基于近红外光谱技术的油菜籽品质无损检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了油菜籽品质的近红外光谱检测装置，该装置将样品室插入到积分球内部，充分利用积分球的结构特点，将入射光源、样品室和检测器集成在一个积分球外壳上，包括光谱信号采集装置、微处理器和结果显示装置；通过建立油菜籽的含水率、脂肪含量等品质指标与对应的光谱信号之间的关联模型，在快速检测阶段，检测器将接收到的光谱信号传入微处理器中，微处理器调用相应品质的模型参数进行计算，得到被检测油菜籽的含水率、脂肪含量等品质指标，以实现油菜籽品质的无损检测。本实用新型专利技术具有检测精度高、结果一致性好和自动化程度强等优点，既为初级农产品的收购过程提供了监测依据，又进一步为以品质为依据的农产品标准化分级创造了条件。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种农产品品质无损检测装置，特指基于近红外光谱技术的油菜籽品质快速无损检测装置。
技术介绍
农产品是人们的生活必需品，我国人口众多，是农产品生产和消费大国，农产品的安全和品质对我国社会的和谐稳定有着至关重要的意义。但是，目前我国农村的农产品生产和销售过程，仍以乡镇收购点和农产品加工企业各自收购为主，其特点是：收购点多、分散范围大、收购时间短和收购数量大。原料的定价比较随意，往往是收购方根据粗略的水分估计和外观、手感决定价格，缺乏公平性、合理性和公正性。因此，有必要对农产品品质进行量化，为农产品分级定价提供技术保障。当前，农产品品质检测仍然沿用人工感官评定方法和常规理化分析方法。常规理化分析具有较高的准确度和可靠性，但是，其属于破坏性检测，检测时间长，不适合农产品品质的快速检测。而人工检测通常是由训练有素、经验丰富的专家经过感官评定来完成，检测结果主观性强、一致性差。尤其对于保存期短、易变质的农产品而言，这些方法都难以满足正常的生产和流通需求。近红外光谱(Near-Infrared Ray Spectroscopy，NIRS)分析技术无需对样品进行化学处理，能直接测定完整样品，并可在1～2分钟的极短时间内对样品中的多种成分同时进行定量分析，具有成本低，速度快，精度高，无污染，便于实时、在线分析和控制等优点。应用近红外光谱分析技术进行快速无损伤检测已有较多的研究应用，如检测蜜桔中的糖度，水果的VC、花椒中的挥发油等。同时，也有一些企业和研究机构着手近红外光谱分析仪的研制和生产工作，各种近红外光谱仪器相继问世。然而，这些国产的近红外光谱仪器都是采用连续光谱的光源(卤钨灯)，通过各种分光装置将连续光谱分光后(即前分光)与待测物料发生相互作用或将与待测物料相互作用后的复合光再分光(即后分光)，多存在光路构成、控制电路等系统复杂，仪器的调试过程繁琐，造价高等缺陷，难以在面广量大的基层农产品收购、加工和流通环节得到推广。由于不同物料的不同品质成分对光谱中不同波段的光敏感程度不同，对于专用检测仪器来说，连续的光谱并不是必要的。现阶段应用离散光源的检测装置多需要加装滤光片，滤光片的种类和加装方式就限制了仪器的系列化和仪器结构的优化。积分球的主要功能是光收集器，被收集的光可以用作漫反射光源或被测源，它在测量各种光源(如：激光，LED和卤钨灯)的辐射量和颜色测量及荧光光谱学方面已经取得了广泛的应用。应用积分球对物料进行检测时，多采用样品室置于积分球外的检测方式，样品的均匀性对检测结果的影响极大，且对入射光与物料的作用面积和入射光强度的要求较高。
技术实现思路
鉴于现有技术的发展情况，本技术的目的就是要提供一种针对农产品(油菜-->籽)品质的近红外光谱分析检测装置。装置的特点是：将样品室插入到积分球内部，充分利用积分球的结构特点，将入射光源、样品室和检测器集成在一个积分球外壳上，采用对个单光源代替连续光源，省去分光系统，从而使仪器结构更加紧凑和小型化。检测分建模和快速检测两个阶段，建模阶段是一个一次性关联和局部调整的过程，而快速检测则是仪器的应用过程。在建模阶段，检测器将接收到的光谱信号传入微处理器中，微处理器通过USB接口与上位机相连，导出测得的数据到上位机的模型建立软件中，建立相关农产品(油菜籽)的含水率、脂肪含量等品质指标与对应的光谱信号之间的关联模型，上位机建模之后，将获得的模型参数下传到微处理器的相应存储区，为实现快速检测做准备。在快速检测阶段，检测器将接收到的光谱信号传入微处理器中，微处理器调用相应品质的模型参数进行计算，得到被检测农产品(油菜籽)的含水率、脂肪含量等品质指标，以实现相关农产品(油菜籽)品质的无损检测，同时通过结果显示装置显示品质指标值。本技术的油菜籽品质的近红外光谱快速检测的装置，包括光谱信号采集装置、微处理器和结果显示装置；其中：光谱信号采集装置，用于对积分球内的待测油菜籽进行光谱扫描，采集待测农产品漫反射近红外光谱信号并传输到微处理器中；微处理器，通过外围电路为各个光源提供驱动电流，控制积分球上多个单色光源的轮流点亮顺序和时间，同时将接收到的经过外部电路调理的漫反射光谱信号储存在存储区，存储并引用调入的模型参数，对光谱数据进行分析，计算出被检测农产品的品质指标值，通过USB接口完成与上位机之间的数据通信等；结果显示装置，用于将微处理器计算出来的品质指标值显示出来。