基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統的製作方法

2023-06-13 06:02:56 1

基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其包括水果氣體收集裝置以及氣體檢測裝置；氣體檢測裝置包括氣體檢測密封殼體，氣體檢測密封殼體內設有紅外氣體傳感器；紅外氣體傳感器與基板上的中央處理器電連接，中央處理器與顯示模塊連接，中央處理器根據紅外氣體傳感器檢測水果氣體的信息判斷水果的成熟度，並通過顯示模塊顯示輸出判斷得到的水果成熟度狀態。本發明系統結構簡單，使用方便，尺寸小巧可便攜，適用於多種不同水果的分別檢測和同時檢測；將水果氣體收集裝置和氣體檢測裝置分離，繼而可使同一氣體檢測裝置與不同的氣體收集裝置配合使用，從而使檢測系統具有了更高的可擴展性，也使檢測成本進一步降低。
【專利說明】基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水果成熟度檢測系統，尤其是一種基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，屬於信息技術以及農業的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]水果作為一種重要的農產品，是人們日常的主要消費食品，其品質與人民的生活密切相關。隨著國際市場的全球化以及生活水平的提高，消費者對水果的品質要求也越來越高。而水果的成熟度直接影響著水果的風味、硬度和果皮色澤等品質，未完全成熟或過於成熟的上市水果不被消費者青睞，繼而導致市場流通不暢，造成果商和果農的經濟損失。此夕卜，水果的成熟度亦影響著採摘和儲存等諸多環節，據統計，水果在採摘、包裝、儲存、運輸和加工等作業環節中的損失率高達30%，造成損失的主要原因之一就是將不同成熟度的水果相互混雜。由此可見，對水果成熟度的檢測與區分至關重要。
[0003]在區分成熟度的情況下，可根據水果的成熟度選擇合適的採收期，進而有助於在後續的加工處理過程中延長水果的貨架期，延緩其硬度下降、色澤變差和營養散失；另外，精準地判斷水果的成熟度，可讓果商更精確掌握水果入庫和出庫的時間，以及銷售的期限，避免在儲存和銷售的過程中造成不必要的經濟損失。更為重要的是，根據水果的成熟度對其進行區分與篩選，並及時地對其進行加工處理，對於改善水果品質，提升水果等級有著重要的意義。
[0004]一般地，判斷水果的成熟度可以採用看外形、看色澤、聞香味和輕輕敲擊水果表皮聽聲音等四種方法。這些方法無需藉助儀器設備，較為方便快捷，然而當採用這四種方法時，個人主觀意識對結果的影響非常大，因此其可信度往往遭受質疑。
[0005]現有的水果成熟度檢測方法包括利用硬度計、糖度計和酸度計等來檢測水果內部的硬度，可溶性糖，可滴定酸等一些與水果成熟度相關的指標。雖然，通過這些方法可以較為準確地判斷成熟度，然而，這些方法在檢測過程中都需要破壞水果的皮表組織甚至果實，屬於有損檢測，因此無法大規模地逐個檢測，進而難以適用於現代果品的生產。
[0006]為了在完成檢測的同時保證水果的完整性，基於水果氣味的無損檢測技術應運而生。許多水果具有怡人的香氣。研究表明，水果的香氣源自於酯類、醇類、酮類、醛類、萜類等芳香物質以及某些揮發性酚類物質。水果成熟前果實香氣很少，隨著果實的逐漸成熟，不飽和脂肪酸等的含量逐步增加，果實香氣增多。
[0007]針對水果香味與芳香物質的檢測一般採用氣相色譜法和氣相色譜-質譜聯用技術，但這些檢測方法所用氣味成分都是樣品經分離後的產物，需要把產物重組才可作對比，因此檢測過程繁瑣複雜，周期長，且費用昂貴。近年來興起的電子鼻技術可以克服傳統方法測定芳香物質和評價水果質量體系的一些不足。與傳統分析儀器相比，電子鼻技術具有獲得樣品氣體整體信息的能力，識別效果更好，不需要添加化學試劑，是一種綠色檢測技術。
