本實(shí)用新型涉及果品光譜無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)光纖探頭。
背景技術(shù)：
獼猴桃具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，除含有鈣、鉀、硒、鋅、鍺等微量元素和人體所需17種氨基酸外，還含有豐富的維生素，被譽(yù)為“水果之王”。 我國(guó)獼猴桃種植面積世界第一。獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)包括糖度、酸度以及VC含量等。方便快捷地檢測(cè)獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)，對(duì)于獼猴桃生產(chǎn)、加工和流通環(huán)節(jié)中把握其質(zhì)量，保證果品品質(zhì)具有重要的意義。傳統(tǒng)檢測(cè)獼猴桃糖度的方法是取部分獼猴桃果肉榨汁將果汁滴入糖度計(jì)中測(cè)量，雖然該方法相對(duì)精確，但是存在有損傷、不利于消費(fèi)者挑選水果等缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)破壞式檢測(cè)相比，光譜檢測(cè)具有快速、無(wú)損、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。但是，獼猴桃表皮含有絨毛，容易擋住探測(cè)光纖探頭，使得獲取的光譜信息不穩(wěn)定；獼猴桃果肉分為外果肉和內(nèi)果肉，內(nèi)果肉中含有黑色果實(shí)籽，如果光的穿透深度太淺只能得到獼猴桃果皮信息，如果光的穿透深度太深到達(dá)內(nèi)果肉區(qū)域又會(huì)受到黑色果實(shí)籽的干擾，影響檢測(cè)結(jié)果。
光纖探頭檢測(cè)到的漫反射光子穿透深度、散射次數(shù)與光纖探頭的參數(shù)密切相關(guān)。已有研究表明，探測(cè)光纖所測(cè)量到的光子在生物組織中的傳輸深度隨著光源與探測(cè)器間距的增大而增大。
中國(guó)專(zhuān)利公告號(hào)CN203519486U，公開(kāi)日2014年4月2日，實(shí)用新型專(zhuān)利名稱(chēng)為“一種近紅外便攜式臍橙品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)裝置”，該申請(qǐng)公開(kāi)了一種近紅外便攜式臍橙品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)裝置，其檢測(cè)探頭“外側(cè)面呈半圓形，半圓形內(nèi)側(cè)面分布近紅外管，近紅外管呈對(duì)管分布，一側(cè)設(shè)置近紅外發(fā)射管，對(duì)面一側(cè)設(shè)置近紅外接收管，半圓形球面設(shè)置發(fā)射管和接收管并列在一起的近紅外管”，檢測(cè)探頭中對(duì)糖度的檢測(cè)使用發(fā)射和接收波長(zhǎng)為 “836nm、876nm、880nm、893nm、938nm、965nm”的近紅外管，對(duì)酸度的檢測(cè)使用發(fā)射和接收波長(zhǎng)為“1038nm、1145nm、1370nm、1382nm、1451nm”的近紅外管。其不足之處是所采用的近紅外管波長(zhǎng)有限且固定，只能針對(duì)臍橙檢測(cè)。中國(guó)專(zhuān)利公告號(hào)CN101876630A，公開(kāi)日2010年11月3日，發(fā)明專(zhuān)利名稱(chēng)為“一種基于LED組合光源的便攜式水果品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)裝置”，該申請(qǐng)公開(kāi)了一種由LED組合光源構(gòu)成的手持式探頭，其構(gòu)成包括“樣品墊圈、壓蓋、緊壓圈、聚光鏡、LED組合光源、探頭主體即主體、聚焦透鏡、光纖、電源線(xiàn)、緊固螺釘、手柄、堵頭”，其中LED組合光源的結(jié)構(gòu)是“由620nm、850nm、880nm和940nm等四種LED光源組成，沿手持式探頭的圓周方向成約90°間隔均布，每盞LED光源的軸線(xiàn)與手持式探頭的軸線(xiàn)成約7°夾角”。不足之處是該專(zhuān)利中的探頭僅由620nm、850nm、880nm和940nm這四個(gè)LED光源與檢測(cè)光纖組成，對(duì)獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)時(shí)，由于波段數(shù)量有限不能提供足夠的光譜信息，僅用這4個(gè)波段建模使得最終對(duì)獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)的預(yù)測(cè)誤差較大。
現(xiàn)有技術(shù)中主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
