基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统，包括信号源模块、载物台模块，以及依次连接的光电转换模块、前置放大电路模块、AD转换模块、微控制器模块；所述信号源模块用以向放置于载物台模块上的待测水果发射光信号；所述光电转换模块用以接收待测水果散射光信号，并将光信号转换为电信号；所述前置放大电路模块用以放大所述光电转换模块输出的电信号；所述AD转换模块用以将所述前置放大电路模块输出的模拟电信号转换为数字电信号；所述微控制器模块用以根据所述AD转换模块输出的数字电信号计算出待测水果表面蜡含量。本实用新型专利技术系统成本低、测量速度快，同时消耗样品数量少，是一种无损快速的测量系统。

Measurement system of wax content on the surface of high reflectivity fruit based on light scattering

The utility model provides a measuring system of wax content on the surface of high reflectivity fruit based on light scattering, which includes a signal source module, a stage module, a photoelectric conversion module, a pre amplification circuit module, an ad conversion module, and a microcontroller module successively connected; the signal source module is used to transmit light signals to the fruit to be tested placed on the stage module; the photoelectric The conversion module is used to receive the scattered light signal of the fruit to be tested and convert the light signal into an electrical signal; the pre amplification circuit module is used to amplify the electrical signal output by the photoelectric conversion module; the AD conversion module is used to convert the analog electrical signal output by the pre amplification circuit module into a digital electrical signal; the microcontroller module is used to output according to the AD conversion module The wax content on the surface of the fruit to be tested was calculated by the digital electric signal of. The utility model has the advantages of low cost, fast measurement speed and small sample consumption, which is a nondestructive and fast measurement system.

