專利名稱：小麥硬度檢測儀及使用該儀器檢測小麥硬度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及糧食品質(zhì)的檢驗(yàn)，尤其是涉及一種小麥硬度檢測儀，本發(fā)明還涉及使用該儀器檢測小麥硬度的方法。
背景技術(shù)：
小麥籽粒質(zhì)地的軟硬是評(píng)價(jià)小麥加工品質(zhì)和食用品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是國內(nèi)外小麥?zhǔn)袌龇诸惡投▋r(jià)的重要依據(jù)之一，也是各國育種家重要的育種目標(biāo)之一。
國內(nèi)外有關(guān)小麥硬度理論的研究持續(xù)了 100多年，測定小麥硬度的方法也有100 多種，根據(jù)測定原理，可以分為感官檢驗(yàn)法、抗壓力法、研磨法、近紅外法等。感官檢驗(yàn)法主要是檢驗(yàn)小麥中部籽粒剖面的角質(zhì)(玻璃質(zhì))或粉質(zhì)比例，因此也稱角質(zhì)率法。它是用肉眼觀察籽粒透光部分所占的比例，從而判斷其硬度，這類方法簡便易行，因而首先被廣泛采用，其指標(biāo)迄今仍作為一些國家谷物分類的標(biāo)準(zhǔn)。感官檢驗(yàn)法最大的缺點(diǎn)是檢驗(yàn)前需要去除小麥中的不完善粒，即使有經(jīng)驗(yàn)的、操作熟練的檢驗(yàn)人員也需要20多分鐘，滿足不了收購現(xiàn)場的快速檢測要求；它的另外一個(gè)缺點(diǎn)是主觀分級(jí)誤差難以消除，在實(shí)際操作中不宜準(zhǔn)確判斷。抗壓力法的意義比較明確，認(rèn)可程度較高，但需要在大樣品量測定、統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上才能得出正確結(jié)果。研磨法是對(duì)一定質(zhì)量的小麥進(jìn)行測定的，這種方法測定的硬度指標(biāo)分辨率較好，比較適合制粉行業(yè)使用，但測定時(shí)間較長，儀器使用成本較高。近紅外法是利用小麥在近紅外廣譜區(qū)內(nèi)的光學(xué)特性測定其硬度的一種新方法。近紅外法的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)小麥硬度的無損檢測，測定速度快、測定成本低、重現(xiàn)性好，同一批次樣品可比性強(qiáng)， 樣品用量少，還可同時(shí)測幾個(gè)性狀；缺點(diǎn)是儀器價(jià)格過于昂貴，難以推廣普及。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測試方便、成本低廉的小麥硬度檢測儀；本發(fā)明還提供使用該儀器快速、準(zhǔn)確、接近無損的檢測小麥硬度的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案本發(fā)明所述的小麥硬度檢測儀，它包括測量平臺(tái)以及垂直設(shè)置在所述測量平臺(tái)上的支架，設(shè)置在支架上端的伺服電機(jī)帶動(dòng)的工作絲桿上旋擰有上下移動(dòng)的滑塊，水平固連在所述滑塊上的橫桿端部設(shè)置有垂直向下的壓桿，靠近壓桿的橫桿上設(shè)置有壓力傳感器；在所述測量平臺(tái)上活動(dòng)放置有盛麥容器，旋擰在盛麥容器上的壓蓋中心位置開設(shè)有測孔，所述壓桿自測孔插入盛麥容器內(nèi)腔中。
所述工作絲桿外部設(shè)置有護(hù)罩；固連在滑塊上的橫桿沿護(hù)罩上開設(shè)的縱向通槽上下移動(dòng)。在伺服電機(jī)上方安裝有位移編碼器。
使用本發(fā)明的小麥硬度檢測儀檢測小麥硬度的方法，包括下述步驟第一步，選待測試小麥樣品，稱重后裝入盛麥容器中，經(jīng)振動(dòng)旋緊壓蓋；初始化扣緊壓蓋，加INm力，使盛麥容器受力一致，確定初始位置；根據(jù)測量要求，繼續(xù)旋擰壓蓋，當(dāng)達(dá)到預(yù)定力矩時(shí)停止，記錄旋轉(zhuǎn)角度；第二步，將盛麥容器放在測量平臺(tái)上，壓桿對(duì)準(zhǔn)盛麥容器壓蓋中心的測孔，準(zhǔn)備測量； 第三步，打開上位機(jī)的硬度測定程序，啟動(dòng)伺服電機(jī)，工作絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)使滑塊向下，帶動(dòng)壓桿向下自壓蓋的測孔中插入盛麥容器中，根據(jù)壓入盛麥容器中的深度與壓力的關(guān)系以及測試小麥的重量數(shù)據(jù)，微處理器自動(dòng)計(jì)算出小麥硬度并在顯示屏上顯示出來，測量后滑塊復(fù)位，等待下次測量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過構(gòu)建小麥沖擊破碎過程的數(shù)學(xué)模型，確定小麥硬度與其受力壓縮乃至破碎過程中的壓桿受力、位移和做功的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而構(gòu)建硬度與關(guān)鍵參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，采用本發(fā)明的檢測儀實(shí)現(xiàn)通過檢測關(guān)鍵參數(shù)快速確定小麥硬度的目的。