（1）檢測(cè)光源波段有限，對(duì)獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)時(shí)提供的光譜信息不足，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果誤差較大；
（2）光源與探測(cè)器間距不確定，不能減少獼猴桃果皮及內(nèi)果肉中果實(shí)籽的影響；
探測(cè)光纖直徑小、進(jìn)光量不夠，不能減少獼猴桃表皮絨毛的影響，獲取的光譜信息不穩(wěn)定。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能減少獼猴桃果皮及果皮表面絨毛影響、可以穩(wěn)定獲取到獼猴桃外果肉區(qū)域光譜信息的便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)光纖探頭。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)光纖探頭包括遮光罩、聚光透鏡、環(huán)形照明光纖、探測(cè)光纖、探頭外殼、光纖外殼、光纖接口、鏡座、鏡筒、照明光纖、耦合透鏡、地壓圈、光纖筒。所述探測(cè)光纖在探頭前端位于探頭中心位置，聚光透鏡位于探測(cè)光纖前端，與探測(cè)光纖間隔一定距離，在探頭尾端探測(cè)光纖與光纖接口連接；環(huán)形照明光纖由石英光纖集束組成，在探頭前端呈環(huán)形排列在探測(cè)光纖外側(cè)，且與探測(cè)光纖間安裝有光纖筒，在探頭尾端緊密排列成柱狀，與鏡座連接；在探頭前端，探測(cè)光纖、環(huán)形照明光纖、聚光透鏡都封裝在探頭外殼內(nèi)，聚光透鏡通過(guò)地壓圈固定在探測(cè)光纖前端，與探測(cè)光纖之間的距離為聚光透鏡的后焦距，聚光透鏡的中心在探測(cè)光纖的中心軸線(xiàn)上，且探測(cè)光纖和聚光透鏡位于環(huán)形照明光纖內(nèi)側(cè)，環(huán)形照明光纖與聚光透鏡之間中心距為2mm，環(huán)形照明光纖與聚光透鏡之間有一圈遮光罩，防止入射光通過(guò)水果表面直接鏡面反射到聚光透鏡內(nèi)；鏡筒為圓狀筒，耦合透鏡通過(guò)地壓圈固定在鏡筒前端，鏡筒前端有M12的外螺紋，鏡筒可拆卸；鏡座安裝在照明光纖的尾端與照明光纖同軸，鏡座有M12內(nèi)螺紋；鏡筒與鏡座同軸并通過(guò)螺紋連接，鏡筒與鏡座連接后，耦合透鏡的中心在照明光纖的中心軸線(xiàn)上，耦合透鏡到照明光纖的距離為耦合透鏡的后焦距18mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
本實(shí)用新型在探測(cè)光纖前端加入聚光透鏡增大了接收光角度范圍，減少了由于獼猴桃細(xì)小絨毛對(duì)光信號(hào)的干擾，使獲取的光譜信息更穩(wěn)定；
環(huán)形照明光纖與聚光透鏡之間間隔一定距離可以獲得獼猴桃外果肉部位的光譜信息，有效減少內(nèi)果肉中的果實(shí)籽及果皮對(duì)光譜信息的干擾；
在探頭前端環(huán)形照明光纖與聚光透鏡中間處安裝一圈遮光罩，可以有效減少雜散光的干擾，避免光未經(jīng)過(guò)獼猴桃內(nèi)部直接射入聚光透鏡，獲得高信噪比，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
附圖標(biāo)記
1．遮光罩；2．聚光透鏡；3．環(huán)形照明光纖；4．探測(cè)光纖；5．探頭外殼；6．光纖外殼；7．光纖接口；8．鏡座；9．鏡筒；10．照明光纖；11．耦合透鏡；12．地壓圈；13．光纖筒；14．獼猴桃樣品。
附圖說(shuō)明
圖1是便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)光纖探頭總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)光纖探頭側(cè)剖視圖；
圖3是便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)光纖探頭俯視圖；
圖4是便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)光纖探頭的鏡座與鏡筒拆分圖；
圖5是便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)光纖探頭的工作原理圖；
圖6是本實(shí)用新型的檢測(cè)效果圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：
