本实用新型属于果蔬内部品质检测领域，尤其是涉及了一种水果内部品质检测高度自适应及温度校正装置。
背景技术：
近年来，随着农业科技的发展和人民生活水平的提高，国内外水果品种越来越多，人们对水果的品质也有了更高的要求。为了提高水果的加工质量和出品等级，需要对水果进行严格的质量检测与分选。农业食品生产中对质量保证的日益增长的需求需要复杂的分析方法来进行在线质量控制。其中一种是可见光近红外光谱技术，具有运行成本低、不需要样品制备、无损、环保、快速等优点。
在实际检测中发现，同类水果的尺寸往往有一个较大范围，常用检测设备不能自动调节水果放置高度，不同大小水果检测时的位置高度不同，这会对检测结果造成一定影响。此外，由于在检测时使用的是光源是卤素灯，卤素灯发光的同时产生较高的热量导致检测样品温度改变，这在一定程度上也会对检测结果产生影响。
技术实现要素：
为了解决背景技术中的问题，本实用新型提供了一种水果内部品质检测高度自适应及温度校正装置，以解决现有检测设备无法根据水果大小自动调节水果高度，以及根据样品温度变化进行校正的问题，能够实现精确测量样品内部品质的效果。
本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型包括壳体、发光部、接收光部、固定环；壳体上表面设有液晶显示屏和输入按钮；壳体中间设有圆形阶梯槽，壳体上表面且位于圆形阶梯槽两侧设有发光部；阶梯槽的第一级阶梯槽槽内沿周向均布有四根空心圆柱ⅰ，每个空心圆柱ⅰ内均装有上端伸出空心圆柱ⅰ的弹簧，第一级阶梯槽槽中心安装有接收光部和温度传感器；接收光部正上方安装有支撑台，支撑台为中间用于放置球状水果的柱状环形台，支撑台沿外周面均布有四根与空心圆柱ⅰ位置对应的空心圆柱ⅱ，空心圆柱ⅱ嵌套于空心圆柱ⅰ上端，空心圆柱ⅰ内部的弹簧通过抵住空心圆柱ⅱ上端面向上支撑支撑台；阶梯槽的第二级阶梯槽槽内壁嵌装有固定环，固定环内壁等间隔分布有多块朝向固定环中心的弹性片，球状水果底部通过多块弹性片支撑。
所述弹性片采用在外力作用下易于弯曲的材料制备。
所述发光部内部置有发光的卤素灯，卤素灯从球状水果两侧进行光线照射；接收光部位于球状水果摆放位置的正下方，由接收探头和传输光纤组成，用于接收透射光；温度传感器用于采集球状水果的温度。
还包括位于壳体底部的电源输入单元、数据传输存储单元、光检测单元、计算控制单元、温度测量单元和显示输入单元；数据传输存储单元、光检测单元、计算控制单元、温度测量单元、显示输入单元、发光部、接收光部和温度传感器均与电源输入单元相连，电源输入单元为整个装置供电；光检测单元、温度测量单元、数据传输存储单元和显示输入单元均与计算控制单元相连；温度传感器将采集到的温度数据通过温度测量单元传输至计算控制单元；接收光部接收到的透射光经传输光纤传输至光检测单元，光检测单元对透射光进行分光检测并将获取的光谱信息传输至计算控制单元，计算控制单元根据光谱信息得到球状水果品质检测值；计算控制单元根据温度数据对品质测量值校正补偿后获得校正后的品质检测值，并将校正后的品质测量值输出至数据传输存储单元和显示输入单元，数据传输存储单元将数据进行存储，显示输入单元将数据显示于液晶显示屏上。
所述的球状水果的品质测量值具体为糖度值、酸度值等内部品质指标。
本实用新型提供了一种温度校正方案，减小了水果检测时因温度变化造成的误差，提高了检测的精度。
温度校正工作原理：
所述计算控制单元根据温度数据对品质测量值校正补偿后获得校正后的品质检测值的过程具体为：首先通过实验检测获取样品水果的温度数据和品质检测值，根据样品水果的温度和品质检测值建立样品水果的温度波动特性曲线，然后通过最小二乘法计算获得如下所示的近似曲线方程：
y0＝αt β
其中，y0为品质检测值，α为近似曲线方程的斜率，t为温度数据，β为常数；
将待检测的球状水果通过温度传感器获得的温度数据代入上述近似曲线方程得到品质检测值y0，设定25℃为标准温度，将品质检测值y0代入下式得到校正后的品质检测值y：
y＝y0-α(t-25)
其中，y为校正后的品质检测值。
所述样品水果与检测的球状水果为同类水果。
本实用新型提供了一种高度变化校正方案，利用弹簧自动修正水果的水平高度，减小两侧照射光光轴的偏差。当支撑台受到不同大小的球状水果的向下的压力作用时，由于弹簧的弹性支撑作用，使得置于支撑台上的不同大小的球状水果中心均靠近光轴线；所述光轴线为两个发光部的中心连接线。
