针对粮食污染及染病籽粒的激光光电快速检测装置和方法

1.本发明涉及粮食的储存、生产和运输领域，具体的说，涉及了一种针对粮食污染及染病籽粒的激光光电快速检测装置和方法。


背景技术：

2.粮食在生产、储运等过程中，不可避免地会受到一些污染，如：真菌、霉变、油污等，若人们食用了这些污染的粮食，会或轻或重地影响人的健康，所以要在食用前将被污染的粮食颗粒分拣出来，以保障食品安全。
3.当前谷物及其它农产品检测技术的研究主要集中在三个方向：生物化学检测法、机器视觉检测法以及光电检测法。
4.生化检测方法具有灵敏度高、准确度高，但所需条件比较严苛，操作较为复杂，检测时间较长。
5.机器视觉技术在农产品检测领域比较典型应用的有色选技术以及高光谱成像技术两种。目前市面上的色选机械均通过反射式光学系统及摄像机采集谷物颗粒的图像，但这种检测方法对小麦污染及染病麦粒识别效果很差。高光谱成像存在数据量大、冗余较多、设备价格较高的缺陷。
6.光电检测法采用特定的光源照射被测对象，经被测物体漫反射或漫透射，形成携带物体信息的光信号，最后由计算机进行分析处理，从而实现对被检测物外观或者内部成分的检测。
7.根据光谱范围的不同，可分为可见光、近红外光和x光三种检测方法。近红外光谱仪设备对周围环境尤其是温度变化比较敏感，且体积通常较大。x光穿透能力较强，但x光存在放射性，对人体危害较大，且检测周期较长，故在谷物检测领域应用较少。
8.如申请号为201910405007.4、发明名称为：同时利用两种特定波长的可见光进行赤霉病小麦筛选的发明专利中，提供了一种使用可见光反射原理，对赤霉病小麦进行检测的方法，能够通过反射的光谱信息的差异，实现对小麦的筛查。
9.但是，反射光线的方式对光的发射精度、检测精度都有很高的要求，周围物体和环境的反射光线容易造成检测过程中的干扰，且每粒种子的外形都不一样，反射后的光线去向不同，也会导致检测过程中的检测精度问题。
10.总之，现有的采用可见光反射原理、采用近红外光和x光的技术方案，均存在不同程度的问题。
11.为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。


