专利名称：谷物、油料分析仪及其工作方法
技术领域：
本发明涉及谷物分析仪，特别涉及具有可插入待测谷物或油料内部的测量测量探头的谷物、油料分析仪及工作方法。
背景技术：
大豆、菜籽、小麦、玉米等大宗谷物、油料商品在收购和储运环节迫切需要品质参数快速检测技术。近红外光谱分析方法因其快速、准确、高效的特性，可满足谷物、油料分析要求。目前，在粮食近红外检测技术研究和应用上，一般都采用实验室型近红外分析仪开展工作，例如丹麦FOSS公司生产的hfratecl241型分析仪、瑞典Perten公司生产的 DA7200型分析仪、美国PE公司生产的SPECTRUM ONE NTS傅里叶变换近红外分析仪和德国 Bruker生产的MPA傅里叶变换近红外分析仪均是实验室仪器，体积大重量大，不能满足现场快速检测需要。对于散装散运的大宗谷物油料产品而言，现场检测要求深入样品内部进行检测，甚至需要透过包装进行样品内部检测。现在虽出现了几种便携式或手持式的近红外光谱分析仪，但均不适于谷物油料产品现场检测要求，如公开号为CN201788147U的中国专利提出了一种光透射型光纤测量探头式土壤养分测试仪，该型仪器只适合于液体检测，不能满足固体检测要求。申请号为 CN200720093240. 6的中国专利公开了用于检测乙醇汽油成分的乙醇汽油光纤光电分析仪， 该探头用于检测液体成分，不适合检测农产品检测；公开号为CN101799401A的中国专利提出一种用于水果内部品质无损检测的手持式近红外测量探头及探测方法，该装置虽然适合于水果等固体检测，但不能插入到被测物内部进行检测。公开号为CN101055M5A的中国专利公开了一种便携式大豆分析仪，具体是将传统取样后的大豆装入便携式分析仪进行检测，不能满足现场不需取样而检测的要求。公开号为CN1284164A的中国专利公开了一种谷物质量检测仪，具体是安装在收割机上便于谷物收割时在线检测设备，该设备虽可实时检测但不能满足散装散运粮食检测需求。公开号为CN101387605A的中国专利公开了一种光纤式农田土壤有机质含量快速检测仪，具体是一种可插入土壤的进行检测的分析仪，该分析仪具有锥形光纤探头，但是该探头采用Y型光纤进行检测，光斑小，只适合点式检测，因而检测代表性差，不能消除样品不均勻产生的测量误差。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供一种可内部测量的谷物、油料分析仪及其工作方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的谷物、油料分析仪，所述分析仪包括光源、探测器以及分析单元，进一步包括至少一个测量探头，所述至少一个测量探头包括尖头部和基体部，所述至少一个测量探头用于插入待测谷物或油料中；
至少一根出射光纤，所述至少一根出射光纤的一端连接所述光源，另一端设置在所述至少一个测量探头上；至少一根入射光纤，所述至少一根入射光纤的一端连接所述探测器，另一端设置在所述至少一个测量探头上，用于接收从所述至少一根出射光纤出射的光经所述待测谷物或油料后的反射光，并传输到所述探测器。根据上述的谷物、油料分析仪，可选地，所述谷物分析仪进一步包括凹槽，所述凹槽设置在所述基体部上，用于在插入时容纳待测谷物或油料，所述至少一根出射光纤的出射光射入所述凹槽内的待测谷物或油料，所述出射光在待测谷物或油料上的反射光被所述至少一根入射光纤接收。根据上述的谷物、油料分析仪，可选地，所述至少一根出射光纤的出光端和/或至少一根入射光纤的入光端在所述至少一个测量探头上围成一圈。根据上述的谷物、油料分析仪，可选地，所述至少一根出射光纤和/或至少一根入射光纤的一端设置在所述基本部上。根据上述的谷物、油料分析仪，可选地，所述基体部包括至少两个套管，所述至少
