本發(fā)明涉及水果成熟度檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于紅外光聲光譜的水果成熟度無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

水果的成熟度是水果最主要的品質(zhì)之一，水果的成熟度的檢測(cè)能夠確定水果成熟度等級(jí)，可根據(jù)檢測(cè)的水果成熟度等級(jí)選擇合適的水果采摘時(shí)間，進(jìn)而有助于水果后續(xù)的加工、處理和運(yùn)輸過(guò)程中延長(zhǎng)水果的貨架期，防止水果營(yíng)養(yǎng)成分的流失影響到水果品質(zhì)，避免在儲(chǔ)存和銷售的過(guò)程中造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

近紅外光譜技術(shù)雖然在水果成熟檢測(cè)技術(shù)中有相關(guān)的應(yīng)用，但是由于光與組織相互作用過(guò)程必然伴隨著一定的反射、散射和其他的光損失，因此使得光在組織中的穿透深度有限的，從而造成探測(cè)到的光所攜帶的有用信息也是有限，當(dāng)前這些技術(shù)難題尚未解決，因而此類檢測(cè)方法難以獲得準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供了一種基于紅外光聲光譜的水果成熟度無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)及方法，其能夠避免近紅外光譜檢測(cè)方法中光散射、反射的干擾，大大提高了檢測(cè)精度，且能可在線實(shí)時(shí)的檢測(cè)水果釋放的乙烯氣體濃度，確定水果的最佳采摘時(shí)間，為水果的加工、運(yùn)輸和貯存提供了可靠的技術(shù)手段。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

設(shè)計(jì)基于紅外光聲光譜的水果成熟度無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，包括激光發(fā)射組件、光聲探測(cè)組件和信號(hào)處理組件；所述激光發(fā)射組件包括依次對(duì)應(yīng)連接的激光信號(hào)調(diào)制裝置、激光控制器和紅外激光器；所述光聲探測(cè)組件包括設(shè)置于所述紅外激光器激光發(fā)射光路上的分光器，以及分別設(shè)置在所述分光器分開的兩條光路末端的參考光聲池和樣品光聲池，在所述參考光聲池和樣品光聲池中分別設(shè)置有光聲探測(cè)器，在所述參考光聲池一側(cè)設(shè)置有與其相連通的樣品放置裝置；所述信號(hào)處理組件包括微控制器、與所述光聲探測(cè)器對(duì)應(yīng)連接的前置放大器、以及與所述前置放大器對(duì)應(yīng)連接的鎖相放大器，所述鎖相放大器通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡與所述微控制器連接。

優(yōu)選的，所述光聲探測(cè)組件還包括光纖準(zhǔn)直器，所述光纖準(zhǔn)直器設(shè)置于分光器分開的兩條光路上。

優(yōu)選的，所述紅外激光器為10.5μm的量子級(jí)聯(lián)激光器，所述激光信號(hào)調(diào)制裝置為波形發(fā)生器。

優(yōu)選的，所述 紅外激光器為10.5μm的CO2 激光器，所述激光信號(hào)調(diào)制裝置為斬波器。

優(yōu)選的，所述光聲探測(cè)器為微音器或石英音叉，所述分光器為Y型分叉光纖或平面分束鏡，所述前置放大器為低噪聲電流放大器，所述微控制器上還設(shè)置有液晶顯示器。低噪聲電流放大器，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；二是將信號(hào)進(jìn)行放大。

設(shè)計(jì)一種利用所述基于紅外光聲光譜的水果成熟度無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行水果成熟度無(wú)損檢測(cè)的方法，包括如下步驟：

（1）首先將待測(cè)樣品放置于樣品放置裝置中；然后利用波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)，將激光信號(hào)調(diào)制裝置生成的信號(hào)加到激光控制器上，利用激光控制器驅(qū)動(dòng)并控制的紅外激光器發(fā)出波長(zhǎng)調(diào)制的激光；

（2）步驟（1）中所述紅外激光器發(fā)射的激光被分光器分為光功率相同的兩束，兩束光線的末端分別通過(guò)光纖準(zhǔn)直器進(jìn)行準(zhǔn)直，其中一束通過(guò)參考光聲池，該參考光聲池內(nèi)氣體為空氣，該光路為參考光路；另一束通過(guò)樣品光聲池，該樣品光聲池與樣品放置裝置相連通，樣品光聲池內(nèi)氣體為空氣和待測(cè)樣品釋放出來(lái)的乙烯，該束光路為測(cè)量光路；