【技术实现步骤摘要】
基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统
本技术涉及水果表面蜡含量检测
，具体涉及一种基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统。
技术介绍
食用蜡一般是天然的动植物的分泌物(种类包括蜂蜡、木蜡混以蜂花粉、蜂蜜、蜂蜡线、奶油、红米粥、糖和水等组成)，其功效和质感类似于生活用的各种蜡品，但因其天然产物的特性，与其他化工产品的蜡又有本质上的不同。食用蜡分天然蜡和人工蜡两种。天然蜡如蔗糖蜡等，人工蜡则由是高脂肪醇和高脂肪酸合成的一种脂肪类化合物。其主要成分是碳水化合物、脂、有机酸等。食用蜡产自生物体，其主要成分是碳水化合物，脂，有机酸等。水果表面打蜡使水果表面光鲜亮丽，还能起到保鲜防虫作用。我国允许在水果表面做打蜡保鲜处理。食用蜡进入人体内，碳水化合物，脂类，有机酸都可以被人体消化吸收。但人工蜡进入人体，是不会被吸收的。一般情况下人一次摄入少量的食用蜡，对人体不会造成危害。食用过多会对人体排毒和分解器官如肝脏等造成负担过重，影响健康。为了保障食品安全及人类健康,加强水果表面蜡含量的检测，已成为目前食品安全研究的热门课题。目前，对于水果表面残留物质的研究，主要集中在气相色谱和液相色谱技术、皂化法和红外光谱法等技术。气相色谱法是以气体为流动相的色谱分析法。其用于表面物质残留量检测的检测仪器主要是电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)、氮磷检测器(NPD)。采用的色谱柱主要是填充柱和毛细管柱，由于毛细管柱具有高效的分离能力，因此相关检测实验大多采用毛细管柱。气相色谱法具有简单、快速、灵敏和准确的优越特点，在检测农产品表面物质残留的分析测试中得到了广泛的应用。但是，气相色谱仪仪器笨重，价格昂贵，操作要求比较高，专业性强，而且还需要对样品进行预处理，操作比较繁琐，这些都不利于检测实验的灵活应用和快速掌握。高效液相色谱法是以经典的液相色谱为基础的，以高压下的液体作为流动相的色谱分析法。高效液相色谱法虽然有高分离效能、高灵敏度等优点，但与气相色谱法一样，设备都比较大型、昂贵，成本较高，并且高效液相色谱法所需分析的时间长，对样品也需要进行前处理，而且处理过程往往比较复杂，不利于快速检测。皂化法就是利用人工蜡不能皂化,在沸水中也不能溶解的特点，来分析测量蜡含量。由于蜡无法皂化溶解于水中，因此溶液一般表现为浑浊。该方法测量方便、简捷，但无法应用于样品含量较少的蜡含量测定。红外光谱法是根据不同物质会有选择性的吸收红外光区的电磁辐射从而对化合物进行定量和定性分析的一种方法。用红外光照射物质时，分子吸收红外光会发生振动能级跃迁，不同的化学键或官能团吸收频率不同，每个分子只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱，打蜡的水果会出现红外光谱特征吸收峰，而未打蜡的水果则没有特征峰，基于吸收峰判断水果是否打蜡。红外光谱法测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、分析灵敏度较高，但在定量分析时误差较大。综上所述，目前采用的这些方法存在诸多不足，如，耗时较长，对操作者技能要求高，且在集成度、测量成本以及测量速度上都有一定的缺陷。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本技术提供一种基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统，用于水果表面蜡含量测量检测。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统，包括信号源模块、载物台模块，以及依次连接的光电转换模块、前置放大电路模块、AD转换模块、微控制器模块；所述信号源模块用以向放置于载物台模块上的待测水果发射光信号；所述光电转换模块用以接收待测水果散射光信号，并将光信号转换为电信号；所述前置放大电路模块用以放大所述光电转换模块输出的电信号；所述AD转换模块用以将所述前置放大电路模块输出的模拟电信号转换为数字电信号；所述微控制器模块存储有算法模型用以根据所述AD转换模块输出的数字电信号计算出待测水果表面蜡含量。进一步的，所述信号源模块、载物台模块之间，所述载物台模块、光电转换模块之间均设有耦合模块，分别用以将信号源模块发射的光耦合照射至放置于载物台模块的待测水果，用以将放置于载物台模块的待测水果的散射光耦合照射至光电转换模块。进一步的，所述耦合模块包括沿光传播方向依次排列的单透镜和显微镜筒，所述显微镜筒包括沿光传播方向依次排列的目镜单元和物镜单元。进一步的，所述载物台模块上设有屏蔽盒，能够屏蔽除信号源模块发射的光之外的杂射光；待测水果放置于所述屏蔽盒内；所述屏蔽盒的顶面设有两个通孔，分别用于通过所述信号源模块发射的光，以及通过待测水果散射光。进一步的，还包括显示模块，用以显示AD转换模块输出的电信号，以及微控制器模块计算出的待测水果表面蜡含量。进一步的，所述载物台模块上的待测水果与所述信号源模块之间的距离为待测水果散射光的光强最大时两者之间的距离。进一步的，所述载物台模块的高度可调节，用以控制待测水果与信号源模块之间的距离。基于上述系统的高反射率水果表面蜡含量的测量方法，包括如下步骤：步骤1：进行所述算法模型标定：配置表面蜡含量值已知的且互不相同的水果若干个，分别将其放入所述系统中，依次读出其散射光对应的电压数值并记录；将电压数据和表面蜡含量值数据进行拟合得到如下模型：y＝a0t+a1其中，t表示电压数值，y表示水果表面蜡含量值，a0，a1为系数，通过已经得到的定标数据可得这两个系数的值；步骤2：将待测水果放入所述系统中，保持测量条件不变，得到其表面蜡含量值。有益效果：1、本技术设计的基于光散射传光通路和光电传感器结合的探测器结构，具有高灵敏度；2、本技术通过设计最优测量光程和屏蔽盒消除外界环境的影响，保证了测量系统的稳定性；3、本技术系统成本低、测量速度快，同时消耗样品数量少，是一种无损快速的测量系统。附图说明图1基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统的系统原理图；图2基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统的光纤耦合方法示意图；图3基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统的光强变化规律示意图；图4基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统的屏蔽盒示意图；图5基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统的数据拟合曲线图；图中标号：101、信号源模块；102、第一耦合模块；103、第二耦合模块；104、可升降载物台模块；105、光电转换模块；106、前置放大电路模块；107、A/D转换模块；108、微控制器和显示模块；109、样品；201、透镜；202、显微镜筒；203、目镜；204、物镜；401、屏蔽盒。具体实施方式下面结合实施例对本技术做更进一步的解释。本技术的技术方案为基于光散射的水果表面蜡含量测量系统，其相应的测量系统组成如图1系统框图所示，具体包括下列模块：信号源模块101，用于系统的初始信号发射。该信号源发射的信号是本系统的关键，对其稳定性的要求很高。激光具有方向性好，亮度高，单色性好和相干性好等特点。因为激光具有以上的优点，满足本技术的要求，因此选择激光器作为系统的信号源。第一耦合模块102，用于将信号源模块101发射的初始信号耦合照射至样品109中。这里对耦合方法以及本技术使用的光纤耦合方法进行说明。耦合主要由两种方式：直接耦合和透镜耦合。直接耦合是直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统，其特征在于，包括信号源模块、载物台模块，以及依次连接的光电转换模块、前置放大电路模块、AD转换模块、微控制器模块；所述信号源模块用以向放置于载物台模块上的待测水果发射光信号；所述光电转换模块用以接收待测水果散射光信号，并将光信号转换为电信号；所述前置放大电路模块用以放大所述光电转换模块输出的电信号；所述AD转换模块用以将所述前置放大电路模块输出的模拟电信号转换为数字电信号；所述微控制器模块中存储有算法模型，用以根据所述AD转换模块输出的数字电信号计算出待测水果表面蜡含量。

【技术特征摘要】
1.基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统，其特征在于，包括信号源模块、载物台模块，以及依次连接的光电转换模块、前置放大电路模块、AD转换模块、微控制器模块；所述信号源模块用以向放置于载物台模块上的待测水果发射光信号；所述光电转换模块用以接收待测水果散射光信号，并将光信号转换为电信号；所述前置放大电路模块用以放大所述光电转换模块输出的电信号；所述AD转换模块用以将所述前置放大电路模块输出的模拟电信号转换为数字电信号；所述微控制器模块中存储有算法模型，用以根据所述AD转换模块输出的数字电信号计算出待测水果表面蜡含量。2.根据权利要求1所述的基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统，其特征在于，所述信号源模块、载物台模块之间，所述载物台模块、光电转换模块之间均设有耦合模块，分别用以将信号源模块发射的光耦合照射至放置于载物台模块的待测水果，用以将放置于载物台模块的待测水果的散射光耦合照射至光电转换模块。3.根据权利要求2所述的基于光散射的高反射率水果表面蜡含量的测量系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振鲁，何川，俞晓磊，赵志敏，季仁东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32