[0008]電子鼻技術的核心器件是氣體傳感器，目前廣泛應用於電子鼻的氣體傳感器多採用金屬氧化物類型，該傳感器又以金屬氧化物氣敏材料為關鍵部件。在特定的工作溫度下，被測氣體到達氣敏材料表面並與吸附在表面的氧發生化學反應，由此引起電荷的轉移繼而使電阻發生變化。金屬氧化物型氣體傳感器製作方法簡單、成本低廉、響應速度快以及對可燃性氣體和某些有毒氣體具有較高的靈敏度等優點。但是，由於敏感材料本身並不具有良好的識彆氣體的能力，對混合氣體中多種氣體成分的選擇性差,難以滿足檢測要求。此外，金屬半導體型氣體傳感器在氣體敏感過程中需要經歷氣體的吸附和解吸附兩個階段，不完全的解吸附將對傳感器的探測靈敏度造成影響，某些情況下，檢測結果存在嚴重的漂移，甚至不可用。

【發明內容】

[0009]本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其利用水果在成熟過程中所釋放氣體具有各自不同的紅外吸收特性，且不同成熟度階段所釋放氣體濃度不同的特點，通過測試氣體的濃度，進而判斷該水果所處的成熟度階段，為果農提供合理的採摘和儲藏時間，也可為消費者是否購買提供評判依據。該檢測系統結構簡單，使用方便，尺寸小巧可便攜，且因紅外氣體傳感器可進行陣列式製備，因而該系統適用於多種不同水果的分別檢測和同時檢測；該檢測將水果氣體收集裝置和氣體檢測裝置分離，繼而可使同一氣體檢測裝置與不同的氣體收集裝置配合使用，從而使檢測系統具有了更高的可擴展性，也使檢測成本進一步降低。
[0010]按照本發明提供的技術方案，所述基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，包括用於收集水果氣體的水果氣體收集裝置以及與所述水果氣體收集裝置連接的氣體檢測裝置；所述氣體檢測裝置包括用於連接水果氣體收集裝置並收納水果氣體收集裝置內氣體的氣體檢測密封殼體，所述氣體檢測密封殼體內設有紅外氣體傳感器；氣體檢測密封殼體及紅外氣體傳感器均安裝於基板上；紅外氣體傳感器與基板上的中央處理器電連接，中央處理器與顯示模塊連接，中央處理器根據紅外氣體傳感器檢測水果氣體的信息判斷水果的成熟度，並通過顯示模塊顯示輸出判斷得到的水果成熟度狀態。
[0011]所述水果氣體收集裝置包括用於收納水果並與水果形狀相適應的氣體收集密封腔體外殼，所述氣體收集密封腔體外殼內形成氣體收集密封腔體，所述氣體收集密封腔體外殼內設有貫通氣體收集密封腔體外殼的氣孔以及用於密封所述氣孔的塞合卡片，所述塞合卡片能在氣體收集密封腔體內運動。
[0012]所述氣體收集密封腔體外殼包括下殼體以及與所述下殼體對應的上殼體，上殼體與下殼體相鉸接；上殼體與下殼體的結合部設置果蒂穿過孔，氣孔位於下殼體的底部；下殼體外的下部設置連接支架。
[0013]所述氣體檢測密封殼體的頂端設置支架連接卡槽，氣體收集密封腔體外殼通過連接支架與支架連接卡槽匹配後安裝在氣體檢測密封殼體上；氣體檢測密封殼體的頂端設置氣體穿通濾網以及位於所述氣體穿通濾網上的頂針。
[0014]所述紅外氣體傳感器包括紅外探測器以及紅外光源。
[0015]所述紅外探測器通過探測器支撐導電柱安裝於氣體檢測密封腔體內，紅外探測器通過探測器支撐導電柱固定在基板上；紅外光源通過光源支撐導電柱安裝於氣體檢測密封腔體內，且紅外光源通過光源支撐導電柱固定於基板上。
[0016]所述基板上還設置有放大電路模塊、濾波電路模塊及模數轉換電路模塊；紅外氣體傳感器依次連接放大電路模塊、濾波電路模塊及模數轉換電路模塊後與中央處理器電連接。
[0017]所述紅外探測器包括雙光窗的雙單元探測器或多光窗的多單元探測器。所述氣體穿通濾網的孔徑為IOOnm-1OO μ m。
[0018]所述氣體檢測裝置檢測的水果包括榴槤、桔子、蘋果、甜瓜、香蕉、柚子、獼猴桃、石榴或梨。
[0019]本發明的優點:利用水果在成熟過程中所釋放氣體具有各自不同的紅外吸收特性，且不同成熟度階段所釋放氣體濃度不同的特點，通過測試氣體的濃度，進而判斷該水果所處的成熟度階段，為果農提供合理的採摘和儲藏時間，也可為消費者是否購買提供評判依據。該檢測系統結構簡單，使用方便，尺寸小巧可便攜，且因紅外氣體傳感器可進行陣列式製備，因而該系統適用於多種不同水果的分別檢測和同時檢測；該檢測將水果氣體收集裝置和氣體檢測裝置分離，繼而可使同一氣體檢測裝置與不同的氣體收集裝置配合使用，從而使檢測系統具有了更高的可擴展性，也使檢測成本進一步降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發明水果氣體收集裝置的結構示意圖。