（3）參考光聲池和樣品光聲池中的光聲探測(cè)器檢測(cè)所得的信號(hào)分別經(jīng)過(guò)一個(gè)前置放大器進(jìn)行放大，然后再通過(guò)鎖相放大器得到二次諧波信號(hào)，最后通過(guò)高速數(shù)據(jù)采集卡將所得的兩路二次諧波信號(hào)傳輸給微控制器；

（4）微控制器將所采集到的兩路信號(hào)進(jìn)行比值或差值處理，計(jì)算出采集的二次諧波信號(hào)與水果釋放乙烯氣體的關(guān)系，根據(jù)乙烯氣體的濃度來(lái)確定水果的成熟度等級(jí)，并通過(guò)液晶顯示器輸出處理結(jié)果。

優(yōu)選的，所述紅外激光器為10.5 μm的量子級(jí)聯(lián)激光器，所述激光信號(hào)調(diào)制裝置為波形發(fā)生器，所述激光控制器包括溫度控制單元和電流控制單元，波形發(fā)生器將生成的低頻的三角波信號(hào)和高頻的正弦波信號(hào)疊加到電流控制電路中，對(duì)發(fā)出的激光進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制。

優(yōu)選的，在所述步驟（2）中，所述分光器為Y型分叉光纖或平面分束鏡。

優(yōu)選的，在所述步驟（3）中，所述光聲探測(cè)器為微音器，參考光聲池和樣品光聲池中分別設(shè)置有諧振腔，微音器緊貼在諧振腔的中間位置。

優(yōu)選的，在所述步驟（3）中，所述光聲探測(cè)器為石英音叉，參考光聲池和樣品光聲池中分別設(shè)置有微型共振毛細(xì)管，微型共振毛細(xì)管固定于音叉的兩側(cè)。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

1.利用紅外光聲光譜檢測(cè)水果釋放的乙烯氣體來(lái)判斷水果品質(zhì)，根據(jù)水果釋放乙烯氣體的含量來(lái)判斷水果的成熟度。避免近紅外光譜檢測(cè)方法中光散射、反射的干擾，提高了檢測(cè)精度。

2.既可以通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)水果釋放的乙烯氣體含量來(lái)確定水果的成熟度等級(jí)，又不會(huì)破壞水果的內(nèi)部組織，有較好的重復(fù)性，還可以根據(jù)水果釋放的乙烯氣體來(lái)確定水果存儲(chǔ)、加工和運(yùn)輸條件。

能夠避免近紅外光譜檢測(cè)方法中光散射、反射的干擾，大大提高了檢測(cè)精度，且能可在線實(shí)時(shí)的檢測(cè)水果釋放的乙烯氣體濃度，確定水果的最佳采摘時(shí)間。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖 2為光聲二次諧波信號(hào)與乙烯氣體濃度的關(guān)系圖；

其中，1為紅外激光器，2為激光控制器，3為激光信號(hào)調(diào)制裝置，4為分光器，5為光纖準(zhǔn)直器，6為參考光聲池，7為樣品光聲池，8為樣品放置裝置，9為樣品，10為光聲探測(cè)器，11為前置放大器，12為鎖相放大器，13為微控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但以下實(shí)施例只是用來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。以實(shí)施例中所涉及的設(shè)備或材料，如無(wú)特別說(shuō)明則均為常規(guī)設(shè)備或材料；所涉及的方法步驟如無(wú)特別說(shuō)明則均為常規(guī)方法步驟。

實(shí)施例1：一種基于紅外激光光聲光譜的水果成熟度無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示，包括激光發(fā)射組件、光聲探測(cè)組件和信號(hào)處理組件；激光發(fā)射組件包括依次對(duì)應(yīng)連接的激光信號(hào)調(diào)制裝置3、激光控制器2以及紅外激光器1。光聲探測(cè)組件包括分光器4、光纖準(zhǔn)直器5、參考光聲池6、樣品光聲池7、樣品放置裝置8以及光聲探測(cè)器10；分光器4設(shè)置于10.5μm的紅外激光器發(fā)出的激光光路上，將激光分為光功率相同的兩束光路；光纖準(zhǔn)直器5分別設(shè)置于兩光路上，用于將出射光束進(jìn)行準(zhǔn)直；參考光聲池6和樣品光聲池7分別設(shè)置于分光器4分開兩光路的末端，樣品放置裝置8一側(cè)設(shè)置有與之對(duì)應(yīng)連通的樣品光聲池7；光聲探測(cè)器10分別在參考光聲池6和樣品光聲池7中設(shè)置。信號(hào)處理組件包括微控制器13、與分別光聲探測(cè)器10對(duì)應(yīng)連接的前置放大器11、以及與前置放大器11對(duì)應(yīng)連接的鎖相放大器12；鎖相放大器12通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡與微控制器13連接。

