專利名稱：谷物質量監(jiān)測儀的制作方法
背景技術：
長期以來，人們已經(jīng)認識到農(nóng)產(chǎn)品如谷物等的價值受其固有組分質量的影響。特別地，具有所需蛋白質、油、淀粉、纖維和水分以及所需碳水化合物水平及其他組分的谷物能夠獲得優(yōu)質價格。這類谷物及其加工產(chǎn)品的良好市場產(chǎn)生了了解其含量及各種其他物理特性如硬度的需求。
為了滿足市場需求，已開發(fā)了大量利用近紅外線(NIR)光譜技術來分析蛋白質及水的百分比濃度的分析儀系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中的一部分是以如US專利5，258，825所述粉碎形式的谷物為目標。在一些情形下，由于粉碎而增加的價值降低了首先進行分類而獲得的經(jīng)濟效益，因此其他的系統(tǒng)如US專利4260262中所述是以整個谷物分析為目標。
NIR光譜技術總的來說是令人滿意的，因為與利用濕化學法和其他實驗方法來分離和分析組分所需的幾個小時的時間相比，它的速度是一般僅需30到60秒即可給出結果。NIR光譜技術由于不會對所分析樣品造成破壞從而也很令人滿意。在典型的麥粒分析中，例如，用所選波長連續(xù)地對樣品進行照射。接著，測量樣品的漫透射率或漫反射率。任一測量結果都可用于所采用的算法當中以便能夠確定出物質組分的百分比濃度。
例如，US專利4，260，262中所描述的分析儀利用下述公式來確定油、水及蛋白質的百分比含量油％=K0+K1(△OD)w+K2(△OD)o+K3(△OD)p水％=K4+K5(△OD)w+K6(△OD)o+K7(△OD)p蛋白質％=K8+K9(△OD)w+K10(△OD)o+K11(△OD)p其中(△OD)w代表利用對水的百分含量敏感的一對波長時光密度的變化，(△OD)o代表利用對油的百分含量敏感的一對波長時光密度的變化，(△OD)p代表利用對蛋白質的百分含量敏感的一對波長時光密度的變化。K0-K11常數(shù)或影響系數(shù)。
任一給定組分光密度的變化也都可從下式中得到△OD=LOG(Ii/Ir)1-LOG(Ii/Ir)2其中(Ii/Ir)1為在一所選波長上入射光強度與反射光強度的比值，且(Ii/Ir)2為在第二所選波長上入射光強度與投射光強度的比值。
典型地，谷物分析儀所選用波長的范圍為大約1100到2500納米。而在US專利5，258，825中，再用一540納米的波長來克服面粉粒徑的影響。
已有技術的分析儀一般利用濾波機構或掃描衍射光柵來連續(xù)產(chǎn)生特定的可用于谷物分析的波長。因為是移動部件，所以濾波機構及掃描衍射光柵對振動比較敏感，收割期間用于分析谷物不太可靠。且也不適合于抵抗由聯(lián)合收割機或其他農(nóng)用收割設備所產(chǎn)生的機械振動，所以還未發(fā)現(xiàn)收割期間用于谷物組分的實時測量方法。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種近紅外線(NIR)分析系統(tǒng)及用于確定農(nóng)產(chǎn)品及相關物質饋送入聯(lián)合收割機、谷物處理或存儲設備中時其移動流中組分百分比濃度的方法。這一農(nóng)產(chǎn)品包括但并不局限于谷物如小麥、玉米、黑麥、燕麥、大麥、稻子、大豆、莧屬植物、黑小麥及其他谷類，草類及草料。
本發(fā)明利用光的漫反射率能來獲得農(nóng)產(chǎn)品移動流中的組分百分比濃度。所用技術測得短波、波長范圍在600到大約1100納米(nm)之間的近紅外線(NIR)光以及包括低至大約570納米(nm)波長的可見光的光譜響應。短波光譜響應有助于與高波長響應相結合來建立蛋白質及其他組分模型。
該分析系統(tǒng)包括一光學探頭，該光學探頭具有一適當帶寬的、用多個輻射波長同時照射移動農(nóng)產(chǎn)品流的光源。光線檢測部分接收由被分析移動物的離散部分漫反射出來的光線。該檢測部分再將接收到的光線沿著一光纖電纜傳送到安裝在距光學探頭一定距離處的檢測及計算子系統(tǒng)中。
在所述子系統(tǒng)中，波型混合器首先接收光線。該波型混合器再將接收到的光線通過一結構穩(wěn)定的光纖傳送到光學檢測部分中。光學檢測部分包括一光纖耦合器和一對柱面透鏡。柱面透鏡再將光線傳送到波長分離器，如線性變量濾波器(LVF)，以在空間上分離出所需波長。
空間分離器再將進行了空間分離的波長饋送到一適當?shù)捻憫獧z測器如電荷耦合器件(CCD)中，此電荷耦合器件(CCD)能夠單獨地并行且同時檢測漫反射光線的多個波長。再檢測出各個波長的響應并將其轉換成適當?shù)男问饺鐢?shù)字數(shù)據(jù)形式，以便能夠計算出物質各組分的百分比濃度。
附圖的簡要說明通過下述相關附圖中所示的本發(fā)明優(yōu)選實施方案的更為詳細的說明，本發(fā)明的前述及其他目的、特征及優(yōu)點將更加清楚，在附圖當中用相同的參考符號來表示不同圖形中的相同部件。附圖不必按比例制定，而是把重點放在圖示本發(fā)明的原理上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的近紅外線短波谷物質量分析系統(tǒng)的高級示意圖；圖2A和2B是更為詳細的光源和檢測器視圖，給出了其相對于谷物輸送管的機械結構，同時也給出了檢測部分擋板的打開及關閉位置；圖3是光學部分的詳細視圖，給出了波型混合器、光學部分擋板、濾波器及光學檢測器組件；圖4所示的是用于該系統(tǒng)的的測量吸收率的方法。
