本发明专利技术公开了一种稻谷水分含量快速无损检测装置及方法，包括检测探头、载样盒、主控板，所述检测探头内设有聚光杯、检测板、光源板、LED光源、宽带滤光片；光源板上LED光源发射特定波长的光照射检测区域内的稻谷样本，聚光杯聚集经过宽带滤波片的反射光，检测板对经过反射光进行接收、放大和滤波，将包含光谱信息的微弱光信号转化成易探测的电信号，主控板对光电信号进行采样，并结合稻谷水分含量预测模型进行计算处理，最后通过屏幕显示水分含量值。同时装置具有充电、按键控制、数据存储功能。本发明专利技术的设计可以利用光谱技术快速对稻谷水分进行无损检测，并且便于携带，适用于现场环境下稻谷水分含量检测。环境下稻谷水分含量检测。环境下稻谷水分含量检测。
【技术实现步骤摘要】
一种稻谷水分含量快速无损检测装置及方法
[0001]本专利技术涉及光电检测仪器领域，具体涉及一种稻谷水分含量快速无损检测装置及方法。
技术介绍
[0002]在稻谷的入库储藏过程中，稻谷品质受到其水分含量影响。水分含量偏高，稻谷生理活动增强，加速内部的营养物质消耗，导致稻谷营养价值降低，而且细菌在这种环境下更容易繁殖引发霉变。水分含量偏低，稻谷的有机结构会因细胞水分缺失遭受损害，使加工产出的大米的口感难以保证，从而导致稻谷加工的精米率降低。因此，检测稻谷水分含量对指导粮食存储具有重要意义。
[0003]目前谷物水分含量检测方法主要集中在烘干法和介电测量法，而光电检测方法因快速、无损、准确等优点广泛应用于谷物水分含量检测领域。由于在可见
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近红外光谱中有特征吸收峰与待测样本的水分含量相关，因此应用光电检测方法检测谷物水分含量具有可行性。虽然光电检测方法具有独特的检测优势，但光谱仪存在成本高体积大且需要结合上位机使用等局限性，致使光电检测技术应用在谷物水分含量检测的现场环境时面临成本高和便捷性不佳的挑战。
技术实现思路
[0004]为了解决现有技术中存在的不足，为了能够实现快速无损、操作简单的稻谷水分含量检测，本专利技术提出了能够在现场环境下的谷物水分检测装置及方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种稻谷水分含量快速无损检测装置，包括检测探头、载样盒、主控板，所述检测探头内设有聚光杯、检测板、光源板、LED光源、宽带滤光片；
[0007]检测板位于聚光杯的出射端，且在检测板上安装有光电传感器，光电传感器位于聚光杯出射端的中心位置；
[0008]光源板位于聚光杯的入射端，且光源板上设有通光孔，通光孔位于聚光杯入射端的中心位置，光源板上还设有LED光源；
[0009]光源板和宽带滤光片之间设置空腔，LED光源通过光导材料引入空腔内且朝向宽带滤光片的中心设置；
[0010]载样盒上设有标准反射白板、标准吸收黑板和载样腔；
[0011]主控板设置在检测探头上，主控板上设置有单片机、电源充放电模块、A/D采样模块、光照强度调节模块、FLASH存储模块、电源开关、按键和OLED显示屏；各单元之间电性连接。
[0012]进一步，检测板上还设有放大滤波模块，放大滤波模块用于信号连接主控板和光电传感器。
[0013]进一步，通光孔正对聚光杯的入射端，且光电传感器、聚光杯和通光孔处于同一中
心轴线上。
[0014]进一步，载样盒上设有标准反射白板和标准吸收黑板，用于检测探头的黑白校准。
[0015]进一步，电源充放电模块的充电端与外置的USB
‑
micro充电接口1电性连接，电源充放电模块的电源端与锂电池电性连接，电源充放电模块的负载端分别与光源板、检测板和主控板上的其他模块电性连接。
[0016]进一步，所述A/D采样模块信号连接检测板的放大滤波模块和单片机，FLASH存储模块信号连接单片机，OLED显示屏信号连接单片机，光照强度调节模块光照强度调节模块，按键提供指令控制，提供指令控制。
[0017]进一步，LED光源包括850nm参比光源、960nm检测光源和910nm检测光源，960nm检测光源和910nm检测光源分别位于LED光源850nm参比光源的两侧。
[0018]进一步，LED光源设置两组，两组在光源板上相对布置，两组LED光源在圆柱状空腔内壁对称环状分布。
[0019]一种稻谷水分含量快速无损检测方法，包括以下步骤：
[0020]步骤1，黑白校准：打开电源开关，将检测探头对准标准反射白板，960nm光源、910nm光源和850nm光源依次点亮，反射光信号通过宽带滤光片和聚光杯，最后被光电传感器接收，单片机记录白光谱值；同理记录黑光谱值；
[0021]步骤2，取样检测：将待测稻谷置入载样盒，使检测探头紧贴稻谷表面，记录样本光谱值；
[0022]步骤3，信号处理：将白光谱值、黑光谱值和样本光谱值进行处理，最终得到稻谷的水分含量值；
[0023]步骤4，重复检测：更换新的待测稻谷，重复步骤2和步骤3，得到新的稻谷水分含量值，完成稻谷水分含量的检测。
[0024]进一步，白光谱值表示为：W＝{W
960
,W
910
,W
850
}；
[0025]黑光谱值表示为：B＝{B
960
,B
910
,B
850
}
