[发明专利]用于水果内部品质无损检测的手持式近红外探头及探测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种水果内部品质无损坏的检测方式，特别是用于水果内部品 质无损检测的手持式近红外探头及探测方法。

背景技术：

水果作为人类生活重要的食品资源，其品质的优劣对提高人民生活水平具 有重要意义。随着人们生活质量的提高，消费者在购买水果时除了注重大小、 颜色、外观形状等外部品质之外，对于内部品质如口感、糖酸度、和维生素含 量等也是看重的指标。

随着光谱分析技术的发展在农业生产中的广泛应用，以光纤传感器为探头 的光纤光度分析仪器作为一种新型分析测试技术，以其可以屏蔽外界杂散光、 减少电磁干扰、充分聚集微区信号、高灵敏度等优点，正越来越广泛地应用在 农产品品质无损检测中。

目前有一种已经商业化的漫反射光纤探头，它是采用光纤束技术。多根光 纤用于传输来自光源的光，照射到待测物上，多根光纤用于接收漫反射光，并 传回光谱仪。该类探头由于采用光纤束，光能量衰减严重，传输距离不宜过长。 另外一种是环形冷光源光纤探头，在国外近红外仪器上得到广泛应用，如Foss 公司生产的Model 6500和KUBOTA公司生产的K-BA100R。该类探头光源内置，透 过环形沟槽发光，与样品发生作用的光是光源发射出的连续光，稳定性高，但 是其使用受环境温湿度限制且价格昂贵，限制了其推广应用。

此前曾有专利CN 2546846Y提出一种二维光纤传感探头，能实现反射体的 一个自转的自由度和一个唯一的自由度的二维探测。但是该发明应用于水果检 测时也仍有不足：照射到水果表面的是个很小的光斑，无法得到完整的水果成 分含量信息，直接导致仪器不稳定。

本发明将四个不同波长的LED光源与检测光纤集为一体，有效的解决了光 能量衰减问题，结构简单，降低成本。既考虑光源稳定性控制，又考虑使用中 采样的自动控制。采用DC/DC变换器控制光源的稳定性，采用单次脉冲发生器 控制光谱采样，通过温湿度传感器实时传输作业环境参数，实现数据处理中的 温湿度补偿，使其可广泛用于水果在线监测和现场采样。另外本发明通过语音 系统和无线传输系统来实现设备的人性化及易操作性，更加拓展了应用空间。

发明内容：

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供一种用于水果内部品质检测的手持 式近红外探头。

手持式近红外探头类似手电筒的结构，因此绝大多数部件都设置在类似手 电筒的壳体内，大多数部件的安装方式和安装的部位均类似手电筒的结构，但 四个LED光源8与光纤12之间的相对位置与夹角是提高检测效率的关键。

采用不同波段的LED光源，有利于收集更多的信息，提高最终检测效率。

为实现上述目的，本发明所采用技术方案如下：

本发明是将光源与检测光纤集为一体，利用波长分别为810nm、840nm、 880nm和940nm的LED组合光源作为LED光源，呈十字排列均匀围绕与检测光纤周 围。在检测光纤端部装有聚焦镜，使携带有水果内部品质信息的漫反射光线尽 可能多的被光纤传递。将凸台结构体由螺钉固定于探头端面，对应的检测光纤 和LED光源位置处转有通孔。在凸台结构与探头本体接触面上，遮光圈装配在 围绕检测光纤留有的沟槽内。这种凸台结构和遮光圈结构阻隔了光源和检测光 线间的直接光路，避免了水果表面的反射光和外部光线的干扰。

本发明探头光源和光纤的结构布置实现了光从四周不同的方向照射在水 果上，探头中心的检测光纤负责收集与样品作用产生的光，采集的光谱基本包 含了水果内部品质的全部信息，有力增强了仪器的稳定性。

本发明通过对比不同夹角放置时探头的实验效果(如表1)，确定四个光源 和探头中心线成8度的夹角放置，使LED光源更充分的照射在待测水果表面。

表一采用的技术参数如下：四个LED光源8采用波段为810nm、840nm、 880nm、940nm，四个LED光源8和聚焦镜9中心线成8度的夹角放置。

表一：四个光源和探头中心线成不同夹角时检测效果对比：

表二：四个LED光源8和聚焦镜9中心线成8度的夹角放置的效果：

注：r表示预测集相关系数和SEP表示预测标准差如下：

预测标准偏差(SEP)：预测集样品的近红外预测值与参考值的标准偏差。