一种苹果糖度和酸度近红外检测装置

本技术涉及农产品品质检测，具体为一种苹果糖度和酸度近红外检测装置。

背景技术：

1、苹果作为全球产量最高、消费范围最广的温带水果之一，2023 年全球年产量超8000万吨，中国作为主产国占比超50%，其糖度、酸度（以苹果酸含量计）等内部品质指标不仅直接决定果实的风味口感，更是影响消费者购买意愿、商超分级定价及出口贸易等级的核心依据。随着消费升级与农产品品质化趋势，市场对苹果品质的精准评价需求日益迫切，而高效、无损的品质检测技术已成为苹果产业链从采摘后分选到终端品质管控的关键支撑。

2、传统的苹果糖度与酸度检测主要依赖化学分析法，具体包括：采用手持糖度计测定糖度时，需将苹果榨汁后取上清液检测，单次检测需消耗5-10ml 果汁，属于典型的破坏性取样，且榨汁过程中易因糖分氧化导致检测误差；采用酸碱滴定法测定酸度时，需将果肉匀浆、过滤后进行滴定操作，单次检测耗时长30-6分钟，不仅效率极低，无法满足生产线“每分钟数十个”的检测需求，还需使用酚酞指示剂等化学试剂，存在试剂污染与操作安全隐患。此外，传统方法受取样局限性影响，难以反映果实不同部位的糖酸分布差异，导致检测结果无法代表苹果整体品质，易出现“误判分级”问题，给果农与企业造成经济损失。

3、近红外光谱技术凭借“无损、快速、环保、多组分同步检测”的优势，已成为农产品品质检测领域的主流技术方向，相关专利技术也逐步涌现，例如：

4、申请号为201611112269.4、公开号为cn105527244a的专利，公开了一种基于近红外光谱的水果糖度检测装置，其采用500-1900nm的波长范围，重点通过改进线性回归算法优化检测模型精度，但该装置存在两大核心缺陷：一是波长范围未覆盖苹果酸度特征峰，无法实现酸度检测；二是模型计算依赖复杂的高级算法，单次样品计算耗时超2分钟，仅适用于实验室抽样分析，无法满足工业化在线检测的实时性需求，且装置需人工调整样品位置，操作流程繁琐。

5、申请号为201710121615.3、201710271814.2的专利，虽在上述专利基础上优化了光谱采集结构，但仍未突破“单一组分检测”与“低自动化”的局限：前者仅能检测糖度，后者需人工辅助定位苹果，每小时检测量不足50个，远低于规模化生产线“每小时300个以上”的需求，且未设置角度调节机构，仅能采集苹果单一表面光谱，无法规避果实部位差异导致的检测偏差。

6、公开号为cn1430723a的专利，采用多光谱仪组合采集250-1150nm光谱信号，光源选用钨丝灯，但该装置结构复杂：多光谱仪的使用使设备成本较单光谱仪提升40%以上，且钨丝灯的光谱强度稳定性差，导致光谱信号重复性差，糖度检测误差超过1.5brix；同时，装置未集成进样与传送机构，需人工逐个上样，操作不便且易引入人为误差。

7、公开号为cn119869969b的专利，侧重于三华李的糖度分选，其采用400-1100nm的可见-近红外波段，但三华李与苹果的组织结构、糖酸组成差异显著，该装置的波长范围、光源功率及检测模型均不适用于苹果，若强行套用会导致苹果糖度检测误差超2brix、酸度检测误差超0.2%，无法满足精准检测需求。

8、综上，现有近红外检测技术在苹果糖度与酸度检测中，仍存在以下亟待解决的问题：

9、破坏性与低效率并存：传统化学法需取样破坏果实，近红外类装置虽无损，但部分专利（如201611112269.4）检测效率低、操作复杂，无法适配工业化生产线；

10、检测全面性不足：多数装置仅检测糖度或单一部位光谱（如 cn1430723a），忽略酸度检测与果实部位差异，导致品质评价不全面；

11、自动化程度低：缺乏集成化的进样、定位、角度调节机构（如201710121615.3），需人工干预，易引入误差且检测量低；

12、精度与稳定性差：部分装置波长范围不匹配苹果糖酸特征峰、光源稳定性不足（如钨丝灯）或模型适配性差（如cn119869969b），导致检测误差大、重复性低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种苹果糖度和酸度近红外检测装置，以解决上述背景技术中提出的现有技术中苹果检测存在的破坏性与低效率并存、检测全面性不足、自动化程度低、精度与稳定性差的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种苹果糖度和酸度近红外检测装置，包括仪器外壳，所述仪器外壳底部四角固定设置有减震器，所述仪器外壳内部集成设置有进样传送机构、定位调节机构、光谱采集系统及工控机控制系统；

3、所述进样传送机构包括沿仪器外壳长度方向水平布置的传送带，所述传送带两侧转动支撑有传送滚轮，所述传送带一端侧部固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过联轴器与传送滚轮的转轴传动连接；

4、所述定位调节机构对应传送带另一端设置，包括升降平台以及水平位于升降平台顶面的旋转平台，所述升降平台底部中心固定有连接座，所述连接座与丝杆套固定连接，所述丝杆套内螺纹套设有丝杆，所述丝杆底部与升降电机的输出轴传动连接，所述升降平台四角外侧均设置有限位竖杆，所述限位竖杆通过竖杆l型支架垂直固定在仪器外壳内部后侧；