两个套管套叠在一起。根据上述的谷物、油料分析仪，优选地，所述分析仪进一步包括光路切换装置，所述光路切换装置用于使所述光源发出的光和至少一根入射光纤选择性地连接所述光谱仪。根据上述的谷物、油料分析仪，优选地，所述光路切换装置包括转子、定子；所述定子上设有与所述光谱仪连接的第三光纤接口，所述转子上设有当其旋转时分别与所述第三光纤接口对应的第一光纤接口和第二光纤接口，所述第一光纤接口连接所述至少一根入射光纤，所述第二光纤接口分别连接所述光源以及至少一根出射光纤。根据上述的谷物、油料分析仪，可选地，所述分析仪进一步包括储能模块(如电池)，用于给所述光源、光谱仪、光路切换装置、分析和控制单元供电，从而实现便携的功能。根据上述的谷物、油料分析仪，可选地，所述待测谷物、油料为大豆、菜籽、玉米、小
麦、绿豆、芝麻中任一种。本发明的目的还通过以下技术方案得以实现根据上述的谷物、油料分析仪的工作方法，所述工作方法包括以下步骤(Al)将所述至少一个测量探头插入待测谷物或油料中，插入深度根据检测的需要而定；(A2)光源发出的测量光通过设置在所述至少一个测量探头上的至少一根出射光纤而射入所述待测谷物或油料中，所述测量光经所述待测谷物或油料的反射光被设置在所述至少一个测量探头上的至少一根入射光纤接收，传送到探测器，探测器将接收到的光信号转换为电信号，并传送到分析单元；(A3)分析单元基于光谱分析原理处于传送来的所述电信号，从而获知所述待测谷物或油料的参数。根据上述的工作方法，可选地，所述步骤(Al)中进一步包括以下步骤(Bi)所述至少一个测量探头上具有凹槽，所述至少一个测量探头在插入所述待测谷物或油料过程中，所述凹槽朝下，在插入一定深度后，旋转所述至少一个测量探头，使所述凹槽朝上，使得所述待测谷物或油料进入所述凹槽中。根据上述的工作方法，可选地，所述步骤(Al)中进一步包括以下步骤(Cl)根据检测的需要而设定插入的深度，通过拉伸、折叠或压缩套叠在一起的至少两个套管，从而使至少一个测量探头的长度满足所述设定的插入深度。根据上述的工作方法，可选地，所述步骤(Al)中进一步包括以下步骤(Dl)根据检测的需要而设定多个测量通道，通过光纤拆分成多条检测通道支持多个检测探头，实现一台主机多个探头多空间上同时测量，从而使满足谷物或油料收购时需多点测量获取检测结果的要求。(El)根据检测的需要而设定多个测量通道，通过光路切换成多条检测通道支持多个检测探头，实现一台主机多个探头多空间非同时测量，可满足谷物或油料收购时需多点测量获取检测结果的要求。与现有技术相比，本发明具有的有益效果为1、配备电池后，可用于现场检测。分析结果快速准确，可为谷物油料收购储运按质论价提供及时依据。2、刚性的至少一个测量探头可深入样品内部并可穿透包装深入样品内部进行检测，可进行多点检测，测量的代表性好。3、光纤测量探头可从便携仪拆卸，便于更换不同测量探头，满足不同种类样品分析需求。4、发光光纤束和收光光纤束形成多圈，保证采集信号的代表性，从而提高分析结果准确性。5、分析仪可改装成在线自动分析设备，利用机械传动手夹持探头自动检测，满足收购仓储现场在线自动检测需求，进一步减轻工作人员劳动强度。
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。 图中图1是本发明实施例1中谷物、油料分析仪的基本结构图；图2是本发明实施例1中光路切换装置中转子的基本结构图；图3是本发明实施例1中光路切换装置中定子的基本结构图；图4是本发明实施例1中至少一个测量探头的基本结构图；图5是本发明实施例1中工作方法的流程图；图6是本发明实施例2中测量探头的基本结构图。