高度校正工作原理：以苹果为例，不同苹果直径不同，其重量不同。不同重量对应的弹簧的压缩量不同，使体积不同的苹果其体心大约保持在同一高度，故水平侧光源照射点不会有过多偏移，可以改善检测性能。
根据《中华人民共和国国家标准鲜苹果》(gb/t10651-2008)，按果径(最大横切面直径)将苹果分为大型果和中小型果，大型果果径≥65mm(优等、一等果≥70mm，二等果≥65mm)，中小型果果径≥65mm(优等、一等果≥65mm，二等果≥55mm)。
本实用新型适用于大型果和多数中小型果。
苹果密度ρ＝0.95g/cm3，苹果体积
确定弹簧刚度：弹簧自由长度为35mm，65mm果径的苹果对应四个弹簧每个弹簧压缩量为5mm，由f＝-kx可知弹簧刚度k≈0.0669n/mm，f为弹簧所受压力，x为弹簧压缩量；弹簧压缩量会随着苹果重量增加而增加。根据计算得到的弹簧刚度选取弹簧。最终选择合适的弹簧确保不同尺寸的苹果其平衡位置在同一高度附近，使左右两侧入射光轴因水果尺寸的变化而产生的偏差最小化。
本实用新型的有益效果：
本实用新型针对大小不同水果的检测高度变化，给出了一种自动校正方法；针对检测时温度对测量值的影响做了校正补偿。
本实用新型减小水果检测时因高度变化和温度变化造成的误差，提高了检测的精度，可快速得到水果内部品质指标，且操作携带方便。
附图说明
图1为本实用新型功能模块框图
图2为本实用新型的俯视图和剖面图，(a)为俯视示意图，(b)为剖面示意图。
图3为光检测单元示意图。
图4为本实用新型整体结构示意图。
图5为本实用新型中壳体水果摆放位置结构示意图。
图6为本实用新型中水果支撑部位摆放位置结构示意图。
图7为本实用新型水果支撑部位的俯视图和等轴测视图，(a)为俯视图，(b)为等轴测视图。
图8为本实用新型内部结构示意图。
图9为本实用新型背部示意图。
图中：1、球状水果，2、光轴，10、壳体，20、发光部，30、接收光部，31、检测探头，32、传输光纤，33、入射孔，34、准直镜，35、光栅，36、聚焦镜，37、光电传感器，40、温度传感器，50、支撑台，51、空心圆柱ⅱ，60、固定环，70、开关按钮，80、数据传输接口，90、电源接口，101、电源输入单元，102、数据传输储存单元，103、光检测单元，104、计算控制单元，105、温度测量单元，106、显示输入单元，107、空心圆柱ⅰ，108、弹簧，109、液晶显示屏，110、输入按钮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
如图1所示为整个设备的工作模式展示，电源输入单元101给整个设备供电，光检测单元103对采集到的透射光进行分光检测，数据和温度测量单元105采集到的温度数据一起传入计算控制单元104，计算控制单元104分析校正后的数据再传输给数据传输存储单元102和显示输入单元106。
如图2所示，本实用新型包括壳体10、发光部20、接收光部30、固定环60；壳体10上表面设有液晶显示屏109和输入按钮110；壳体10中间设有圆形阶梯槽，壳体10上表面且位于圆形阶梯槽两侧设有发光部20。
如图5所示，阶梯槽的第一级阶梯槽槽内沿周向均布有四根空心圆柱ⅰ107，每个空心圆柱ⅰ内均装有上端伸出空心圆柱ⅰ的弹簧108，第一级阶梯槽槽中心安装有接收光部30和温度传感器40。
如图6和图7所示，接收光部30正上方安装有支撑台50，支撑台50为中间用于放置球状水果1的柱状环形台，支撑台50沿外周面均布有四根与空心圆柱ⅰ107位置对应的空心圆柱ⅱ51，空心圆柱ⅱ51嵌套于空心圆柱ⅰ107上端，空心圆柱ⅰ107内部的弹簧108通过抵住空心圆柱ⅱ51上端面向上支撑支撑台50。
如图4所示，阶梯槽的第二级阶梯槽槽内壁嵌装有固定环60，固定环60内等间隔分布有多块朝向固定环60中心的弹性片，球状水果1底部通过多块弹性片支撑。当球状水果1放入时，弹性片紧贴球状水果1保证其牢牢固定在支撑台50上。
如图3所示为本实用新型的光检测单元结构，包括入射孔33、准直镜34、光栅35、聚焦镜36和光电传感器37；整个光检测单元位于设备底部通过传输光纤32与接收光部30相连。透射光经入射孔33进入后通过准直镜34反射，反射光经光栅35分光后通过聚焦镜36聚光，最后将通过光电传感器37处理后获取的光谱信息传输至计算控制单元104。
