本實用新型涉及果品光譜無損檢測領域，尤其涉及一種便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無損檢測光纖探頭。
背景技術：
獼猴桃具有豐富的營養(yǎng)價值，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，被譽為“水果之王”。 我國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。方便快捷地檢測獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)，對于獼猴桃生產(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中測量，雖然該方法相對精確，但是存在有損傷、不利于消費者挑選水果等缺點。與傳統(tǒng)破壞式檢測相比，光譜檢測具有快速、無損、環(huán)境友好等優(yōu)點。但是，獼猴桃表皮含有絨毛，容易擋住探測光纖探頭，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內(nèi)果肉區(qū)域又會受到黑色果實籽的干擾，影響檢測結果。
光纖探頭檢測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。已有研究表明，探測光纖所測量到的光子在生物組織中的傳輸深度隨著光源與探測器間距的增大而增大。
中國專利公告號CN203519486U，公開日2014年4月2日，實用新型專利名稱為“一種近紅外便攜式臍橙品質(zhì)無損檢測裝置”，該申請公開了一種近紅外便攜式臍橙品質(zhì)無損檢測裝置，其檢測探頭“外側面呈半圓形，半圓形內(nèi)側面分布近紅外管，近紅外管呈對管分布，一側設置近紅外發(fā)射管，對面一側設置近紅外接收管，半圓形球面設置發(fā)射管和接收管并列在一起的近紅外管”，檢測探頭中對糖度的檢測使用發(fā)射和接收波長為 “836nm、876nm、880nm、893nm、938nm、965nm”的近紅外管，對酸度的檢測使用發(fā)射和接收波長為“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有限且固定，只能針對臍橙檢測。中國專利公告號CN101876630A，公開日2010年11月3日，發(fā)明專利名稱為“一種基于LED組合光源的便攜式水果品質(zhì)無損檢測裝置”，該申請公開了一種由LED組合光源構成的手持式探頭，其構成包括“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、緊固螺釘、手柄、堵頭”，其中LED組合光源的結構是“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光源的軸線與手持式探頭的軸線成約7°夾角”。不足之處是該專利中的探頭僅由620nm、850nm、880nm和940nm這四個LED光源與檢測光纖組成，對獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)檢測時，由于波段數(shù)量有限不能提供足夠的光譜信息，僅用這4個波段建模使得最終對獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)的預測誤差較大。
現(xiàn)有技術中主要存在以下幾個問題：
（1）檢測光源波段有限，對獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)檢測時提供的光譜信息不足，導致預測結果誤差較大；
（2）光源與探測器間距不確定，不能減少獼猴桃果皮及內(nèi)果肉中果實籽的影響；
探測光纖直徑小、進光量不夠，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。
技術實現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型要解決的技術問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)無損檢測光纖探頭。
本實用新型的技術方案如下：
便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無損檢測光纖探頭包括遮光罩、聚光透鏡、環(huán)形照明光纖、探測光纖、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。所述探測光纖在探頭前端位于探頭中心位置，聚光透鏡位于探測光纖前端，與探測光纖間隔一定距離，在探頭尾端探測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)形排列在探測光纖外側，且與探測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)，聚光透鏡通過地壓圈固定在探測光纖前端，與探測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光纖的中心軸線上，且探測光纖和聚光透鏡位于環(huán)形照明光纖內(nèi)側，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)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于：
本實用新型在探測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小絨毛對光信號的干擾，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)果肉中的果實籽及果皮對光譜信息的干擾；
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，提高了檢測的準確性。
附圖標記
1．遮光罩；2．聚光透鏡；3．環(huán)形照明光纖；4．探測光纖；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。
附圖說明
圖1是便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無損檢測光纖探頭總體結構示意圖；
圖2是便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無損檢測光纖探頭側剖視圖；
圖3是便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無損檢測光纖探頭俯視圖；
圖4是便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無損檢測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)無損檢測光纖探頭的工作原理圖；
圖6是本實用新型的檢測效果圖。
具體實施方式
下面結合一個優(yōu)選實施例和附圖對本實用新型作進一步說明：
如圖1、2所示，便攜式獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)無損檢測光纖探頭包括：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。探測光纖4在探頭前端位于探頭中心位置，由一根石英光纖構成，聚光透鏡2通過地壓圈固定在探測光纖4前端，與探測光纖4之間的距離為聚光透鏡的后焦距12mm，聚光透鏡2的中心在探測光纖4的中心軸線上，且探測光纖4和聚光透鏡2位于環(huán)形照明光纖3內(nèi)側，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)形排列在探測光纖4外側，且與探測光纖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。
下面結合圖3、圖5、圖6具體說明工作過程：
試驗用獼猴桃14產(chǎn)自陜西咸陽楊陵，品種為徐香，樣品個數(shù)為139個，光源為功率6.5W的鹵素燈，光譜儀為海洋光學的NIRQuest(512) 。在獼猴桃赤道部位選取均勻分布且無缺陷的2個點進行標號。將鏡筒9與光源連接，光纖接口7與光譜儀連接，獼猴桃樣品標號處與遮光罩1緊密貼合。鏡筒9將光源發(fā)出的光導入照明光纖10處，傳導至環(huán)形照明光纖3，環(huán)形光照射到被測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入獼猴桃外果肉中。進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)過聚光透鏡2進入到探測光纖4，經(jīng)探測光纖4傳導到至光纖接口7處，然后傳導至光譜儀中，完成光譜的采集，圖6即為使用本實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，本實用新型可以獲取到全波段光譜信息，光譜重復性很好，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度較大，適合便攜式儀器使用。獼猴桃樣品的光譜測量完成后立即使用PR-101α型數(shù)字式折射計在標記點進行糖度測量。每個樣品從標記部位切取一定厚度外果肉，用家用壓蒜器榨汁，果汁經(jīng)紗布過濾擠汁滴于折射計鏡面，每個點測量2次，將2次測量結果的平均值作為樣品在該標記位置的糖度的實測值。樣品隨機劃分，其中校正集104個預測集35個，對獲取的光譜和糖度值進行PLS建模，最終獲得的校正集樣品的相關系數(shù)0.97，預測集樣品相關系數(shù)0.96。說明本實用新型可以較準確的獲取獼猴桃外果肉內(nèi)部品質(zhì)信息。
以上實施例僅僅是對本實用新型的舉例說明，并不構成對本實用新型的保護范圍的限制，凡是與本實用新型相同或相似的設計均屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。