便携式高精度多功能的小麦品质实时近红外检测装置

本发明涉及近红外光谱检测，特别是指便携式高精度多功能的小麦品质实时近红外检测装置。

背景技术：

1、在小麦生产和贮藏过程中，小麦的品质（淀粉含量、脂肪酸含量、蛋白质含量）直接关系到小麦制品的质量和小麦的储藏时间。在储藏过程中，小麦的品质会受到各种因素的影响，包括温度、湿度和病虫害等，这可能会降低小麦的储藏期。同时，小麦品质会直接影响面粉的烘焙性能和面团的形成，从而影响小麦制品的口感和营养价值。因此，小麦生产、储藏以及加工过程中对小麦品质的检测具有十分重要的意义。现有的小麦品质检测方式有多种，常用的有化学分析法、电导率法和微波法。近红外光谱检测法能够实现小麦品质的无损检测和实时监测。同时，近红外光谱检测法检测效率高、响应速度灵敏、能量损耗小，并且检测仪器成本较低、对操作人员要求较低。国内外学者对小麦品质近红外检测装置展开了大量研究，并取得了显著的研究成果。然而，目前所报道的小麦品质近红外检测装置，光路设计复杂、器件体积较大、光源发光不稳定且未考虑温度变化对检测结果的影响。因此，研究智能便携的近红外检测装置对小麦品质检测领域的发展至关重要。

2、中国专利cn209416792u公布了智能粮食直链淀粉检测装置，该装置实现了粮食品质的大批量快速检测，但检测过程具有破坏性，造成样品损耗。中国专利cn109239017a公布了便携式谷物品质分析仪，该装置同时采集样品的漫反射和漫透射光，有效降低了样品的镜面反射光对检测结果的影响，但是其并未考虑仪器工作时光源产热以及样品温度不同对检测结果的影响。另外，该装置只能对获取的样品进行检测，无法实现对粮仓中不同位置的粮食进行实时检测。中国专利cn115684065a公布了主粮品质在线近红外检测装置，该装置采用卤钨灯作为近红外光源，获得的漫反射光谱信息由光纤传输至光谱仪，光谱仪将采集到的信息传递至处理模块后得出检测结果。然而，该系统所采用的卤钨灯工作温度较高，其发光强度会随着温度升高而降低，并且会降低检测结果的精度。同时并未给光谱仪加装散热装置，使检测过程不能连续进行。中国专利cn116046718b公布了基于短波近红外透射光栅的整粒谷物成分含量测量装置及方法，该装置可用于检测大豆、小麦、大米等多种谷物的成分含量，并采用短波近红外透射光栅光谱仪接收谷物样品的吸收光谱，有效提高了检测装置的用途，但是该测量装置的检测光路中存在多个光学透镜（滤光片、第一平凸透镜和第二平凸透镜），这大大增加了光源传播过程中损耗，从而降低了检测精度，同时该测量装置体型较大，大大减小了测量装置的便携性。中国专利cn108801976a公布了单粒谷物品质检测的近红外光源装置及基于该装置的检测系统，该系统采用多个ld微型灯珠作为近红外光源，并且设置冷却道用于光源的散热，获得的漫反射光经光纤传递至检测系统进行分析并得出检测结果。该装置对光源进行水冷散热，有效避免了光源在过高的温度下工作，保证了光源的发光强度，但是样品的镜面反射会影响采集的漫反射光谱信息，同时，光源装置设计复杂，增加了后期的维护难度，提高了成本和能源消耗。另外，其光源装置和检测系统分开设置，极大地降低了检测装置的集成化程度，影响其便携性。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出便携式高精度多功能的小麦品质近红外检测装置，解决了现有技术中小麦淀粉、脂肪酸、蛋白质近红外检测装置光源稳定性差、破坏检测样品、光谱信号损失严重、光路复杂、仪器尺寸较大、检测指标单一以及不能对粮仓深处小麦进行实时检测的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：便携式高精度多功能的小麦品质近红外检测装置，包括近红外激光光源件和控制单元，近红外激光光源件安装在壳体箱内，近红外激光光源件的一端安装有散热单元，近红外激光光源件的光源输出端设有变焦透镜，变焦透镜与散热单元均安装在壳体箱内，近红外激光光源件通过变焦透镜输出的光源与取样检测接收单元或仓内检测接收单元相对应，控制单元控制连接取样检测接收单元和仓内检测接收单元。

3、进一步的，所述取样检测接收单元包括壳体二和近红外光电传感器一，壳体二与壳体箱可拆卸连接，壳体二的上部安装有与壳体箱紧密接触的上端盖，壳体二内设有物料盒和挡板，物料盒设置在靠近近红外激光光源件的一侧，挡板与物料盒之间设置有聚焦透镜，挡板上安装有冷却器，近红外光电传感器一安装在冷却器上。

4、进一步的，所述物料盒包括箱盖和限位板，限位板安装在壳体二内，限位板的中部设有平面透镜，限位板与壳体二、上端盖和壳体箱配合形成用于放置小麦的物料仓，箱盖滑动安装在壳体二的侧板上，且箱盖位于物料仓的侧壁上。

5、进一步的，所述仓内检测接收单元包括套筒，套筒上安装有温度传感器二和与近红外激光光源件相对应的近红外光电传感器二，近红外光电传感器二与温度传感器二均与电路板连接，电路板与安装在套筒上的电源组件连接。