具体实施例方式图1-6和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。实施例1 图1示意性地给出了本发明实施例的谷物、油料分析仪的基本结构图。如图1所示，所述分析仪包括主机，所述主机包括光源1、光路切换装置、光谱仪4、分析和控制单元5。通过所述光路切换装置的光路切换来完成光路参比和测量工作，具体如下图2、3示意性地给出了光路切换装置的基本结构图，如图2、3所示，所述光路切换装置包括共轴的转子22和定子21，所述转子22由步进电机沈驱动。所述转子22上等半径处设置有第一光纤接口 222和第二光纤接口 221，分别连接至少一根出射光纤和至少一根入射光纤，所述第一光纤接口 222还通过光纤与所述光源1连接；所述定子21上设有第三光纤接口 211，该接口 211通过光纤与光谱仪4连接。通过转子22的转动，使所述第一光纤接口 222和第二光纤接口 221选择性地与所述第三光纤接口 211对应，也即使所述分析仪处于参比和测量状态。可选地，在所述转子22以及定子21上设有定位结构，以便于所述第一光纤接口 222和第二光纤接口 221选择性地与所述第三光纤接口 211很好的对应，如在定子21上设置第一光耦212(或微型射频信号模块或其它模块)，在转子上设置第二光耦2M和第三光耦225，所述第一到第三光耦到所述转轴223的半径相同。图4示意性地给出了本发明的至少一个测量探头的基本结构图，如图4所示，所述至少一个测量探头包括尖头部32和基体部31，所述尖头部32用于插入到待测谷物或油料中，可采用圆锥形、棱柱形等形状，采用耐磨材料。基体部31可采用中空结构。可选地，为了适应不同的插入深度的要求，所述基体部由至少两个套管组成，所述至少两个套管套叠在一起，当所述至少两个套管伸缩时可改变所述至少一个测量探头的长度，以便测量不同深度的待测谷物或油料。所述基体部的一端设置有手柄，便于操作人员握持。至少一根出射光纤33、34、37、38，所述至少一根光纤的一端连接所述光源1，另一端穿过所述基体部31的内部并设置在基体部31上。从所述至少一根出射光纤出射的测量光射入待测谷物或油料中。优选地，所述至少一根出射光纤33、34、37、38的出光端在所述基体部31上围成两圈。当然也可以设置一圈或多圈。至少一根入射光纤35、36，所述至少一根入射光纤一端通过所述光路切换装置连接所述光谱仪4，另一端穿过所述基体部31的内部并设置在基体部31上，用于接收所述至少一根出射光纤33、34、37、38出射的测量光在所述待测谷物或油料中的反射光。优选地，所述至少一根入射光纤35、36的收光端在所述基体部31上围成一圈。当然也可以设置两圈或多圈。可选地，所述至少一根出射光纤和至少一根入射光纤捆扎成光纤束39连接所述光路切换装置。图5示意性地给出了本发明实施例的分析仪的工作方法的流程图。如图5所示， 所述工作方法包括以下步骤
(Al)将至少一个测量探头插入待测谷物或油料中(尖头部穿透包装)，插入深度根据检测的需要而定；可选地，通过拉伸或压缩至少一个测量探头上的套叠在一起的至少两个套管，从而使至少一个测量探头的长度满足所述设定的插入深度；(A2)光源发出的测量光通过设置在所述至少一个测量探头上的至少一根出射光纤而射入所述待测谷物或油料中，所述测量光经所述待测谷物或油料的反射光被设置在所述至少一个测量探头上的至少一根入射光纤接收，通过光路切换装置的切换，使得所述至少一根入射光纤接收的光通过所述切换装置传输到光谱仪，经过分光后，探测器将接收到的光信号(对应于样品光谱)转换为测量电信号，并传送到分析单元；通过所述光路切换装置的切换，分析仪处于参比状态，光源发出的光通过光纤以及切换装置而传输到所述光谱仪，经过分光后，探测器将接收到的光信号(对应于参比光谱)转换为参比电信号，并传送到分析单元；(A3)分析单元基于光谱分析原理处于传送来的所述测量电信号和参比电信号，从而获知所述待测谷物或油料的参数。根据本发明实施例达到的益处在于为分析仪提供了可深入到待测谷物或油料内部的至少一个测量探头，而且该至少一个测量探头可被设计为长度可伸缩，以满足不同的测量点(包括不同深度)以及便携的要求，真实反映待测谷物或油料的参数，能有效地检测出谷物、油料表里不一的情况。在采用电池等储能模块供电后，实现便携式测量的功能。实施例2图6示意性地给出了本发明实施例的便携式谷物、油料分析仪的基本结构图。