[0021]圖2為本發明水果氣體收集裝置打開的結構示意圖。
[0022]圖3為本發明氣體檢測裝置的結構示意圖。
[0023]圖4為本發明的結構示意圖。
[0024]附圖標記說明:1_氣體收集密封腔體、2-氣體收集密封腔體外殼、3-果蒂穿過孔、4-連接柱、5-連接支架、6-氣孔、7-塞合卡片、8-基板、9-供電電源、10-氣體檢測密封殼體、11-氣體檢測密封腔體、12-支架連接卡槽、13-氣體穿通濾網、14-頂針、15-紅外探測器、16-探測器支撐導電柱、17-紅外光源、18-光源支撐導電柱、19-放大電路模塊、20-濾波電路模塊、21-模數轉換電路模塊、22-中央處理器及23-顯示模塊。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0026]如圖4所示:為了能夠對水果實現快速有效的無損檢測，降低檢測成本，本發明包括用於收集水果氣體的水果氣體收集裝置以及與所述水果氣體收集裝置連接的氣體檢測裝置；所述氣體檢測裝置包括用於連接水果氣體收集裝置並收納水果氣體收集裝置內氣體的氣體檢測密封殼體10，所述氣體檢測密封殼體10內設有紅外氣體傳感器；氣體檢測密封殼體10及紅外氣體傳感器均安裝於基板8上；紅外氣體傳感器與基板8上的中央處理器22電連接，中央處理器22與顯示模塊23連接，中央處理器22根據紅外氣體傳感器檢測水果氣體的信息判斷水果的成熟度，並通過顯示模塊23顯示輸出判斷得到的水果成熟度狀態。
[0027]具體地，所述氣體檢測裝置檢測的水果包括榴槤、桔子、蘋果、甜瓜、香蕉、柚子、獼猴桃、石榴或梨等常見的消費型水果。水果氣體收集裝置與氣體檢測裝置間採用可拆卸分離的結構，可以通過不同的水果氣體收集裝置來收集不同水果的氣體，然後在同一個氣體檢測裝置上進行水果成熟度的檢測。所述成熟度狀態包括水果的成熟等級、最佳口感時間等信息。[0028]如圖1和圖2所示:所述水果氣體收集裝置包括用於收納水果並與水果形狀相適應的氣體收集密封腔體外殼2，所述氣體收集密封腔體外殼2內形成氣體收集密封腔體1，所述氣體收集密封腔體外殼2內設有貫通氣體收集密封腔體外殼2的氣孔6以及用於密封所述氣孔6的塞合卡片7，所述塞合卡片7能在氣體收集密封腔體I內運動。本發明實施例中，氣體收集密封腔體I呈球形，塞合卡片7的形狀呈弧狀，塞合卡片7能夠密封氣體收集密封腔體外殼2底部的氣孔6。
[0029]進一步地，所述塞合卡片7的兩端還可以設置復位彈簧，塞合卡片7通過復位彈簧安裝定位在氣體收集密封腔體外殼2內；當頂針14頂住塞合卡片7後，塞合卡片7通過復位彈簧能復位後密封住氣孔6，便於進行後續的氣體收集操作。
[0030]所述氣體收集密封腔體外殼2包括下殼體以及與所述下殼體對應的上殼體,上殼體與下殼體相鉸接；上殼體與下殼體的結合部設置果蒂穿過孔3，氣孔6位於下殼體的底部；下殼體外的下部設置連接支架5。
[0031]所述上殼體與下殼體的形狀相適應，從而能形成氣體收集密封腔體外殼2。上殼體與下殼體相鉸接，從而能使得整個氣體收集密封腔體外殼2打開，上殼體與下殼體間的張開角度可以達到150度。當通過上殼體或下殼體打開所述氣體收集密封腔體外殼2後，能將被檢測的水果放置在氣體收集密封腔體外殼2內，水果的果蒂能通過果蒂穿過孔3伸出。為了提高氣體收集的效果，還可以採用不透氣的薄膜等塞住果蒂穿過孔3的果蒂周圍。連接支架5包括連接柱4，連接柱4的一端與下殼體2的底部固定連接，連接柱4的另一端與氣體檢測裝置配合連接。
[0032]如圖3和圖4所示:所述氣體檢測密封殼體10的頂端設置支架連接卡槽12，氣體收集密封腔體外殼2通過連接支架5與支架連接卡槽12匹配後安裝在氣體檢測密封殼體10上；氣體檢測密封殼體10的頂端設置氣體穿通濾網13以及位於所述氣體穿通濾網13上的頂針14。