6、进一步的，所述套筒上还安装有声传感器，声传感器与控制单元相连接，声传感器采集的电信号经控制模块连接的无线发射模块传递给控制单元。

7、进一步的，所述套筒包括主套筒和副套筒，副套筒的一端和主套筒可拆卸连接，副套筒的另一端与近红外激光光源件相对应，主套筒的外壁上设有安装槽，近红外光电传感器二、温度传感器二、电路板和电源组件均安装在安装槽内。

8、进一步的，所述副套筒包括至少一个连接管，连接管的一端设有外螺纹，连接管的另一端设有与连接管外螺纹或主套筒外螺纹配合的内螺纹。

9、进一步的，所述控制单元包括单片机和与单片机连接的无线信号接收模块，单片机与无线信号接收模块均设置在集成电路板上，集成电路板安装在壳体二内，无线信号接收模块与无线发射模块相对应，单片机与安装在壳体二内的电源二电连接，单片机上连接有显示屏，显示屏安装在上端盖上。

10、进一步的，所述近红外激光光源件包括近红外ld激光器，近红外ld激光器的光源输出端设有近红外发光的荧光陶瓷，近红外ld激光器与安装在壳体箱内的电源件一相连接。

11、进一步的，所述散热单元包括散热扇，散热扇安装在壳体箱的限位板上，散热扇的一端与近红外激光光源件相对应，散热扇的另一端与散热片相对应。

12、进一步的，所述壳体箱包括壳体一，壳体一的上部可拆卸连接有端盖，壳体一的一端设有与散热单元配合的散热孔，壳体一的另一端设有连接凸台。

13、本发明的有益效果为：

14、1、本装置光路简单，近红外激光光源件发光强度稳定，大大减少发光强度变化对检测结果的影响，近红外激光光源件射出的激光通过变焦透镜射出，穿过待检测小麦与取样检测接收单元或仓内检测接收单元配合用于检测检测小麦品质，增加了检测仪器的便携性，能同时实现小麦样品和粮仓中不同深度小麦的检测，极大地提高了管理效率并拓宽了检测装置的应用场景，解决了现有技术中小麦淀粉、脂肪酸、蛋白质近红外检测装置光源稳定性差、破坏检测样品、光谱信号损失严重、光路复杂、仪器尺寸较大、检测指标单一以及不能对粮仓深处小麦进行实时检测的问题。

15、2、近红外激光光源件与变焦透镜配合，保证了输出光路稳定，光路简单，减少了光路中光学透镜的使用，有效地减少了漫透射光谱信息在传播过程中的损失，有效地解决了近红外光源在工作时发光强度下降的问题，保证了检测装置在工作过程中光源发光强度的稳定性。近红外激光光源件与取样检测接收单元或仓内检测接收单元相对应用于检测小麦品质，极大地减小了装置的体积和重量，控制单元控制连接取样检测接收单元和仓内检测接收单元，能够快速获取检测样品或粮仓内小麦品质的数据，散热单元配合近红外激光光源件还能够提高光源寿命，提高发光装置的稳定性，进而保证检测数据的高精度。

16、3、取样检测接收单元内设置物料盒，物料盒通过壳体二、限位板、箱盖与壳体一组合成形成用于盛放待检测小麦的物料仓，规避了物料盒因频繁拆卸造成磨损从而降低透光率的风险，保证了光谱信号的强度，从而获得更为精确的检测结果。物料盒底部安装有温度传感器，用于监测小麦品质检测过程中检测样品的温度，控制单元根据样品温度对检测结果进行温度补偿，有效地避免了样品温度对检测结果的影响，极大地提高了小麦品质的检测精度，并且有助于管理人员根据样品温度调整储存策略。

17、4、套筒采用主套筒和副套筒的配合，能够通过改变副套筒的长度进而改变仓内检测接收单元的长度，实现粮仓中不同深度小麦品质的检测；主套筒底部安装有声传感器，声传感器采集小麦通过管道入仓时的声波信号来得出入仓小麦的破碎率，有助于精确评估粮仓中小麦的品质，能够及时发现粮仓中存在的质量问题，从而及时优化仓储管理策略，提高粮库的管理效率和粮食的储存质量。

18、5、控制单元通过单片机处理取样检测接收单元和仓内检测接收单元的测量数据，实现对小麦样品的淀粉、脂肪酸、蛋白质含量进行检测，大大提高了仪器的检测效率，并有助于更准确地控制小麦的质量。高度集成了近红外小麦品质检测装置的元器件，无需外部设备辅助检测，能够随时随地实现样品的检测。小麦样品的品质检测结果由显示屏实时显示，大幅提高了装置的便捷性，便于人工及时发现问题，有效地提高了管理效率和检测效率。

19、6、近红外光电传感器安装在冷却器上，近红外激光光源件与散热单元配合，散热单元采用散热片、散热风扇，配合冷却器，实现了双重散热设计，有效避免了近红外光源在高温条件下工作，从而显著提升近红外光源发光强度的稳定性。此外，近红外光电传感器能够在最佳温度条件下运行，确保了其接收光谱信号的精度，最终大幅提高了小麦品质检测的准确性，不仅为提高光源稳定性和检测器件的性能提供了坚实保障，而且显著增强了检测系统的整体性能和可靠性。

20、7、近红外激光光源件射出的光源经变焦透镜射入并穿过物料仓内的小麦或套筒内的小麦后经近红外光电传感器接收信号用于检测小麦品质，检测光路简洁高效，显著缩短了光谱信号的光程，并减少了光学透镜的使用，有效降低了光谱信号在传递过程中的衰减和通过光学透镜的损耗，确保了检测结果的准确性；光学透镜的减少大大降低了透镜在工作时产生的热效应，同时也降低了检测设备的复杂性和制造成本。