用于检测受试物体的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于检测食品、陶瓷、复合材料等材料中的成分或缺陷的方法和装置。

背景技术：

1、用于研究受试物体内部结构的传感装置是众所周知的，并且具有许多不同的应用。一个特别的应用是检测供人类食用的加工肉类中是否存在骨或软骨。这类肉制品必须不含可能危及最终消费者的颗粒物，并符合各种法律法规。由于人类食用的肉类是以工业规模和高速加工的，因此需要能够有效且快速地检测骨或软骨颗粒存在的传感装置。

2、x射线成像系统已被用于研究一系列物体的内部结构和特性，包括食品和人体。特别的，x射线成像系统过去曾被用于检测供人类食用的加工肉类中是否存在骨或软骨颗粒。然而，这种方法仅在检测有特定密度的材料时有效。牛肉或猪肉等生食品的检测不是问题，因为供体动物的骨或软骨已经足够发达，达到了可被x射线成像系统检测到的密度水平。然而，当涉及到鸡肉或其他家禽等肉类时，x射线成像系统不是有效的，因为供体动物的骨和软骨通常十分发育不全，因此密度不足以形成容易被检测到颗粒。

3、x射线成像系统还有其他问题，包括它们对操作人员有潜在危险、体积大、价格昂贵。

4、us2009/0279773(gan等)提出使用电磁辐射束而不是电离辐射束来研究受试物体的内部结构。特别地，在一个版本中，使用近红外(nir)激光器。nir的源光束通过受试物体传输到检测器，检测器检测到达它的光束的部分，并相应地产生检测器信号。控制器然后产生差值，该差值对应于检测器信号的振幅和参考信号的振幅之间的差，该参考信号与源光束的驱动信号相同。差值可以以任何适当的方式用于检测特定材料的存在。gan还公开了使用以线性或平面配置的nir检测器阵列，从而可以在多个空间上分离的位置同时检测受试物体。理论上，如果检测器信号被数字化，则这种结构可以生成受试物体的图像，并且成像功能被配置为在包括具有基于差值生成的视觉特征的像素的显示屏上呈现视觉图像。

5、然而，已经发现，当试图研究鸡肉等物质的内部结构时，这实际上是不可能的，因为近红外源光束在穿过材料时散射太多，并将干扰发送到相邻的检测器。特别地，nir源激光束穿过正在加工供人类食用的一块普通鸡肉，散射在直径约40mm或更大的区域上。因此，nir源光束的线性阵列必须彼此相距至少40mm，以避免干扰，而因为相距太远，无法收集足够的数据。为了收集足够的数据以生成受试物体内部结构可读的图像，需要以大约2.5mm的间隔将源nir光束的阵列传输通过。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述一些问题。这是根据本发明通过权利要求1的方法和权利要求7的装置实现的，其适用于实施权利要求1所述的方法。

2、根据权利要求1所述的用于检测受试物体的方法包括：

3、为电磁辐射束提供多个束轨迹，所述多个束轨迹被布置成分散配置，所述分散配置可分解为束轨迹组的分区，所述束轨迹组中的每个包括至少一个束轨迹，包括多个束轨迹的束轨迹组中的所述束轨迹之间的距离不小于预定值，所述预定值大于所述多个束轨迹中的所述束轨迹之间距离的至少一个；以及依次激活所述束轨迹组中的每一个，以使所述电磁辐射束沿着所述束轨迹组的所述束轨迹传输，同时将所述受试物体定位在所述多个束轨迹中，并感测传输穿过所述受试物体或从所述受试物体反射的每个电磁辐射束中的电磁辐射。

4、根据权利要求7所述的用于检测受试物体的装置，包括：

5、用于沿着多个束轨迹传输多个电磁辐射束的传输装置，所述多个束轨迹被布置成分散配置，所述分散配置可分解为束轨迹组的分区，所述束轨迹组中的每个包括至少一个束轨迹，包括多个束轨迹的束轨迹组中的所述束轨迹之间的距离不小于预定值，该预定值大于所述多个束轨迹中的所述束轨迹之间距离的至少一个；