上述所说的光谱信号采集装置，由光源系统、积分球外壳、样品室和检测器组成。其特征在于：取消了分光系统，光源系统由全波长光源变为多个单色光源，多个单色光源由一系列能发出特定波长的光学器件构成，从而有序发出不同波长的光，通过积分球壁反射均匀照射在样品上，检测器获得不同波长的吸光度，得到样品的吸收光谱。其中所述光源系统，针对不同的品质指标，选用不同的单波长半导体近红外光源，用于将光照射在一定量的待测农产品表面。为实现对多种组分的测量，对多个单波长半导体光源采取轮流点亮的方式，根据不同的品质检测需要和专用及通用仪器的要求，选用不同的光源组合方式、光源个数和轮流点亮顺序，点亮持续时间和间隔时间根据测量要求可以调整。所述积分球，用于集成光源、样品室和检测器，根据光源的发光功率和待测样品的相应指标含量的不同，选用不同规格的积分球。积分球内壁涂有对近红外光高反射率的金属涂层。积分球内表面使得漫反射光均匀一致，积分球结构便于集成多个入射光源和单个检测器。所述样品室，采用低羟基石英玻璃制作，由积分球外插入到积分球内部，实现样品的体吸收，根据样品的结构特点对应于不同直径的样品室规格和测量模型参数。所述的检测器是半导体检测器，用于接收均布于积分球内壁的农产品漫透射光谱信号，并把这些携带有样品信息的近红外光信号转变为电信号，通过A/D转换器转变为数字信号输入微处理器。检测器不间断地进行扫描，并将不同光源的扫描结果分别存储。所述的模型，即为近红外光谱信号值与农产品(油菜籽)品质指标的校正模型。先-->取不同水分和脂肪的油菜籽样品若干份(100份左右)，一部分作为校正集(50～80份)，另一部分作为预测集(20份左右)，其余部分作为待测样品，采用国标法测定所有样品的含水量和脂肪含量作为实测值；再用本技术的近红外检测仪采集校正集样品、预测集样品以及待测样品的漫反射光谱信息，用校正集的光谱数据与其含水量和脂肪含量实测值间的关系建立校正模型；将预测集的光谱数据带入到校正模型中进行预测，获取预测集的样品含水量和脂肪含量的预测结果并分析与其实测值的差异，选取预测精度达到要求的校正模型；最后将模型参数导入到微处理器中。所述的微处理器中装有近红外农产品品质检测程序和对应于不同样品的模型参数与品质指标计算程序，主要控制多光源的轮流点亮，采集光谱数据并计算出农产品品质指标值。基于上述装置的油菜籽品质的近红外光谱快速检测方法是，先取不同水分和脂肪的油菜籽样品若干份(100份左右)，一部分作为校正集(50～80份)，另一部分作为预测集(20份左右)，其余部分作为待测样品，采用国标法测定所有样品的含水量和脂肪含量作为实测值；再用技术的近红外检测仪采集校正集样品、预测集样品以及待测样品的漫反射光谱信息，用校正集的光谱数据与其含水量和脂肪含量实测值本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于近红外光谱技术的油菜籽品质无损检测装置，该装置包括积分球式光谱信号采集系统、控制面板与显示屏（５）、ＵＳＢ通信接口（６）和微处理器与外围电路（７），其中位于积分球式光谱信号采集系统右侧上部的控制面板与显示屏（５）作为仪器的操作界面；仪器外壳右侧的ＵＳＢ通信接口（６）用来实现微处理器（７）与上位机之间的数据通信，微处理器与外围电路（７）位于仪器外壳的底板上，通过外围电路为各个光源提供驱动电流，控制积分球上多个单色光源的轮流点亮顺序和时间，同时将接收到的经过外部电路调理的漫反射光谱信号储存在存储区，存储并引用调入的模型参数，对光谱数据进行分析，计算出被检测农产品的品质指标值，通过ＵＳＢ接口（６）完成与上位机之间的数据通信。

【技术特征摘要】
1.基于近红外光谱技术的油菜籽品质无损检测装置，该装置包括积分球式光谱信号采集系统、控制面板与显示屏(5)、USB通信接口(6)和微处理器与外围电路(7)，其中位于积分球式光谱信号采集系统右侧上部的控制面板与显示屏(5)作为仪器的操作界面；仪器外壳右侧的USB通信接口(6)用来实现微处理器(7)与上位机之间的数据通信，微处理器与外围电路(7)位于仪器外壳的底板上，通过外围电路为各个光源提供驱动电流，控制积分球上多个单色光源的轮流点亮顺序和时间，同时将接收到的经过外部电路调理的漫反射光谱信号储存在存储区，存储并引用调入的模型参数，对光谱数据进行分析，计算出被检测农产品的品质指标值，通过USB接...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋云亮，陈斌，陆道礼，詹敦平，林伟健，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]