5、所述光谱采集系统对应旋转平台的正上方设置，包括光源、宽光谱卤素灯、光谱置线箱、近红外光谱仪主机、ccd摄像头及光纤探头，所述宽光谱卤素灯通过宽光谱纤线与光谱置线箱连接，所述光纤探头与近红外光谱仪主机通过铠装光纤连接，所述光源、宽光谱卤素灯、ccd摄像头及光纤探头均通过支架水平固定在仪器外壳内部上方，且四者的中心轴线位于同一水平面，所述ccd摄像头位于宽光谱卤素灯与光纤探头之间，所述光源与宽光谱卤素灯相邻设置；

6、所述工控机控制系统包括工控机、控制模块及数据采集卡，所述仪器外壳内部后侧垂直固定有安装板，所述工控机、控制模块及数据采集卡均固定在安装板上，所述工控机分别与控制模块、数据采集卡电连接，所述控制模块分别与驱动电机、升降电机电连接。

7、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述传送带靠近定位调节机构的一端开设有沿传送带宽度方向的通槽，所述通槽远离定位调节机构的一侧通过l型支架固定安装有光电传感器，所述光电传感器的检测端水平朝向传送带的输送面，所述光电传感器与数据采集卡电连接，所述驱动电机的输出轴与传送滚轮的转轴通过弹性联轴器同轴传动，确保传动稳定性。

8、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述升降平台上远离旋转平台的一侧通过位移传感器支架垂直固定有位移传感器，所述位移传感器的检测端水平朝向升降平台的侧面，所述位移传感器与数据采集卡电连接，所述升降平台的外侧壁上通过紧固螺栓可拆卸安装有连接升降架，所述限位竖杆的内侧壁上开设有沿竖直方向的升降槽，所述连接升降架远离升降平台的一端滑动嵌入升降槽内。

9、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述旋转平台底部中心垂直固定有旋转连接杆，所述旋转连接杆贯穿升降平台的中心通孔并通过同步带与步进电机的输出轴传动连接，所述步进电机通过电机支架固定在升降平台内部的空腔中，所述旋转平台侧部的升降平台上通过三角支架固定有角度传感器，所述角度传感器的检测端朝向旋转平台的边缘齿槽，所述角度传感器与数据采集卡电连接，所述控制模块与步进电机电连接。

10、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述光源与宽光谱卤素灯协同作为检测光源，所述光纤探头与宽光谱卤素灯之间存在水平夹角，所述ccd摄像头与宽光谱卤素灯之间存在水平夹角，所述ccd摄像头与控制模块电连接。

11、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述仪器外壳的前端表面嵌入安装有人机交互界面，所述人机交互界面与工控机电连接，所述数据采集卡分别与位移传感器、角度传感器、光电传感器电连接，所述控制模块还分别与宽光谱卤素灯、光源、ccd摄像头电连接。

12、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述限位竖杆共四根，分别对应升降平台的四角外侧，且四根限位竖杆的轴线呈矩形分布，所述升降槽的长度与升降平台的最大升降行程适配。

13、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

14、1、通过采用近红外光谱技术，通过光谱采集系统，宽光谱卤素灯、光源 、光纤探头以及近红外光谱仪主机，采集苹果表面漫反射光谱信号，无需榨汁、匀浆等破坏性操作，仅通过光信号分析即可反演糖度、酸度，避免果实损坏，依托进样传送机构，传送带和驱动电机与工控机闭环控制，待检测苹果经传送带自动输送至定位区域，光电传感器触发到位停机，后续升降、光谱采集、数据处理全流程无需人工干预，同时，传送带输送速度与检测周期匹配，替代传统化学法的破坏性取样，检测后苹果仍可正常销售、储存，检测效率较现有人工辅助近红外装置提升，满足苹果加工厂、商超分级的工业化批量检测需求，解决破坏性取样和低效率检测的痛点，实现苹果无损化、工业化批量检测；

15、2、通过设计光源和宽光谱卤素灯协同发光模块，有效光谱范围覆盖该波长区间既包含糖分的特征响应波段，也覆盖苹果酸的特征峰，配合近红外光谱仪主机，同步采集糖、酸对应的光谱信号，整体品质覆盖，通过定位调节机构的旋转平台与步进电机配合，驱动苹果实现四档位精确定位，避免传统装置仅检测单一表面导致的部位差异偏差，反映苹果整体糖酸分布，解决单一组分以及单一部位的检测局限，实现苹果糖度、酸度同步检测与整体品质评价。

16、3、通过依托工控机控制系统与多传感器协同，构建上样-定位-检测-出结果的无人干预流程，仪器外壳前端嵌入人机交互界面，支持参数设置与结果显示，无需专业人员拆解设备，普通操作员经过简单培训即可上手，解决单一组分和单一部位的检测局限，实现苹果糖度、酸度同步检测与整体品质评价。

17、4、通过仪器外壳底部设置减震器，减少设备运行振动对光谱采集的干扰，采用宽光谱卤素灯和光谱置线箱组合，光强衰减率，确保光谱信号稳定性，通过限位竖杆和连接升降架的限制升降平台倾斜，位移传感器实时校准升降高度，角度传感器修正旋转角度，避免苹果偏移导致的光谱采集偏差，进一步提升信号精度，解决光强不稳定、定位偏差和波长不匹配的问题，实现高精度、高稳定性检测。