[0033]所述氣體檢測密封殼體10頂端的支架連接卡槽12與連接支架5的形狀相吻合，連接支架5能嵌置在支架連接卡槽12內，從而使得水果氣體收集裝置與氣體檢測裝置連接成一體。氣體檢測密封殼體10的頂端還設有蓋板，蓋板上設置氣體穿通濾網13，氣體穿通濾網13與氣體檢測密封殼體10內的氣體檢測密封腔體11相連通，以便於通過氣體穿通濾網13將氣體收集密封腔體I內的收集氣體進入氣體檢測密封腔體11內。所述氣體穿通濾網13的孔徑為IOOnm-1OO μ m，以便於濾除氣體中的顆粒物質。
[0034]所述紅外氣體傳感器包括紅外探測器15以及紅外光源17。所述紅外探測器15通過探測器支撐導電柱16安裝於氣體檢測密封腔體11內，紅外探測器15通過探測器支撐導電柱16固定在基板8上；紅外光源17通過光源支撐導電柱18安裝於氣體檢測密封腔體11內，且紅外光源17通過光源支撐導電柱18固定於基板8上。
[0035]本發明實施例中，紅外探測器15通過探測支撐導電柱16與中央處理器22電連接，紅外光源17通過光源支撐導電柱18與基板8上的供電電源9電連接。
[0036]所述基板8上還設置有放大電路模塊19、濾波電路模塊20及模數轉換電路模塊21 ;紅外氣體傳感器依次連接放大電路模塊19、濾波電路模塊20及模數轉換電路模塊21後與中央處理器22電連接。基板8採用PCB板，放大電路模塊19用於將紅外氣體傳感器檢測的信號進行放大，濾波電路模塊20用於進行濾波，模數轉換電路模塊21用於將放大、濾波後的信號轉換為數位訊號，以便中央處理器22進行處理。中央處理器22可以採用單片機等常用的微處理晶片，放大電路模塊19、濾波電路模塊20以及模數轉換模塊21均可以採用常規的電路，顯示電路23可以採用顯示屏。
[0037]所述構成紅外氣體傳感器的紅外探測器15可以採用雙光窗的雙單元探測器，也可採用多光窗的多單元探測器陣列；所述由多光窗的多單元探測器陣列構成的紅外氣體傳感器可同時檢測多種氣體，進而可用於不同水果的檢測，也可用於多種水果的同時檢測。所述紅外光源17和紅外探測器15正面相互對準放置。
[0038]進一步地，當需要增大紅外光的光程時，所述紅外光源17和紅外探測器15的正面的朝向可以根據紅外光的多次反射角度進行調整，此時所述氣體檢測密封殼體10的內表面可以塗覆金屬鍍層，以提高其對紅外光的反射效率。所述多光窗的多單元探測器陣列所採用的多個探測器單元相互可以一致，在對陣列器件進行封裝時，對每個探測器單元採用不同波長的濾波片，以達到探測器陣列中不同單元之間相互區別的目的。
[0039]如圖f圖4所示，工作時，將水果放置於水果氣體收集裝置的氣體收集密封腔體I內，一小時?二十四小時之後，將水果氣體收集裝置和氣體檢測裝置通過連接支架5和支架連接卡槽12之間的配合裝配到一起，利用氣體檢測裝置上的頂針14頂起氣體收集裝置底部的塞合卡片7，繼而使氣體收集裝置中的氣體通過氣孔6到達氣體檢測裝置的氣體檢測密封腔體11中，並使氣體在兩個密封腔體中的擴散達到平衡。
[0040]利用基板8上的供電電源9為紅外光源17供電，使紅外光源17發出紅外光。所述紅外光直接照射到紅外探測器15的正面，或經過多次反射後照射到紅外探測器15的正面。紅外光經所述氣體檢測密封腔體11中氣體的吸收後到達紅外探測器15正面的濾光片，經所述濾光片分光後，不同波長的紅外光分別到達不同敏感元的紅外吸收區，並被轉化為電壓信號連同參比元的電壓信號，共同輸出給檢測系統的測試處理電路。經所述測試處理電路的放大電路模塊19、濾波電路模塊20、模數轉換電路模塊21和中央處理器22處理後，在顯示模塊23中顯示出各種氣體的濃度，被測水果的成熟度等級，最佳口感時間，最佳採摘、銷售時間等信息。
[0041]本發明將氣體收集裝置和氣體檢測裝置相分離，繼而在實際應用中，可將同一檢測裝置與針對不同水果的多個氣體收集裝置相互配合使用。該檢測系統具有高度的可擴展性，用於構成紅外氣體傳感器的紅外探測器15可呈陣列式排布，可實現同一種水果中不同氣體的檢測，亦可實現不同種類水果氣體的測試，甚至可實現多種水果的同時檢測，可以實時獲悉水果的成熟等級、最佳口感時間等信息，從而為水果的採摘、儲藏、銷售和生產制定更優化的時間節點，實現最優化的經濟社會效益。
【權利要求】
