基于智能手机的水果无损测糖系统

1.本实用新型涉及水果无损测糖技术领域，具体涉及一种基于智能手机的水果无损测。


背景技术：

2.中国是世界水果第一大生产国，但出口量和出口产值较低，近年来，我国水果产量呈现增长趋势，且需求量剧增。传统的水果品质评定方法必须破坏水果，在水果品质分级中实际意义不大。近年来兴起的无损检测法，依据水果物理力学、光学、电学、生物学特性，在不破坏水果本身时测定了水果的相关理化指标，不需要化学试剂和烦琐的分析过程，方法简单、快捷，测试数据准确性高，有利于实现果品内部品质的在线分级控制，因此有广泛的应用前景。水果品质的无损检测法在国内外均有相当的研究，有的己得到商业应用。
3.在中国实用新型专利号为“cn201520415552.9”中，公开了一种脐橙糖度快速无损检测装置，解决现有的脐橙近红外光谱检测技术未考虑果皮对光谱的干扰以及水果大小重量的影响，检测精度较低的问题。其装置包括工作台、光源、近红外光谱仪，可以通过6点测量光谱信息，通过剥除单侧果皮方式消除果皮干扰，而且能测量脐橙的重量、尺寸信息，能校正和消除脐橙大小及果皮对脐橙糖度检测的影响，有效提高采用近红外光谱检测脐橙糖度的精度。
4.但是该实用新型专利，仅通过720nm、756nm、782nm、840nm、886nm、942nm这6个波长对水果近红外漫反射光进行分析，其他的一些特征波长将无法进行探测，从而影响测糖精度。同时，该实用新型专利运用线性回归算法进行模型建立，对于非线性相关的波长会导致测量不准确。并且，该实用新型专利通过剥除脐橙部分表皮来去除果皮对光谱的干扰，并不能做到真正意义上的“无损测糖”。


技术实现要素：

5.本实用新型为了解决现有技术存测糖精度较低，外界干扰影响较大的问题，提供一种基于智能手机的水果无损测糖系统。
6.基于智能手机的水果无损测糖系统，包括光学组件单元和电路集成单元；所述光学组件单元包括凸透镜、pmma光纤、视场光阑、闪耀光栅和光栅轴；所述电路集成单元包括卤素灯、线阵ccd扫描镜头、线阵ccd和pcb板；
7.所述pmma光纤与视场光阑和线阵ccd扫描镜头同轴，并将该轴作为光路结构的主光轴；
8.所述凸透镜与卤素灯同轴，并等距分布在主光轴两侧；所述卤素灯通过导线连接pcb板上的供电电路；
9.所述闪耀光栅法线与主光轴形成约57度夹角，并且闪耀光栅绕光栅轴在5度内旋转，并采用校准螺丝对闪耀光栅实现角度微调；
10.所述线阵ccd位于主光轴和闪耀光栅法线所确定的平面上，且线阵ccd的像元阵列
与主光轴平行，并通过导线与pcb板连接。
11.本实用新型的有益效果：本新型的系统可以有效的对水果漫反射光进行成谱分析，该系统的光谱分辨率可以达到0.58nm/pixel，因此可满足多波段光谱的高精度分析。采用现有的多种光谱处理算法可以最大化的还原光谱的特征，实现真正的无损测糖。多元非线性回归的模型训练方法可以更好的拟合光谱-糖度的相关模型。本系统基于智能手机，通过光路优化和模型简化，最大程度上的缩减了系统的大小，达到了高便携性的要求。
附图说明
12.图1为本实用新型所述的基于智能手机的水果无损测糖系统的结构示意图。
13.图2为本实用新型所述的基于智能手机的水果无损测糖系统的系统示意图。
具体实施方式
14.结合图1和图2说明本实施方式，基于智能手机的水果无损测糖系统，包括水果果杯1、凸透镜2、pmma光纤3、卤素灯4、视场光阑5、线阵ccd扫描镜头6、光栅轴7、闪耀光栅8、校准螺丝9、线阵ccd10和pcb板11；水果果杯1位于测糖系统的最前端，可以前后调整伸缩距离，以便适应各种不同尺寸的球形水果。
15.所述pmma光纤3与视场光阑5和线阵ccd扫描镜头6同轴，并确定光路结构的主光轴。同时，凸透镜2与卤素灯4同轴，并等距分布在主光轴两侧。卤素灯则通过导线连接pcb板11上的供电电路。闪耀光栅8法线与主光轴形成一定夹角(57度)，并且可以围绕光栅轴7旋转(在5度内旋转)，结合校准螺丝9的作用，闪耀光栅8可以完成角度微调。线阵ccd10则位于主光轴和闪耀光栅8法线所确定的平面上，且线阵ccd10像元阵列与主光轴平行。并通过导线和pcb板11连接。而pcb板则集成了主控芯片、wifi模块、串口芯片、闪存芯片、usb接口、3.7v锂聚合物电池以及供电充电电路。
16.本实施方式中，所述pmma光纤3直径为5mm。所述卤素灯4电压为12v、功率为20w。所述视场光阑5直径为0.5mm。所述闪耀光栅8为550nm闪耀波长，1200线闪耀光栅。所述线阵ccd10为日本东芝公司生产的tcd132d型号线阵ccd。所述主控芯片为stm32f103c8t6单片机、wifi模块为esp12-f、串口芯片为ch340n、闪存芯片为w25q64。
17.如图2所示，本实施方式中，由所述pmma光纤3、镜片组(线阵ccd扫描镜头6)、闪耀光栅8和线阵ccd10组成光谱仪。
18.假定现在要对图示水果进行测糖，首先开启卤素灯4，然后水果近红外漫反射光通过pmma光纤3进入光路系统，经过视场光阑5的遮挡、线阵ccd扫描镜头6的成像以及闪耀光栅8的分光，最终，在线阵ccd10处形成近红外漫反射光谱。这时，线阵ccd10探测到光谱数据，主控芯片stm32f103c8t6将其预存到闪存芯片w25q64中，并完成光谱的小波变换和傅里叶变换等降噪处理操作。然后光谱数据则通过串口芯片ch340n并借助esp12-f wifi模块传输到手机，
19.最后，用户即可在手机app中通过现有的方法如：多元散射校正和多元非线性回归完成数据的处理和糖度的计算。