6、用于将所述受试物体定位在所述多个束轨迹中的定位装置；和

7、用于感测传输穿过所述受试物体或从所述受试物体反射的每个电磁辐射束中的电磁辐射的传感装置。

8、因此，根据本发明，传感装置可以包括对应于多个束轨迹的多个传感单元，并且包括用于将电磁辐射束沿着所述束轨迹中的每一个传输到受试物体上的能量源、用于接收传输穿过所述受试物体或从所述受试物体反射的所述电磁辐射束的一部分的检测器、以及控制器；其中所述传感单元被布置成分散配置，所述分散配置可分解为束轨迹组的分区，所述束轨迹组中的每一个包括至少一个束轨迹，包括多个束轨迹的束轨迹组中的所述束轨迹之间的距离不小于预定值，所述预定值大于所述多个束轨迹中所述束轨迹之间的距离的至少一个；具体地，所述传感单元包括第一组和第二组，并且所述控制器向所述第一组发送第一激活信号以在第一时间激活，并向所述第二组发送第二激活信号以在不同的第二时间激活，并且所述第一组传感单元的每个束轨迹与所述第一群组传感单元中的每个其他束轨迹的间隔大于其与所述第二群组传感单元中最近的束轨迹的距离。根据本发明，同一组内的束轨迹之间的距离特别大于多个束轨迹之间的最小距离，优选地大于第二最小距离。所述电磁辐射束在自由传播时基本上保持集中在它们各自的轨迹周围。

9、因此，在最简单的形式中，本发明是一种传感装置，其中第一组传感单元和第二组传感单元的传感单元是散布的，然后在相互不同的时间被使用。这允许在没有来自第二组的干扰时激活第一组的传感单元，反之亦然。

10、应当理解，传感单元可以以各种二维或三维配置来布置，视任何特定的应用而定。例如，能量源可以是单个能量源，例如，其可以通过透镜或棱镜将不同方向的电磁辐射束传输到以二维或三维分散配置布置在单个能量源周围的检测器。此外，传感装置可以被配置为反射布置，其中检测器被布置为检测受试物体(或被设置在其后面的反射元件)反射的电磁辐射束，检测器被提供在受试物体与能量源相同的一侧上。

11、然而，在优选的构造中，每个传感单元可包括单独的能量源，该能量源具有沿着相应的束轨迹的束传输方向，并且传感单元可布置成分散配置，束传输方向彼此平行，至少被提供用于使所述受试物体在所述多个束轨迹上移动期间通过的空间区域中。因此，传感装置可以被布置为感测在平行电磁辐射束的路径中的三维受试物体的内部结构，每个传感单元感测位于其能量源和检测器之间的材料的性质。传感单元共同感测位于所有平行能量源和检测器之间的材料区域的性质。

12、传感单元可以被布置为任何分散配置，其中第一组传感单元的每个束轨迹与第一组传感单元的每个其他束轨迹的间隔大于其与第二组传感单元的最近束轨迹的距离。在这种已知的传感装置中，传感单元被布置成一行。如果使用这种配置，则第一组传感单元的传感单元将简单地与第二组传感单元的传感单元交替，以实现本发明。其他线性布置也是可能的，例如十字形，或正方形、圆形或其他形状轮廓，其中第一组传感单元和第二组传感单元的检测器可以沿着线或轮廓彼此交替。本发明还可以包括任何更复杂的形状或配置、或者其中传感单元之间的间隔变化随机分散，但是其中第一组传感单元的每个传感单元与第一组传感单元的每个其他传感单元间隔的距离仍然大于其与第二组传感单元的最近传感单元间的距离。

13、如上所述，nir源光束在穿过材料时会散射，并且在某些情况下，这种散射可能足够小，使得仅使用第一组和第二组传感单元即可实现本发明。然而，本发明在检测供人类食用的加工肉类的内部结构方面有着特殊的应用，并且在该应用中可能需要更多数量的传感单元组，因为受试物体的规模太小，仅两组传感单元是不足以有效。

14、因此，传感单元可以进一步包括第三组和第四组，其中第一、第二、第三和第四传感单元组中每一个的每个检测器与其所在传感单元组中的每个其它单元间隔开的距离可以大于其与每个其它传感单元组中的最近单元的间隔距离。控制器可以向第三组传感单元发送第三激活信号，并向第四组传感单元发送第四激活信号；所述第一、第二、第三和第四激活信号被配置为在彼此不同的时间激活所述第一组、第二组、第三组和第四组传感单元。更一般地，组和相关联的激活信号的数量不限于四个或更少。可以有多于四个，特别是任何大于四个的偶数，直到由所述多个束轨迹的束轨迹总数的理论极限。

15、因此，在这种形式中，本发明是一种传感装置，其中第一、第二、第三和第四组感测单元的单元是散布的，然后在四元激活序列中在彼此不同的时间使用。这允许在没有来自任何其他组干扰的时候激活每个组的传感单元。这允许感测单元更紧凑的阵列，特别是一个足够紧凑的阵列以产生足够的检测器信号，从而允许创建可行的视觉图像。