1.一種基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:包括用於收集水果氣體的水果氣體收集裝置以及與所述水果氣體收集裝置連接的氣體檢測裝置；所述氣體檢測裝置包括用於連接水果氣體收集裝置並收納水果氣體收集裝置內氣體的氣體檢測密封殼體(10),所述氣體檢測密封殼體(10)內設有紅外氣體傳感器；氣體檢測密封殼體(10)及紅外氣體傳感器均安裝於基板(8)上；紅外氣體傳感器與基板(8)上的中央處理器(22)電連接，中央處理器(22)與顯示模塊(23)連接，中央處理器(22)根據紅外氣體傳感器檢測水果氣體的信息判斷水果的成熟度，並通過顯示模塊(23)顯示輸出判斷得到的水果成熟度狀態。
2.根據權利要求1所述的基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:所述水果氣體收集裝置包括用於收納水果並與水果形狀相適應的氣體收集密封腔體外殼(2)，所述氣體收集密封腔體外殼(2)內形成氣體收集密封腔體(I )，所述氣體收集密封腔體外殼(2)內設有貫通氣體收集密封腔體外殼(2)的氣孔(6)以及用於密封所述氣孔(6)的塞合卡片(7)，所述塞合卡片(7)能在氣體收集密封腔體(I)內運動。
3.根據權利要求2所述的基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:所述氣體收集密封腔體外殼(2)包括下殼體以及與所述下殼體對應的上殼體,上殼體與下殼體相鉸接；上殼體與下殼體的結合部設置果蒂穿過孔(3)，氣孔(6)位於下殼體的底部；下殼體外的下部設置連接支架(5 )。
4.根據權利要求3所述的基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:所述氣體檢測密封殼體(10)的頂端設置支架連接卡槽(12)，氣體收集密封腔體外殼(2)通過連接支架(5)與支架連接卡槽(12)匹配後安裝在氣體檢測密封殼體(10)上；氣體檢測密封殼體(10)的頂端設置氣體穿通濾網(13)以及位於所述氣體穿通濾網(13)上的頂針(14)。
5.根據權利要求1所述的基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:所述紅外氣體傳感器包括紅外探測器(15)以及紅外光源(17)。
6.根據權利要求5所述的基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:所述紅外探測器(15 )通過探測器支撐導電柱(16 )安裝於氣體檢測密封腔體(11)內，紅外探測器(15)通過探測器支撐導電柱(16)固定在基板(8)上；紅外光源(17)通過光源支撐導電柱(18 )安裝於氣體檢測密封腔體(11)內，且紅外光源(17 )通過光源支撐導電柱(18 )固定於基板(8)上。
7.根據權利要求1所述的基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:所述基板(8)上還設置有放大電路模塊(19)、濾波電路模塊(20)及模數轉換電路模塊(21);紅外氣體傳感器依次連接放大電路模塊(19)、濾波電路模塊(20)及模數轉換電路模塊(21)後與中央處理器(22)電連接。
8.根據權利要求5所述的基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:所述紅外探測器(15)包括雙光窗的雙單元探測器或多光窗的多單元探測器陣列。
9.根據權利要求4所述的基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:所述氣體穿通濾網(13)的孔徑為IOOnm-1OO μ m。
10.根據權利要求1所述的基於紅外氣體傳感器的水果成熟度檢測系統，其特徵是:所述氣體檢測裝置檢測的水果包括榴槤、桔子、蘋果、甜瓜、香蕉、柚子、獼猴桃、石榴或梨。
【文檔編號】G01N21/3563GK103575690SQ201310544528
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】毛海央, 胡建東, 陳媛婧, 王玲, 歐文 申請人:中國科學院微電子研究所