如图8所示为便携式设备内部结构，还包括位于壳体10底部的电源输入单元101、数据传输存储单元102、光检测单元103、计算控制单元104、温度测量单元105和显示输入单元106；电源输入单元101为整个装置供电；光检测单元103、温度测量单元105、数据传输存储单元102和显示输入单元106均与计算控制单元104相连。
如图9所示为本实用新型的背部示意图，在背部下方分布着开关按钮70、数据传输接口80和电源接口90，开关按钮70用于控制整个设备的开启关闭；数据传输接口80与数据传输存储单元102接通后向外部传送数据；电源输入单元101通过电源接口90连接后对设备进行供电。
实施例：
将苹果置于支撑台50上方，通过弹性片紧贴苹果侧面保证其牢牢固定在支撑台50上，温度传感器采集苹果的温度数据，并将温度数据通过温度测量单元105传输至计算控制单元104；发光部20内的卤素灯从苹果两侧进行照射，透射光由接收光部30接收，接收光部30接收到的透射光经检测探头31和传输光纤32传输至光检测单元103，光检测单元103对透射光进行分光检测并将获取的光谱信息传输至计算控制单元104，计算控制单元104根据光谱信息得到球状水果1品质检测值；计算控制单元104根据温度数据对品质测量值校正补偿后获得校正后的品质检测值，并将校正后的品质测量值输出至数据传输存储单元102和显示输入单元106，数据传输存储单元102将数据进行存储，显示输入单元106将数据显示于液晶显示屏109上。
1.一种水果内部品质检测高度自适应及温度校正装置，其特征在于：包括壳体(10)、发光部(20)、接收光部(30)、固定环(60)；壳体(10)上表面设有液晶显示屏(109)和输入按钮(110)；壳体(10)中间设有圆形阶梯槽，壳体(10)上表面且位于圆形阶梯槽两侧设有发光部(20)；阶梯槽的第一级阶梯槽槽内沿周向均布有四根空心圆柱ⅰ(107)，每个空心圆柱ⅰ内均装有上端伸出空心圆柱ⅰ的弹簧(108)，第一级阶梯槽槽中心安装有接收光部(30)和温度传感器(40)；接收光部(30)正上方安装有支撑台(50)，支撑台(50)为中间用于放置球状水果(1)的柱状环形台，支撑台(50)沿外周面均布有四根与空心圆柱ⅰ(107)位置对应的空心圆柱ⅱ(51)，空心圆柱ⅱ(51)嵌套于空心圆柱ⅰ(107)上端，空心圆柱ⅰ(107)内部的弹簧(108)通过抵住空心圆柱ⅱ(51)上端面向上支撑支撑台(50)；阶梯槽的第二级阶梯槽槽内壁嵌装有固定环(60)，固定环(60)内壁等间隔分布有多块朝向固定环(60)中心的弹性片，球状水果(1)底部通过多块弹性片支撑。
2.根据权利要求1所述的一种水果内部品质检测高度自适应及温度校正装置，其特征在于：所述发光部(20)内部置有发光的卤素灯，卤素灯从球状水果(1)两侧进行光线照射；接收光部(30)位于球状水果(1)摆放位置的正下方，由接收探头(31)和传输光纤(32)组成，用于接收透射光；温度传感器(40)用于采集球状水果(1)的温度。
3.根据权利要求1所述的一种水果内部品质检测高度自适应及温度校正装置，其特征在于：还包括位于壳体(10)底部的电源输入单元(101)、数据传输存储单元(102)、光检测单元(103)、计算控制单元(104)、温度测量单元(105)和显示输入单元(106)；数据传输存储单元(102)、光检测单元(103)、计算控制单元(104)、温度测量单元(105)、显示输入单元(106)、发光部(20)、接收光部(30)和温度传感器(40)均与电源输入单元(101)相连，电源输入单元(101)为整个装置供电；光检测单元(103)、温度测量单元(105)、数据传输存储单元(102)和显示输入单元(106)均与计算控制单元(104)相连；温度传感器将采集到的温度数据通过温度测量单元(105)传输至计算控制单元(104)；接收光部(30)接收到的透射光经传输光纤(32)传输至光检测单元(103)。
4.根据权利要求1所述的一种水果内部品质检测高度自适应及温度校正装置，其特征在于：所述弹性片采用在外力作用下易于弯曲的材料制备。
技术总结