如圖1、2所示，便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)光纖探頭包括：遮光罩1、聚光透鏡2、環(huán)形照明光纖3、探測(cè)光纖4、探頭外殼5、光纖外殼6、光纖接口7、鏡座8、鏡筒9、照明光纖10、耦合透鏡11、地壓圈12、光纖筒13。探測(cè)光纖4在探頭前端位于探頭中心位置，由一根石英光纖構(gòu)成，聚光透鏡2通過(guò)地壓圈固定在探測(cè)光纖4前端，與探測(cè)光纖4之間的距離為聚光透鏡的后焦距12mm，聚光透鏡2的中心在探測(cè)光纖4的中心軸線(xiàn)上，且探測(cè)光纖4和聚光透鏡2位于環(huán)形照明光纖3內(nèi)側(cè)，環(huán)形照明光纖與聚光透鏡之間中心距為2mm，在探頭尾端探測(cè)光纖4與光纖接口7連接；環(huán)形照明光纖3由石英光纖集束組成，在探頭前端呈環(huán)形排列在探測(cè)光纖4外側(cè)，且與探測(cè)光纖4間安裝有光纖筒13，在探頭尾端緊密排列成柱狀，與鏡座8連接。在探頭前端，探測(cè)光纖4、環(huán)形照明光纖3、聚光透鏡2都封裝在探頭外殼5內(nèi)。如圖3所示，環(huán)形照明光纖3與聚光透鏡2之間有一圈遮光罩1，防止入射光通過(guò)水果表面直接鏡面反射到聚光透鏡內(nèi)。鏡筒9為圓狀筒，耦合透鏡11通過(guò)地壓圈固定在鏡筒9前端，鏡筒前端有M12的外螺紋，鏡筒9可拆卸；鏡座8安裝在照明光纖10的尾端，與照明光纖10同軸，有M12內(nèi)螺紋；鏡筒9與鏡座8同軸固定，通過(guò)螺紋連接。鏡筒9與鏡座8連接后，耦合透鏡11的中心在照明光纖10的中心軸線(xiàn)上，耦合透鏡到照明光纖的距離為耦合透鏡的后焦距18mm。
本實(shí)用新型中外殼5、鏡座8、鏡筒9、地壓圈12、光纖筒13材質(zhì)為鋁合金，光纖外殼6為金屬軟管，遮光罩1為黑色橡膠，光纖接口7為SMA905接頭。外殼5和鏡筒9的外直徑為12mm。環(huán)形照明光纖3和照明光纖10由640根纖芯直徑為200μm、數(shù)值孔徑NA為0.22的石英光纖組成。探測(cè)光纖4由1根纖芯直徑為1mm、數(shù)值孔徑NA為0.3的石英光纖構(gòu)成。聚光透鏡2的材質(zhì)為石英，直徑是4mm，后焦距是12mm。耦合透鏡11的材質(zhì)為石英，直徑是9mm，后焦距是18mm。
下面結(jié)合圖3、圖5、圖6具體說(shuō)明工作過(guò)程：
試驗(yàn)用獼猴桃14產(chǎn)自陜西咸陽(yáng)楊陵，品種為徐香，樣品個(gè)數(shù)為139個(gè)，光源為功率6.5W的鹵素?zé)?，光譜儀為海洋光學(xué)的NIRQuest(512) 。在獼猴桃赤道部位選取均勻分布且無(wú)缺陷的2個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)號(hào)。將鏡筒9與光源連接，光纖接口7與光譜儀連接，獼猴桃樣品標(biāo)號(hào)處與遮光罩1緊密貼合。鏡筒9將光源發(fā)出的光導(dǎo)入照明光纖10處，傳導(dǎo)至環(huán)形照明光纖3，環(huán)形光照射到被測(cè)獼猴桃樣品上形成環(huán)形照明光斑，一部分光直接鏡面反射，另一部分光則穿透獼猴桃果皮進(jìn)入獼猴桃外果肉中。進(jìn)入到獼猴桃外果肉的光在與獼猴桃內(nèi)部組織相互作用后，一部分被吸收，另一部分則從獼猴桃不同位置射出，其中一部分出射光在遮光罩1覆蓋的圓形區(qū)域內(nèi)，經(jīng)過(guò)聚光透鏡2進(jìn)入到探測(cè)光纖4，經(jīng)探測(cè)光纖4傳導(dǎo)到至光纖接口7處，然后傳導(dǎo)至光譜儀中，完成光譜的采集，圖6即為使用本實(shí)用新型采集到的徐香獼猴桃的原始光譜圖，從該光譜圖中可以看出，本實(shí)用新型可以獲取到全波段光譜信息，光譜重復(fù)性很好，比較穩(wěn)定，且在光源功率只有6.5W的情況下獲取的光譜強(qiáng)度較大，適合便攜式儀器使用。獼猴桃樣品的光譜測(cè)量完成后立即使用PR-101α型數(shù)字式折射計(jì)在標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行糖度測(cè)量。每個(gè)樣品從標(biāo)記部位切取一定厚度外果肉，用家用壓蒜器榨汁，果汁經(jīng)紗布過(guò)濾擠汁滴于折射計(jì)鏡面，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量2次，將2次測(cè)量結(jié)果的平均值作為樣品在該標(biāo)記位置的糖度的實(shí)測(cè)值。樣品隨機(jī)劃分，其中校正集104個(gè)預(yù)測(cè)集35個(gè)，對(duì)獲取的光譜和糖度值進(jìn)行PLS建模，最終獲得的校正集樣品的相關(guān)系數(shù)0.97，預(yù)測(cè)集樣品相關(guān)系數(shù)0.96。說(shuō)明本實(shí)用新型可以較準(zhǔn)確的獲取獼猴桃外果肉內(nèi)部品質(zhì)信息。
以上實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的舉例說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的限制，凡是與本實(shí)用新型相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。