本發(fā)明小麥硬度的測定方法國外常用的小麥硬度測定方法具有顯著的線性相關(guān)性，無需粉碎小麥顆粒一次壓力浸入，減少了破碎工藝的流程，縮短了測定時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了測定方法與測定儀器的標(biāo)準(zhǔn)化；與顆粒指數(shù)法相比，該方法具有較高的分辨率、重復(fù)性和再現(xiàn)性；同時(shí)測定簡單、快速、分辨率高，檢測儀價(jià)格低，易于推廣普及。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)的原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明所述的小麥硬度檢測儀，包括測量平臺(tái)1以及垂直設(shè)置在測量平臺(tái)1上的支架2，設(shè)置在支架上端的伺服電機(jī)3帶動(dòng)的工作絲桿4上旋擰有上下移動(dòng)的滑塊5，水平固連在滑塊5上的橫桿6端部設(shè)置有垂直向下的壓桿7，靠近壓桿7的橫桿6上設(shè)置有壓力傳感器8 ；在測量平臺(tái)1上活動(dòng)放置有盛麥容器9，旋擰在盛麥容器9上的壓蓋 10中心位置開設(shè)有測孔，壓桿7自測孔插入盛麥容器9內(nèi)腔中；工作絲桿4外部設(shè)置有護(hù)罩11 ；固連在滑塊5上的橫桿6沿護(hù)罩11上開設(shè)的縱向通槽上下移動(dòng)；在伺服電機(jī)3上方安裝有位移編碼器12。
使用本發(fā)明的小麥硬度檢測儀檢測小麥硬度的方法，包括下述步驟第一步，選待測試小麥樣品，在電子天平上稱重40g后裝入盛麥容器9中，晃動(dòng)均勻，后旋緊壓蓋10 ；初始化用扭矩扳手扣緊壓蓋10，加INm力，使盛麥容器9受力一致，確定初始位置；根據(jù)測量要求，再用扭矩扳手緩慢增加力，繼續(xù)旋擰壓蓋10，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的力矩時(shí)停止，記錄旋轉(zhuǎn)角度；第二步，將裝有小麥的盛麥容器9放在測量平臺(tái)1上，壓桿7對(duì)準(zhǔn)盛麥容器壓蓋10中心的測孔，準(zhǔn)備測量；第三步，打開上位機(jī)的硬度測定程序，此應(yīng)用軟件主要具備5大功能數(shù)據(jù)采集、硬度分析、報(bào)表輸出、系統(tǒng)設(shè)置和退出，用戶可以根據(jù)需要使用相應(yīng)功能；啟動(dòng)伺服電機(jī)3，工作絲桿4轉(zhuǎn)動(dòng)使滑塊5向下，帶動(dòng)壓桿7向下自壓蓋10的測孔中插入盛麥容器9中，根據(jù)壓桿7壓入盛麥容器9中的深度與壓力的關(guān)系以及電子天平的重量數(shù)據(jù)，微處理器自動(dòng)計(jì)算出小麥硬度并在液晶顯示屏上顯示出來，測量后滑塊5自動(dòng)復(fù)位，方便連續(xù)測量。
本發(fā)明檢測儀控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。
在盛麥容器中裝入小麥并壓實(shí)，操作人員通過鍵盤按鍵經(jīng)嵌入式核心控制器和伺服電機(jī)控制單元啟動(dòng)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)帶動(dòng)工作絲桿驅(qū)動(dòng)壓桿壓入小麥中；壓桿壓入時(shí)壓力傳感器上的受力開始變化經(jīng)嵌入式核心控制器控制伺服電機(jī)、編碼器控制壓桿的壓入深度，壓桿上的壓力傳感器接受壓桿的受力變化信號(hào)并傳輸?shù)角度胧胶诵目刂破鳎盘?hào)進(jìn)行處理輸出到液晶顯示屏上，直接讀出結(jié)果。檢測小麥重量的讀數(shù)經(jīng)電子天平，盛裝小麥容器壓蓋旋轉(zhuǎn)的角度、扭矩、盛裝小麥容器的直徑、壓蓋螺紋的螺距等數(shù)據(jù)信號(hào)一起進(jìn)入嵌入式核心控制器被同步處理。
