屏21上。
权利要求
1.一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成；其特征在于信号采集部分包括组合探头本体(20)，信号传输部分包括高精度电容位移传感器数据线(3)、电源线(15)、光纤(17);主机部分包括触摸屏(21)、主机箱(22)、主板(23)、光纤光谱仪(24)、风扇(25)、锂电池(26)、电压、电流反馈调节装置(27)、散热孔(28)、圆孔(29)、开关(30)。
2.一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，由信号采集部分、信号传输部分、主机部分组成；其特征在于信号采集部分包括组合探头本体(20)，信号传输部分包括高精度电容位移传感器数据线(3)、电源线(15)、光纤(17);主机部分包括触摸屏(21)、主机箱(22)、主板(23)、光纤光谱仪(24)、风扇(25)、锂电池(26)、电压、电流反馈调节装置(27)、散热孔(28)、圆孔(29)、开关(30);组合探头本体(20)包括紧固螺钉(I)、挡板(2)、弹簧(4)、I号圆孔(5)、高精度电容位移传感器(6)、上圆形铁片(7)、光纤探头(8)、下圆形铁片(9)、II号圆孔(10)、光纤探头固定装置(11)、压盖(12)、聚光镜(13)、LED组合光源(14)、堵头(16)、手柄(18)、样品垫圈(19)、凸块(33);压盖(12)、样品垫圈(19)、手柄(18)通过紧固螺钉(I)依次相连，弹簧(4)分别与上圆形铁片(7)和光纤探头固定装置(11)相连，上圆形铁片(7)和下圆形铁片(9)上分别设有I号圆孔(5)，高精度位移电容传感器(6)分别设置于上圆形铁片(7)和下圆形铁片(9)上，光纤探头(8)位于上圆形铁片(7)和下圆形铁片(9)之间，挡板(2)设于组合探头本体(20)内并与手柄(18)相连，光纤探头固定装置(11)上设有凸块(33)，II号圆孔(10)位于光纤探头(8)和光纤探头固定装置(11)之间，压盖(12)与聚光镜(13)连接、聚光镜(13)与LED组合光源(14)相连接，堵头(16)与手柄(18)连接。
3.根据权利要求2所述的一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，其特征在于光纤探头固定装置(11)上面焊有上圆形铁片(7)和下圆形铁片(9)，上圆形铁片(7)和下圆形铁片(9)上固定有三个高精度位移电容传感器(6)，三个高精度位移电容传感器(6)沿组合探头本体(20)的圆周方向成120°间隔均布，三个高精度位移电容传感器(6)上分别与高精度电容位移传感器数据线(3 )连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，其特征在于高精度位移电容传感器(6 )粘贴在上圆形铁片(7 )上，高精度位移电容传感器(6)粘贴在下圆形铁片(9);下圆形铁片(9)与组合探头本体(20)之间设有弹簧(4)，凸块(33)插入组合探头本体(20)的槽内，凸块(33)可以自槽内自由滑动；光纤探头(8)固定于光纤探头固定装置(11)的直管内并通过光纤(17)与主机箱(22 )相连；堵头(16 )紧贴手柄(18)内壁。
5.根据权利要求2所述的一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，其特征在于光纤组合探头(32)通过电源线(31)与主机箱(22)相连，触摸屏(21)设在主机箱(22)之上，散热孔(28)、圆孔(29)、装置开关(30)均设置在主机箱(22)的侧面，主机箱(22)内设有主板(23)、光纤光谱仪(24)、风扇(25)、锂电池(26)和电压、电流反馈调节装置(27)均设置在主机箱(22)内。
6.根据权利要求5所述的一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置，其特征在于触摸屏(21)、光纤光谱仪(24)、锂电池(26)均与主板(23)相连，风扇(25)通过电源线(31)依次与电压、电流反馈调节装置(27)、锂电池(26)连接。
全文摘要
本发明公开了一种同时检测水果糖度和硬度的便携式品质检测装置。本发明装置包括信号采集部分、信号传输部分、主机部分。普通的检测装置，检测时间长、检测成本高、检测精度低、不便于携带。本发明将许多元器件集成在一起，结构紧凑，便于随身携带；主机箱内加装风扇，散热好，可使装置长时间使用；加装弹簧，增强了水果与光纤探头之间的密封性，提高了检测精度；可满足了水果生长过程监测、成熟期预测和水果糖度、硬度分级的需求，将装置触摸屏改为触摸屏，操作更简便，检测速度更快，适用于水果内部品质糖度和硬度的现场快速无损检测。本发明具有结构紧凑、体积小和操作简单等优点，能同时实现水果糖度和硬度两种指标的快速无损检测。
文档编号G01N3/40GK102890057SQ20121040769
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者刘燕德, 欧阳爱国, 周延睿 申请人:华东交通大学