技术特征：
1.基于智能手机的水果无损测糖系统，包括光学组件单元和电路集成单元；其特征是：所述光学组件单元包括凸透镜（2）、pmma光纤（3）、视场光阑（5）、闪耀光栅（8）和光栅轴（7）；所述电路集成单元包括卤素灯（4）、线阵ccd扫描镜头（6）、线阵ccd（10）和pcb板（11）；所述pmma光纤（3）与视场光阑（5）和线阵ccd扫描镜头（6）同轴，并将该轴作为光路结构的主光轴；所述凸透镜（2）与卤素灯（4）同轴，并等距分布在主光轴两侧；所述卤素灯（4）通过导线连接pcb板上的供电电路；所述闪耀光栅（8）法线与主光轴形成约57度夹角，并且闪耀光栅（8）绕光栅轴（7）在5度内旋转，并采用校准螺丝（9）对闪耀光栅（8）实现角度微调；所述线阵ccd（10）位于主光轴和闪耀光栅（8）法线所确定的平面上，且线阵ccd的像元阵列与主光轴平行，并通过导线与pcb板连接。2.根据权利要求1所述的基于智能手机的水果无损测糖系统，其特征在于：所述pcb板（11）集成有主控芯片、wifi模块、串口芯片、闪存芯片usb接口以及3.7v锂聚合物电池以及供电充电电路。3.根据权利要求1所述的一种基于智能手机的水果无损测糖系统，其特征在于：所述pmma光纤（3）直径为5mm。4.根据权利要求1所述的基于智能手机的水果无损测糖系统，其特征在于：所述卤素灯（4）电压为12v，功率为20w。5.根据权利要求1所述的基于智能手机的水果无损测糖系统，其特征在于：所述视场光阑（5）直径为0.5mm。6.根据权利要求1所述的基于智能手机的水果无损测糖系统，其特征在于：所述闪耀光栅（8）为550nm闪耀波长，1200线闪耀光栅。

技术总结
基于智能手机的水果无损测糖系统，涉及水果无损测糖技术领域，解决现有技术存测糖精度较低，外界干扰影响较大的问题，PMMA光纤与视场光阑和线阵CCD扫描镜头同轴，并将该轴作为光路结构的主光轴；凸透镜与卤素灯同轴，并等距分布在主光轴两侧；卤素灯通过导线连接PCB板上的供电电路；闪耀光栅法线与主光轴形成约57度夹角，并且闪耀光栅绕光栅轴在5度内旋转，并采用校准螺丝对闪耀光栅实现角度微调；线阵CCD位于主光轴和闪耀光栅法线所确定的平面上，且线阵CCD的像元阵列与主光轴平行，并通过导线与PCB板连接。本系统基于智能手机，通过光路优化和模型简化，最大程度上的缩减了系统的大小，达到了高便携性的要求。达到了高便携性的要求。达到了高便携性的要求。


技术研发人员：夏天宏 曹天兴 张少玲
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：2021.09.28
技术公布日：2022/5/10