本發(fā)明是將小麥作為散粒體進(jìn)行研究，根據(jù)散粒體在受到外界載荷時(shí)的整體特性來研究小麥散粒體硬度的特性。而傳統(tǒng)的小麥硬度檢測是通過將一個(gè)或多個(gè)小麥顆粒樣本采用物理方法進(jìn)行剪切或擠壓破碎，通過對(duì)小麥破損率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到該批次小麥的硬度值，因?yàn)樾枰鄠€(gè)測量工序，工作量大、效率低，對(duì)小麥破碎之后的重量稱量精度要求較高。與傳統(tǒng)測量方法相比，本發(fā)明檢測方法作用于群體顆粒樣本，測量步驟簡單，測量一致性較高，并可通過檢測散粒體的整體性直接反映小麥的硬度特性，可實(shí)現(xiàn)小麥的近無損檢測，即在檢測過程中極大地減小了對(duì)小麥顆粒的破損，可實(shí)現(xiàn)對(duì)同批次的小麥樣本進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。
為驗(yàn)證本發(fā)明檢測儀的檢測效果，選擇10各小麥樣品分別測其硬度，并與采用現(xiàn)有國標(biāo)JYDB100-40測量的硬度結(jié)果進(jìn)行比較，具體數(shù)據(jù)如下表
權(quán)利要求
1.一種小麥硬度檢測儀，其特征在于它包括測量平臺(tái)(1)以及垂直設(shè)置在所述測量平臺(tái)(1)上的支架(2)，設(shè)置在支架上端的伺服電機(jī)(3)帶動(dòng)的工作絲桿(4)上旋擰有上下移動(dòng)的滑塊(5)，水平固連在所述滑塊(5)上的橫桿(6)端部設(shè)置有垂直向下的壓桿(7)，靠近壓桿(7 )的橫桿(6 )上設(shè)置有壓力傳感器(8 )；在所述測量平臺(tái)(1)上活動(dòng)放置有盛麥容器(9)，旋擰在盛麥容器(9)上的壓蓋(10)中心位置開設(shè)有測孔，所述壓桿(7)自測孔插入盛麥容器(9)內(nèi)腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊式小麥硬度檢測儀，其特征在于所述工作絲桿(4)外部設(shè)置有護(hù)罩(11)；固連在滑塊(5)上的橫桿(6)沿護(hù)罩(11)上開設(shè)的縱向通槽上下移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊式小麥硬度檢測儀，其特征在于所述伺服電機(jī)(3)上方設(shè)置有位移編碼器(12)。
4.使用權(quán)利要求1所述的儀器檢測小麥硬度的方法，它包括下述步驟第一步，選待測試小麥樣品，稱重后裝入盛麥容器(9)中，經(jīng)振動(dòng)旋緊壓蓋(10)；初始化扣緊壓蓋(10)，加INm力，使盛麥容器(9)受力一致，確定初始位置；根據(jù)測量要求，繼續(xù)旋擰壓蓋(10)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定力矩時(shí)停止，記錄旋轉(zhuǎn)角度；第二步，將盛麥容器(9)放在測量平臺(tái)(1)上，壓桿(7)對(duì)準(zhǔn)盛麥容器壓蓋(10)中心的測孔，準(zhǔn)備測量；第三步，打開上位機(jī)的硬度測定程序，啟動(dòng)伺服電機(jī)(3)，工作絲桿(4)轉(zhuǎn)動(dòng)使滑塊(5) 向下，帶動(dòng)壓桿(7)向下自壓蓋(10)的測孔中插入盛麥容器(9)中，根據(jù)壓入盛麥容器(9) 中的深度與壓力的關(guān)系以及測試小麥的重量數(shù)據(jù)，微處理器自動(dòng)計(jì)算出小麥硬度并在顯示屏上顯示出來，測量后滑塊(5)復(fù)位，等待下次測量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小麥硬度檢測儀，它包括測量平臺(tái)及支架，設(shè)置在支架上端的電機(jī)帶動(dòng)的絲桿上旋擰有滑塊，水平固連在滑塊上的橫桿端部連接有向下的壓桿，在橫桿上設(shè)置有壓力傳感器；測量平臺(tái)上活動(dòng)放有盛麥容器，在盛麥容器的壓蓋上開有測孔，壓桿自測孔插入盛麥容器中。使用該檢測儀檢測小麥硬度的方法為將小麥樣品稱重后裝入容器放在測量平臺(tái)上，壓桿對(duì)準(zhǔn)容器壓蓋中心的測孔，打開上位機(jī)的硬度測定程序，啟動(dòng)電機(jī)，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊向下，帶動(dòng)壓桿向下自壓蓋測孔中插入容器中，根據(jù)壓入容器中的深度與壓力的關(guān)系測試，計(jì)算出小麥硬度并顯示出來。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過構(gòu)建小麥沖擊破碎的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)通過檢測關(guān)鍵參數(shù)快速確定小麥硬度的目的。
文檔編號(hào)G01N3/40GK102519815SQ20111041727
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者于心俊, 周杰, 曹毅, 李秀娟, 臧義 申請(qǐng)人:河南工業(yè)大學(xué)