[發明專利]一種水果內部品質評價的光譜儀及衰減斜率計算方法

在審

• 申請號: 202011120187.0
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112485202A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 周晶;盧軍;謝靜;劉玉紅
• 申請（專利權）人: 武漢優科瑞特信息技術有限公司
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01J11/00
• 代理公司: 武漢瑞創星知識產權代理事務所(普通合伙) 42274
• 代理人: 劉艷麗

1.一種水果內部品質評價的光譜儀，其特征在于：包括：計算機(1)、半導體激光器(2)、準直鏡(3)、多模光纖(4)、非接觸式探頭(5)、單模光纖(7)、單光子探測器(8)、數據采集卡(9)和光衰減器(14)；

其中，半導體激光器(2)出光口前設置準直鏡(3)，半導體激光器(2)發射的激光經準直鏡(3)準直后的導入光衰減器(14)，通過光衰減器調節入射激光的強度；

光衰減器(14)出光口采用FC接口接多模光纖(4)的一端；

多模光纖(4)的另一端通過FC接口垂直固定于非接觸式探頭(5)；

單模光纖(7)的一端通過FC接口垂直固定于非接觸式探頭(5)，另一端連接單光子探測器(8)；非接觸式探頭(5)采集到的斷續的隨機光子流經過單模光纖(7)傳輸至單光子探測器(8)，并由單光子探測器(8)轉換為電脈沖流；

單光子探測器(8)與數據采集卡(9)的輸入端電性連接；數據采集卡(9)根據所述電脈沖流對單位時間內的光子總數進行采樣；

數據采集卡(9)的輸出端電性連接至計算機(1)；計算機(1)獲取數據采集卡(9)的采樣結果并存儲于內存，進行光強的歸一化計算。

2.如權利要求1所述的一種水果內部品質評價的光譜儀，其特征在于：所述準直鏡(3)為非球面透鏡準直鏡。

3.如權利要求1所述的一種水果內部品質評價的光譜儀，其特征在于：所述非接觸式探頭(5)包括：成像鏡頭(6)、長通濾光片(12)、光源和探測器光纖探頭板(13)；長通濾光片(12)與成像鏡頭(6)同軸設置，且安裝在成像鏡頭(6)前方，光源和探測器光纖探頭板(13)安裝在成像鏡頭(6)的像平面處；成像鏡頭(6)、長通濾光片(12)、光源和探測器光纖探頭板(13)用殼體封裝后組成非接觸式探頭(5)。

4.如權利要求3所述的一種水果內部品質評價的光譜儀，其特征在于：所述殼體的材質為鋁合金。

5.如權利要求3所述的一種水果內部品質評價的光譜儀，其特征在于：多模光纖(4)通過FC接口垂直固定于光源和探測器光纖探頭板(13)，探測用的單模光纖(7)通過FC接口垂直固定于光源和探測器光纖探頭板(13)。

6.如權利要求1所述的一種水果內部品質評價的光譜儀，其特征在于：數據采集卡(9)帶有數字I/O線的(8)通道計數器；數據采集卡(9)的所述計數器通過所述電脈沖流對單位時間內的光子總數進行采樣。

7.一種水果內部品質評價的衰減斜率計算方法，應用于如權利1-6任意一項所述的一種水果內部品質評價的光譜儀中；其特征在于：所述一種水果內部品質評價的衰減斜率計算方法，具體包括如下步驟：

S101：半導體激光器(2)發射激光，所述激光通過準直鏡(3)準直后進入多模光纖(4)，多模光纖(4)中的激光通過非接觸式探頭(5)入射至待測水果(11)表面；

S102：入射至待測水果(11)的激光進入水果(11)組織內部被散射，在水果(11)組織表面與入射位置不同距離溢出漫射光，漫射光由非接觸式探頭(5)收集后進入單模光纖(7)，單模光纖(7)采集到的斷續的隨機光子流由單光子探測器(8)轉換為電脈沖流；

S103：數據采集卡(9)接收所述電脈沖流，并通過數據采集卡(9)的輸出采樣時鐘控制計數器的時鐘端，對輸入到計數器的單位采樣時鐘內的光子計數，得到計數結果，并將所述計數結果傳輸至數據采集卡(9)；

S104：數據采集卡(9)獲取所述計數結果，并發送至計算機(1)，計算機(1)將所述計數結果存儲于本地內存中；同時對計數結果進行歸一化自相關計算，擬合計算得到歸一化自相關衰減斜率。

8.如權利要求7所述的一種水果內部品質評價的衰減斜率計算方法，其特征在于：步驟S104中，采用光強的歸一化自相關函數對計數結果進行歸一化自相關計算，具體公式如下：

其中，g(i,τ)為光強的歸一化自相關函數；n(i)表示第iΔt時刻的光子數；n(i+τ)表示(i+τ)Δt時刻的光子數，·表示時間平均；Δt為采集時間；i為當前第i次采樣；τ表示延遲時間；k為計算時從內存中提取的數據個數；η為自相關計算時平移操作的數據個數；計算機(1)從內存中提取k個數據，利用差分計算單位時間內的光子數，對光子數數組進行η平移，然后相乘，即實現延遲時間為ηΔt的自相關計算，擬合計算歸一化自相關衰減斜率。