16、第一组、第二组、第三组和第四组的传感单元可以任何分散的配置来布置，其中传感单元的第一组、第二组、第三组和第四组中的每个单元与其所在组中的另一个单元间隔开的距离大于其与每个其它组传感单元中的最近单元的间隔距离。如上所述，在这种已知的传感装置中，传感单元被布置成一行，并且如果是这样，则第一、第二、第三和第四组传感单元的单元可以按该重复顺序配置，以便实现本发明。

17、然而，传输到鸡肉中的近红外激光散射的区域约为40mm。这意味着，如果第一组、第二组、第三组和第四组的传感单元排列成一行，则传感单元必须在该行中间隔至少10mm，以确保避免同一组传感单元之间的干扰。这将使得传感装置的空间分辨率对于该应用来说太低。克服这个问题的一种方法是具有更多的传感单元组，从而增加每组传感单元之间的距离，但这意味着所有传感单元需要更长的时间才能激活，这本身就产生了问题。

18、除上述之外，传感单元彼此越接近，可以在受试物体内部结构上收集的数据的质量就越好，特别是可以生成的视觉图像就越好。实现更近距离感测的一种方法是利用受试物体以恒定速度经过传感装置的事实，因此可以在其经过时的不同时刻被感测到。

19、因此，传感单元可以被布置在包括行和列的阵列中，并且在从阵列的顶行到底行的方向上，每一行可以从前一行横向偏移的距离等于每一行中的传感单元之间的距离除以行数。通过这种配置，传统的单行感测单元被重新布置成二维阵列，该二维阵列在受试物体的行进方向上分散。在一个特定的实施例中，行横向于行进方向延伸。行的数量可以是两个或更多，特别是三个或更多。每行中的传感单元的数量可以是两个或更多，特别是三个或更多。

20、由于每行之间的横向偏移，每列都包括一组以俯仰角(pitch angle)布置的传感单元，因此每个传感单元与下一个仅相距短的横向距离。因此，如果受试物体以作为行之间距离的因素的速度经过传感装置，则从每列中的每个传感单元收集的数据可以被收集回到表示受试物体的一个平面的单条线中，其中传感单元之间的间隙很小。

21、在特定实施例中，阵列的第一组交替列的每一个可以包括第一组和第二组的交替感传感单元，并且阵列的第二组交替列的每一个可以包括第三组和第四组的交替传感单元。这就产生了一个由四个传感单元的正方形配置组成的阵列，这些传感单元在顺时针方向上包括第一、第三、第四和第二组的传感单元。在这种配置中，一个组的传感单元2的最近传感单元属于其他组，而其自己组的最近传感单元总是沿着每行或每列相隔两个距离。

22、应当理解，该阵列可以包括任何数量的传感单元。在一个特定的实施例中，总数可以被四整除。然而，优选地，该阵列可以包括布置成八行八列的六十四个传感单元。

23、利用这种配置，可以在仅16cm宽的阵列中具有六十四个传感单元。为了实现这一点，每行中的传感单元可以间隔开大致20mm的距离，并且行也可以间隔开大致20mm的距离。行之间的横向偏移(列的间距)可以是2.5mm。因此，受试物体的平面最初由阵列的顶行进行20mm间隔的感测，然后移动到下一行，由下一行进行类似的20mm间隔的感测，但宽度为2.5mm。这一过程一直持续到所有八行，直到获得一条间隔为2.5mm的完整感测线。这足以收集足够的数据以形成可读的图像。

24、如下所述，第一组、第二组、第三组和第四组传感单元的四元激活序列可以在1ms内发生。如果是这样，则可以设置受试物体经过传感装置的速度，使得受试物体垂直于行进方向的平面将在1ms内从第一行行进20mm到第二行。然而，这是一个高速度，因此可以设置速度，使受试物体的平面在多于1ms的时间内从第一行到第二行移动20mm，例如在4ms，即每秒5米，或在8ms，即每秒2.5米。可以选择行之间距离的整数倍的任何速度，所需要的只是将从每列中的每个传感单元收集的数据收集回代表受试物体的一个平面的单条线，并将该速度考虑在内。例如，如果速度是每秒2.5米，那么第二行的第八次检测、第三行的第十六次检测、以及第四行的第二十四次检测等等，都需要与第一行的第一次检测对准，以形成受试物体的单个平面。