如图6所示，所述分析仪与实施例1不同之处在于1、基体部31设有凹槽30，便于容纳待测谷物或油料。2、至少一根出射光纤的出光端和至少一根入射光纤的入射端对着凹槽内的待测谷物或油料。本发明实施例的分析仪的工作方法，所述工作方法与实施例1不同之处在于在步骤(Al)中，在至少一个测量探头插入待测谷物或油料的过程中，凹槽朝下； 当插入设定深度后，旋转所述至少一个测量探头，从而使设定深度处的待测谷物或油料进入所述凹槽。在测量结束后，所述凹槽朝上，抽出所述至少一个测量探头，从而取样设定深度的待测谷物或油料。根据本发明实施例达到的益处在于在可测量设定深度的待测谷物的基础上设计了凹槽，在内部测量的同时添加了取样功能。实施例3 根据本发明实施例1的分析仪和工作方法在菜籽收购中的应用例。光源采用宽波段超辐射SLED，测量波段为lOOO-lSOOnm，光谱仪采用聚光科技(杭州)股份有限公司研制的SupNIR-1520型光谱仪，采用两根套管，伸缩范围为1-1. 5米。采用400根出射光纤以及 200根入射光纤，所述出射光纤的出光端设置在基体部上并围成一圈，所述入射光纤的入光端设置在基体部上并围成两圈。实施例4
根据本发明实施例2的分析仪和工作方法在小麦收购的应用例。采用2个测量探头，所述两个测量探头通过光纤与主机相连。光源采用溴钨灯，测量波段为1000-2500nm，光谱仪采用聚光科技(杭州)股份有限公司研制的SupNIR-1550型光谱仪，采用两根套管，伸缩范围为1-1. 5米。采用300根出射光纤以及200根入射光纤，所述出射光纤的出光端以及入射光纤的入光端设置在基体部上，并各自围成半圈，对着凹槽内的待测小麦。实施例5 根据本发明实施例2的分析仪和工作方法在玉米收购的应用例。光源采用溴钨灯，测量波段为1000-2500nm，光谱仪采用聚光科技(杭州)股份有限公司研制的 SupNIR-1550型光谱仪，采用多根对接套管，伸缩范围为1_7米。将对接套管接到探头上，可采集粮仓中不同深度样品的信息。采用300根出射光纤以及200根入射光纤，所述出射光纤的出光端以及入射光纤的入光端设置在基体部上，所述入射光纤的入光端设置在基体部上并围成两圈。实施例6:根据本发明实施例1的分析仪和工作方法在稻谷收购中的应用例。配备有电池或其它储能模块，用于给分析仪供电。光源采用宽波段超辐射SLED，测量波段为 lOOO-lSOOnm，光谱仪采用聚光科技(杭州)股份有限公司研制的SupNIR-1520型光谱仪， 采用多个探头，伸缩范围为1-1. 5米，分别插入运粮车不同部位的稻谷中。每一个探头采用 200根出射光纤以及100根入射光纤，所述出射光纤的出光端设置在基体部上并围成一圈， 所述入射光纤的入光端设置在基体部上并围成两圈。多个探头的出射光纤组成一股光纤束接收从光源发出的光，多个探头的入射光纤汇聚成一股光纤束将检测光信号传送到分析主机光谱仪，实现多个检测点同时测量，获得检测平均结果。实施例7 根据本发明实施例1的分析仪和工作方法在小麦收购中的应用例。谷物分析仪可改装成在线自动分析设备通过机械传动手夹持分析探头，自动将探头插入运粮车的小麦中，并根据设定分别测定不同部位的小麦；或者通过机械传动手夹持多个分析探头，自动将探头插入运粮车的小麦中，实现多个检测点同时测量，获得检测平均结果。
权利要求
1.谷物、油料分析仪，所述分析仪包括光源、光谱仪以及分析单元，其特征在于所述分析仪进一步包括至少一个测量探头，所述至少一个测量探头包括尖头部和基体部，所述至少一个测量探头用于插入待测谷物或油料中；至少一根出射光纤，所述至少一根出射光纤的一端连接所述光源，另一端设置在所述至少一个测量探头上；至少一根入射光纤，所述至少一根入射光纤的一端连接所述光谱仪，另一端设置在所述至少一个测量探头上，用于接收从所述至少一根出射光纤出射的光经所述待测谷物或油料后的反射光，并传输到所述光谱仪。