技术实现要素：

12.本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种采用激光透射、抗干扰能力强、波段吸光率大、检测准确率高的针对粮食污染及染病籽粒的激光光电快速检测装置和方法。
13.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种针对粮食污染及染病籽粒的激光光电快速检测装置，包括激光光源、粮食检测位、光电探测器和处理器模块；所述激光光源和光电探测器正对的设置于粮食检测位的两侧，所述激光光源所发射的光线穿过粮食检测位照射在光电探测器的接收端，所述光电探测器连接所述处理器模块。
14.基上所述，所述激光光源所发射的激光波长为550-750nm。
15.基上所述，所述粮食检测位的待测空间的外围边界在光线的照射方向的投影面积覆盖光电探测器的接收端的边界。
16.基上所述，所述粮食检测位为一条倾斜的粮食流道，所述粮食流道的下方设置有用于安装光电探测器的狭缝或嵌槽，所述激光光源安装于粮食流道的上方。
17.基上所述，所述激光光源的发射方向与粮食流道垂直，所述光电探测器的接收方向与粮食流道垂直。
18.基上所述，所述激光光源为平行的激光光束。
19.基上所述，所述的粮食为玉米或小麦。
20.基上所述，所述粮食检测位的前侧安装一个位置传感器，所述位置传感器关联所述激光光源和/或光电探测器，以便联动启动。
21.基上所述，所述粮食检测位的后侧设置有高压吹扫喷头，所述高压吹扫喷头正对粮食流道设置，所述高压吹扫喷头与所述处理器模块连接，以便联动启动，将检出粮食吹走。
22.一种针对粮食污染及染病籽粒的激光光电快速检测方法，包括以下步骤：取一批粮食中的若干正常粮食粒，采用权利要求1-7任一项所述的针对粮食污染及染病籽粒的激光光电快速检测装置进行检测，获得一个标定值，存储于处理器模块中；然后将同批粮食按照设定的方式以粮食流的方式经过粮食检测位，激光光源发射激光光束，激光光束透过粮食本体到达光电探测器，光电探测器接收光信号并将其转换为电流信号，电流信号经处理后发送至处理器模块，处理器模块将该电流信号作为检测值与标定值进行对比、判断，若检测值超过标定值，判断粮食是否存在污染。
23.本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用激光作为检测光源，由于激光具有较强的穿透性，因此将光电探测器安装在相对的位置，让光线穿透粮食进行检测，这样做的好处是，能够避免反射原理下，粮食表面和位置不规则导致的反射光不均匀、不稳定的，以及周边环境中其它物质反射对检测产生干扰的问题。
24.进一步的，通过实验发现，波长在550-750nm的激光光源探照下，染病粮食对激光的吸光率程度远大于正常麦粒，在该波长范围内有更好的检出准确率。
25.进一步的，将粮食检测位设置为粮食流道，可以快速的对批量的粮食进行检测，效率更高。
26.进一步的，配置位置传感器，使光电探测器和激光光源联动启动，起到节能作用。
27.进一步的，配置高压吹扫喷头，可以直接将染病粮食吹走，起到筛选作用。
附图说明
28.图1是本发明中针对粮食污染及染病籽粒的激光光电快速检测装置的结构原理
图。
29.图2是本发明中正常玉米籽粒与病态玉米籽粒在激光光源和led光源下进行透射光强度差值对比的比较图。
30.图3是本发明中正常麦粒与病态麦粒使用激光光源和led光源检测时的透射光强度差值的比较图。
31.图4是本发明中不同类型玉米的正常籽粒与病态籽粒在不同波长的激光光源探照下的透射光强度差值的对比图。
32.图5是本发明中正常小麦籽粒和病态小麦籽粒的在不同波长的激光光源探照下的透射光强度差值的对比图。
33.图6是本发明中正常麦粒在不同波长的激光光源下的吸光率图。
34.图7是本发明中感染麦粒在不同波长的激光光源下的吸光率图。
35.图8是本发明实施例3中针对粮食污染及染病籽粒的激光光电快速检测装置的结构原理图。
36.图中：1.激光光源；2.平行激光束；3.麦粒；4.光电探测器；5.粮食流道；6.粮食检测位；7.处理器模块。
具体实施方式
37.下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
38.实施例选用小麦和玉米的染病筛选过程作为实例，进行说明。
39.实施例1如图1所示，一种针对粮食污染及染病籽粒的激光光电快速检测装置，包括激光光源1、粮食检测位6、光电探测器4和处理器模块7；所述激光光源1和光电探测器4正对的设置于粮食检测位6的两侧，所述激光光源1发射的光线穿过粮食检测位6照射在光电探测器4的接收端，所述光电探测器4连接所述处理器模块7。所述粮食检测位6的待测空间的外围边界在光线的照射方向的投影面积覆盖光电探测器4的接收端的边界。
40.优选的实施例中，所述激光光源1发射的光线为平行激光光束2，可以保证输出光线的稳定性和均匀性。
41.检测方法，包括以下步骤：取一批玉米或小麦中的若干正常粮食粒，将该正常的麦粒3或玉米籽粒放在粮食检测位6的位置处，激光光源发射一束激光光线，穿过麦粒或玉米籽粒后被光电探测器4接收，光电探测器4将光信号转换为电信号，电信号经过放大、滤波等一系列处理，由处理器模块接收并存储，作为一个标定值，用于判断其它同批麦粒或玉米籽粒的染病状态，存储于处理器模块中；然后将同批麦粒或玉米籽粒按照设定的方式以依次经过粮食检测位6，激光光源1发射激光光束，激光光束透过麦粒或玉米籽粒到达光电探测器，光电探测器接收光信号并将其转换为电流信号，电流信号经同样的放大、滤波处理后发送至处理器模块，处理器模块将该电流信号作为检测值与标定值进行对比、判断，若检测值超过标定值，判断麦粒或玉米籽粒是否存在污染。
42.如图2和图3所示，分别是激光光源采用透射式检测方法，对比led光源采用反射式检测方法的对比效果。
43.根据图2可知，采用激光光源和led光源照射不同类型的玉米籽粒时，其正常籽粒与病态籽粒透射光强差值的比较。从图中可以看出，激光光源照射时其正常籽粒与病态籽粒透射光强的差值远大于led光源，这就意味着使用激光光源照射玉米籽粒进行分拣时，可以用由更大的灵敏度。另外，实验激光光源功率远小于led光源，但可得到比led光源更好的效果，意味着使用激光光源其功耗更小。
44.根据图3可知，激光光源与led光源照射小麦籽粒时，其正常籽粒与病态籽粒透射光强差值的比较。其效果与照射玉米籽粒时类似。
45.实施例2本实施例与实施例1的主要区别在于：所述激光光源所发射的激光波长为550-750nm。
46.如图4所示，此图说明了不同波长光源照射下，其玉米正常籽粒与病态籽粒的透射光强区分度，光源波长区间在550nm至980nm之间，其差异率明显。
47.其中的差异率计算为（正常籽粒透射光强-病态籽粒透射光强）/病态籽粒透射光强。
48.如图5所示，此图说明了不同波长光源照射下，其小麦正常籽粒与病态籽粒的透射光强区分度，光源波长区间在520nm至800nm之间，其差异率明显。
49.如图6和图7所示，分别说明了正常麦粒和感染麦粒的吸光率与激光波长之间的关系图，可见，当激光波长处于550-750nm时，麦粒吸光率的差异明显。
50.通过上述附图可以得到，激光光源在波长处于550-750nm时，对于染病麦粒或玉米粒的检出率高于其它波长范围。
51.实施例3如图8所示，所述粮食检测位为一条倾斜的粮食流道5，所述粮食流道5的下方设置有用于安装光电探测器4的狭缝或嵌槽，所述激光光源1安装于粮食流道5的上方。
52.本实施例的主要目的是在大批量检测时，可以对粮食流进行逐一检测，提高检测效率。
53.优选的，所述激光光源的发射方向与粮食流道垂直，所述光电探测器的接收方向与粮食流道垂直，以保证光线的发射与接收的稳定。
54.实施例4所述粮食检测位的前侧安装一个位置传感器，所述位置传感器关联所述激光光源和/或光电探测器，以便联动启动。
55.这种方式适用于粮食流不稳定、较分散或十分稀疏的场景中，或单粒检测的场景中，按照逐粒检测的方式检测时，能够充分降低元器件的耗电量，具有节能优势。
56.实施例4所述粮食检测位的后侧设置有高压吹扫喷头，所述高压吹扫喷头正对粮食流道设置，所述高压吹扫喷头与所述处理器模块连接，以便联动启动，将检出粮食吹走。
57.这种方式适用于生产过程中，可以实时的将检出的麦粒或玉米籽粒吹走，只留下正常麦粒或玉米籽粒。
58.高压吹扫喷头已经广泛应用于粮食的筛选工作中，因此，此处不做更进一步的原理和结构描述。
59.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。