25、然而，还有一个更复杂的因素，那就是传感单元以四元序列激活，从而由于四元相位之间存在的相位时间延迟而导致空间偏移。然而，这种空间偏移很小。一旦将该小偏移与像素平均值组合多次，例如每1ms创建一次数据，则该小偏移是可忽略的误差。

26、除了上述，每一行中的传感单元可以间隔开任何其他合适的距离，并且行也可以间隔开任何其他合适距离，这取决于传感装置整体的尺寸和要感测的受试物体的尺寸，这可能与鸡肉非常不同。同样，每一行可以根据需要从前一行横向偏移任何相应的距离。

27、能量源的波长可以是电磁波谱上的任何能够与受试物体相互作用的波长，从而使可检测的剩余部分穿过受试物体。能量源本身可以是任何能够发射这种电磁辐射的物品，包括led或其他形式的发射器。然而，优选地，能量源可以包括近红外激光器，用于传输激光束穿过所述受试物体。近红外是波长在700至2000nm范围内的电磁辐射。在这个波长范围内，大多数材料对电磁辐射是相对透明的，这意味着有足够的量穿过其中，从而能够对内部结构进行检测。

28、能量源可以通过各种方式被激活。例如，它们可以打开和关闭，或者可以是持续通电的能量源，通过打开和关闭的开关来激活。此外，能量源可以由驱动信号激活，该驱动信号使能量源的强度上下倾斜，和/或调节能量源的频率。

29、然而，优选地，控制器可以向每个传感单元发送脉冲波信号，该传感单元依次打开和关闭近红外激光器。脉冲波信号可以具有基本上1ms的脉冲持续时间和基本上0.25ms的峰值振幅持续时间。

30、此后，控制器可以同时向第一组、第二组、第三组和第四组的传感单元分别发送第一、第二、第三和第四脉冲波信号，每个脉冲波信号与下一个脉冲波信号之间的相位差为0.25ms。因此，第一组、第二组、第三组和第四组的传感单元以连续1ms的四元发射序列被激活。

31、如上所述，本发明旨在提供一种检测供人类食用的加工肉类的内部结构的方法，特别是检测鸡肉中骨或软骨颗粒的存在。由传感装置收集的数据可以以任何适当或有利的方式使用。例如，数据可以简单地由合适的计算机程序处理，该计算机程序可以根据检测器收集的原始数据来确定在特定的受试物体中是否存在骨或软骨颗粒。这可以通过将检测器发送的检测信号与参考信号进行比较来实现，参考信号与发送到能量源的激活信号相对应。由此可以容易地确定差异，并进行确定。如果是这样，则可以执行适当的自动动作，例如警报，或者激活机制以将该受试物体从生产线上移除。

32、然而，优选地，传感装置可以进一步包括成像装置，该成像装置包括成像功能和视觉显示屏。每个检测器可以向成像装置发送与在使用中检测到的电磁辐射相对应的检测信号。视觉显示屏可以包括多个像素，并且成像功能可以根据从传感单元接收的检测信号来建立每个像素的视觉特性。每个像素的视觉特征可以简单地从白色到黑色的等级。因此，从根本上讲，检测器检测到的电磁辐射量越大，成像功能使相应的像素越轻。因此，如果受试物体中存在任何骨骼或软骨颗粒，则这些颗粒将在视觉显示屏上作为暗物体可见。这种成像技术是已知的，并且有许多种增强和可调整的参数，例如滤波器和相位调整，以便操纵检测信号，从而可以创建可行的图像。由于这些特征是已知的，因此在此不再对其进行进一步的详细描述。

33、每个检测器可以向成像装置发送连续的实时检测信号，使得视觉显示屏呈现实时动画图像。这是由于连续四元发射序列的速度造成的。

34、由于四元激活序列中固有的上述相位问题和阵列的形状，由第一、第二、第三和第四组传感单元收集并发送到成像装置的数据将在物体经过传感单元阵列时与物体的不同区域有关。因此，成像装置可以包括相位补偿功能，以使从第一组、第二组、第三组和第四组传感单元的检测器发送的检测信号彼此同相，从而创建可读的图像。

35、在优选的构造中，传感装置可以包括可在其中设置能量源的上壳体、可在其中设置检测器的下壳体以及用于在上壳体和下壳体之间移动受试物体的传送带装置。这是传感行业中通常已知的配置，并且可应用于本发明，因为它提供了一种方法，通过该方法可以使连续的受试物体以恒定的速度移动经过传感装置。