2.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于所述分析仪进一步包括凹槽，所述凹槽设置在所述基体部上，用于在插入时容纳待测谷物或油料，所述至少一根出射光纤的出射光射入所述凹槽内的待测谷物或油料，所述出射光在待测谷物或油料上的反射光被所述至少一根入射光纤接收。
3.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于所述至少一根出射光纤的出光端和/ 或至少一根入射光纤的入光端在所述至少一个测量探头上围成一圈。
4.根据权利要求3所述的分析仪，其特征在于所述至少一根出射光纤和/或至少一根入射光纤的一端穿过并设置在所述基本部上。
5.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于所述基体部包括至少两个套管，所述至少两个套管套叠在一起。
6.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于所述谷物分析仪进一步包括光路切换装置，所述光路切换装置用于使所述光源发出的光和至少一根入射光纤选择性地连接所述光谱仪。
7.根据权利要求6所述的分析仪，其特征在于所述光路切换装置包括转子、定子；所述定子上设有与所述光谱仪连接的第三光纤接口，所述转子上设有当其旋转时分别与所述第三光纤接口对应的第一光纤接口和第二光纤接口，所述第一光纤接口连接所述至少一根入射光纤，所述第二光纤接口分别连接所述光源以及至少一根出射光纤。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的分析仪的工作方法，所述工作方法包括以下步骤(Al)将所述至少一个测量探头插入待测谷物或油料中，插入深度根据检测的需要而定；(A2)光源发出的测量光通过设置在所述至少一个测量探头上的至少一根出射光纤而射入所述待测谷物或油料中，所述测量光经所述待测谷物或油料的反射光被设置在所述至少一个测量探头上的至少一根入射光纤接收，传送到探测器，探测器将接收到的光信号转换为电信号，并传送到分析单元；(A3)分析单元基于光谱分析原理处于传送来的所述电信号，从而获知所述待测谷物或油料的参数。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于所述步骤(Al)中进一步包括以下步骤(Bi)所述至少一个测量探头上具有凹槽，所述至少一个测量探头在插入所述待测谷物或油料过程中，所述凹槽朝下，在插入一定深度后，旋转所述至少一个测量探头，使所述凹槽朝上，使得所述待测谷物或油料进入所述凹槽中。
10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于所述步骤(Al)中进一步包括以下步骤(Cl)根据检测的需要而设定插入的深度，通过拉伸或压缩套叠在一起的至少两个套管，从而使至少一个测量探头的长度满足所述设定的插入深度。
全文摘要
本发明提供了便携式谷物分析仪，所述谷物分析仪包括光源、探测器以及分析单元，还进一步包括测量探头，所述测量探头包括尖头部和基体部，所述测量探头用于插入谷物中；至少一根出射光纤，所述至少一根出射光纤的一端连接所述光源，另一端设置在所述测量探头上；至少一根入射光纤，所述至少一根入射光纤的一端连接所述探测器，另一端设置在所述测量探头上，用于接收从所述至少一根出射光纤出射的光经所述谷物后的反射光，并传输到所述探测器。本发明具有可测量谷物内部、实施方便、自动化程度高等优点。
文档编号G01N21/25GK102313700SQ20111023239
公开日2012年1月11日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者叶华俊, 周新奇, 张学锋, 杨伟伟 申请人:北京聚光世达科技有限公司, 聚光科技(杭州)股份有限公司