紅外激光器1為量子級(jí)聯(lián)激光器，激光信號(hào)調(diào)制裝置3為波形發(fā)生器，10.5 μm的紅外激光器1通過(guò)激光控制器2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，利用波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)將波形發(fā)生器生成的信號(hào)疊加到激光控制器2的電流控制電路上，利用激光控制器2驅(qū)動(dòng)并控制10.5μm的紅外激光器發(fā)出波長(zhǎng)調(diào)制的激光。分光器4為Y型分叉光纖。光聲探測(cè)器10為微音器，參考光聲池6和樣品光聲池7中設(shè)置有諧振腔，微音器緊貼在諧振腔的中間位置。鎖相放大器12通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡與微控制器12連接。

實(shí)施例2：一種利用基于紅外光聲光譜的水果成熟度無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)水果成熟度無(wú)損檢測(cè)的方法，包括如下步驟：

（1）首先將待測(cè)樣品放置于樣品放置裝置中；然后利用波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)，將激光信號(hào)調(diào)制裝置3生成的信號(hào)加到激光控制器2上，利用激光控制器2驅(qū)動(dòng)并控制的紅外激光器1發(fā)出波長(zhǎng)調(diào)制的激光；10.5 μm 紅外激光器1為量子級(jí)聯(lián)激光器，激光信號(hào)調(diào)制裝置3為波形發(fā)生器，激光控制器2包括溫度控制單元和電流控制單元，波形發(fā)生器將生成的低頻的三角波信號(hào)和高頻的正弦波信號(hào)疊加到電流控制器中，對(duì)發(fā)出的激光進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制。激光器控制器利用穩(wěn)定的電流電路和溫度補(bǔ)償電路來(lái)控制激光器的驅(qū)動(dòng)電流和溫度來(lái)控制特定波長(zhǎng)的激光輸出以及保證輸出激光的穩(wěn)定；

（2）步驟（1）中紅外激光器發(fā)射的激光被分光器4分為光功率相同的兩束，兩束光線的末端分別連接光纖準(zhǔn)直器5將出射光束進(jìn)行準(zhǔn)直，其中一束通過(guò)參考光聲池6，該參考光聲池6內(nèi)氣體為空氣，該光路為參考光路；另一束通過(guò)樣品光聲池7，該樣品光聲池7內(nèi)氣體為事先由樣品放置裝置8中導(dǎo)入的待測(cè)氣體乙烯和空氣，其中乙烯氣體為放置于樣品放置裝置中的樣品9釋放出來(lái)的，該束光路為測(cè)量光路；分光器4為平面分束鏡；

（3）參考光聲池6和樣品光聲池7中分別放置有光聲探測(cè)器10，兩光聲探測(cè)器10將測(cè)量所得的信號(hào)分別通過(guò)一個(gè)前置放大器11進(jìn)行放大，經(jīng)過(guò)放大后的信號(hào)通過(guò)鎖相放大器12得到二次諧波信號(hào)，提高探測(cè)靈敏度和信噪比，最后通過(guò)高速數(shù)據(jù)采集卡將兩路二次諧波信號(hào)傳輸給帶液晶顯示器的微控制器13；光聲探測(cè)器10為石英音叉，參考光聲池6和樣品光聲池7中分別設(shè)置有微型共振毛細(xì)管，微型共振毛細(xì)管固定于音叉的兩側(cè)；

（4）微控制器13將所采集到的兩路信號(hào)進(jìn)行比值或差值處理，計(jì)算出采集的二次諧波信號(hào)與水果釋放乙烯氣體的關(guān)系，其中二次諧波信號(hào)為光聲探測(cè)信號(hào)二次求導(dǎo)最大值，如圖2所示，根據(jù)乙烯氣體的濃度來(lái)確定水果的成熟度等級(jí)，并通過(guò)液晶顯示器輸出處理結(jié)果。

上面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下，還可以對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)具體參數(shù)進(jìn)行變更，形成多個(gè)具體的實(shí)施例，均為本發(fā)明的常見變化范圍，在此不再一一詳述。