[0026]根据白光谱值、黑光谱值和样本光谱值计算三个波段下的样本反射率值，记录为数组R,表示为：
[0027][0028]其中，B
960
、B
910
、B
850
分别为在960nm波段、910nm波段、850nm波段下全吸收光谱的电压值；S
960
、S
910
、S
850
分别为在960nm波段、910nm波段、850nm波段下样本反射光谱的电压值；R
960
、R
910
、R
850
分别为在960nm波段、910nm波段、850nm波段下样本光谱的反射率值；
[0029]将和作为预测模型的输入，由预测模型计算输出稻谷水分含量。
[0030]本专利技术的有益效果：
[0031]1、本装置易携带，可实现现场快速检测，无需专业人员进行操作。
[0032]2、本装置采用两个检测波长和一个参比波长的光电检测方法，结合双端对称环状光源，降低稻谷间隙、温湿度和光照方向等因素干扰，在低成本条件下提高了装置的检测精度。
[0033]3、本装置相较于实验室光谱仪测量水分方法简化了检测流程，提高了检测效率。
附图说明
[0034]图1是本专利技术检测装置的结构透视图；
[0035]图2是本专利技术检测装置中探头的结构图；
[0036]图3是本专利技术检测装置中光源分布示意图；
[0037]图4是本专利技术检测装置中载样盒的结构图；
[0038]图5是本专利技术检测装置的外观；
[0039]图6是本专利技术检测装置中探头的原理框图；
[0040]图7是本专利技术检测装置的工作流程图；
[0041]图中，1、USB
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micro充电接口，2、白校准按键，3、黑校准按键，4、检测按键，5、切换按键，6、光电传感器，7、OLED显示屏，8、主控板，9、检测板，10、电源开关，11、聚光杯，12、通光孔，13、960nm光源，14、850nm参比光源，15、910nm光源，16、光源板，17、载样盒，18、宽带滤光片，19、检测探头，20、标准反射白板，21、标准吸收黑板。
具体实施方式
[0042]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种稻谷水分含量快速无损检测装置，其特征在于，包括检测探头(19)、载样盒(17)、主控板(8)，所述检测探头(19)内设有聚光杯(11)、检测板(9)、光源板(16)、LED光源、宽带滤光片(18)；检测板(9)位于聚光杯(11)的出射端，且在检测板(9)上安装有光电传感器(6)，光电传感器(6)位于聚光杯(11)出射端的中心位置；光源板(16)位于聚光杯(11)的入射端，且光源板(16)上设有通光孔(12)，通光孔(12)位于聚光杯(11)入射端的中心位置，光源板(16)上还设有LED光源；光源板(16)和宽带滤光片(18)之间设置空腔，LED光源通过光导材料引入空腔内且朝向宽带滤光片(18)的中心设置；载样盒(17)上设有标准反射白板(20)、标准吸收黑板(21)和载样腔；主控板(8)设置在检测探头(19)上，主控板(8)上设置有单片机、电源充放电模块、A/D采样模块、光照强度调节模块、FLASH存储模块、电源开关(10)、按键和OLED显示屏(7)；各单元之间电性连接。2.根据权利要求1所述的一种稻谷水分含量快速无损检测装置，其特征在于，检测板(9)上还设有放大滤波模块，放大滤波模块用于信号连接主控板(8)和光电传感器(6)。3.根据权利要求1所述的一种稻谷水分含量快速无损检测装置，其特征在于，通光孔(12)正对聚光杯(11)的入射端，且光电传感器(6)、聚光杯(11)和通光孔(12)处于同一中心轴线上。4.根据权利要求1所述的一种稻谷水分含量快速无损检测装置，其特征在于，载样盒(17)上设有标准反射白板(20)和标准吸收黑板(21)，用于检测探头(19)的黑白校准。5.根据权利要求1所述的一种稻谷水分含量快速无损检测装置，其特征在于，电源充放电模块的充电端与外置的USB
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micro充电接口1电性连接，电源充放电模块的电源端与锂电池电性连接，电源充放电模块的负载端分别与光源板(16)、检测板(9)和主控板(8)上的其他模块电性连接。6.根据权利要求1所述的一种稻谷水分含量快速无损检测装置，其特征在于，所述A/D采样模块信号连接检测板(9)的放大滤波模块和单片机，FLASH存储模块信号连接单片机，OLED显示屏(7)信号连接单片机，光照强度调节模块光照强度调节模块，按键提供指令控制，提供指令控制。7.根据权利要求7所述的一种稻谷水分含量快速无损检测装置，其特征在于，LED光源包括850nm参比光源(14)...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊，钟毓昊，邹迎奥，孙奕柠，柴秉桐，程介虹，周鑫，武小红，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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