本發(fā)明的詳細描述下面更詳細地參見圖1，本發(fā)明是用于分析正被加工或收割農(nóng)產(chǎn)品移動流的組分的系統(tǒng)1?？梢岳孟到y(tǒng)1進行分析的農(nóng)產(chǎn)品包括但不局限于谷物如小麥、玉米、黑麥、燕麥、大麥、稻子、大豆、莧屬植物、黑小麥及其他谷類，草類及草料。被分析的組分可包括但也不局限于蛋白質、油、淀粉、纖維、水分、碳水化合物及其他組份和物理特性如硬度。盡管以下描述的是被分析產(chǎn)品為谷物的特例，但應當理解也可以分析其他農(nóng)產(chǎn)品。
系統(tǒng)1利用一種適當?shù)倪B續(xù)照射裝置如紅外線光源10。光源10發(fā)出的光線透過窗口12照射到正被收割、加工或另外通過輸送裝置如輸送管16移動的移動農(nóng)產(chǎn)品14的樣品上。
光源10連續(xù)且同時產(chǎn)生位于所需擴大短波范圍如從大約570到大約1120納米(nm)內(nèi)的多波長紅外線光。優(yōu)選的光源10是易于獲得的石英鹵素燈或鎢絲燈泡。典型的光源10是在5伏(vDC)電壓下工作、能得到1安培電流的鎢絲燈泡。光源10以一種已有技術當中公知的方式(未示出)通過濾波或利用一體化的光敏感反饋裝置可進一步地穩(wěn)定。
光源10應設置在當谷類移動產(chǎn)品14流過設置在農(nóng)用聯(lián)合收割機或其他谷物加工設備中的輸送裝置如輸送管16時、能照射到流動產(chǎn)品14的位置上。農(nóng)產(chǎn)品14通過輸送管16的流動一般是沿著圖示箭頭的方向進行的。
光源10和位于輸送管16附近的相關部件可放置在適當?shù)膫鞲蓄^室11中。在此實例中，窗口12優(yōu)選地設置在光源10和流動農(nóng)產(chǎn)品14之間。窗口12由合適的材料如藍寶石形成，它在特定波長上是透明的，且在溫度發(fā)生變化時沒有明顯的吸收漂移。根據(jù)需要窗口12可與室11或輸送管16形成于一體。
因此，將包括光源10、窗口12及其他將要進行描述的相關部件的傳感頭室11設置在能夠監(jiān)測通過輸送管16輸送的農(nóng)產(chǎn)品14連續(xù)流的位置上。這可以通過安裝室11、使窗口12位于輸送管16中的開口15附近、從而使光源10能透過窗口12和開口15照射到流動產(chǎn)品14上。
傳感頭室11可以是單獨的結構，也可以與輸送管16形成一體。
拋物柱面反射器或拋物柱面鏡17優(yōu)選地也設置在室11中，以將光源10的輸出校準成為焦距約為1cm的光束13。拋物柱面鏡17將光源10聚焦在移動農(nóng)產(chǎn)器流14當中。
在另一實施方案中，可以用多個光源10，如一列紅外線發(fā)射器，只要這些光源能夠聚焦于同一點即可。
優(yōu)選地，將光源10設置成在無光纖情況下只通過窗口12或通過除了設置在光源10和移動農(nóng)產(chǎn)品14之間的窗口12本身以外的其他裝置直接照射到移動農(nóng)產(chǎn)器14上。
控制用電子設備18也可以設置在室11中，以控制將在下文當中結合圖2更為全面地進行描述的擋板。
由光源10發(fā)出的光線通過窗口12和開口15，并被移動產(chǎn)品14進行漫反射。優(yōu)選地，設置在同一室11內(nèi)的光纖探頭20，可收集一部分來自移動產(chǎn)品14的漫反射光線。盡管這些漫反射主要來自光源10的焦點，但應當理解光線實際上是從光源10所產(chǎn)生的光束13和光纖探頭20的孔徑或“視野”相交叉所限定的樣品體積19處返回的。
光纖探頭20典型地是一種通訊級光纖。其典型直徑范圍為約62.5微米(μm)到1毫米(mm)。比較合適的光纖是數(shù)值孔徑為0.22(f#約為2.3)當中直徑為600μm的光纖。優(yōu)選地，探頭20相對于窗口12設置成適于收集非窗口表面反射的散射光線的角度，使得從窗口12透過的光線能夠充滿接收光纖探頭20的孔徑。合適的角度例如可以是45°。
接著光纖探頭20的輸出通過光纖26饋送到檢測器和電子設備部分30當中，以判定移動產(chǎn)品14的組分。檢測器和電子設備部分30包括光學部分32、模數(shù)轉換器33、組分計算函數(shù)34、控制器35及顯示器接口36。組分計算函數(shù)34、控制器35及顯示器接口36優(yōu)選地由計算機、微控制器、微處理器和/或數(shù)字信號處理器39中的軟件來實現(xiàn)。電子設備的功能將在下文當中進行詳細描述。
更為詳細地如圖2A中所示，在一優(yōu)選實施方案中，可將室11和窗口12設置成使其間形成一個用于放置標準遮光板或擋板24的空間22。標準擋板24由漫反射率較高的材料如SpectralonTM(一種由Labsphere，North Sutton，NH得到的壓合硅酸鹽)或陶瓷形成。
擋板24定位于其能夠有選擇地移入或移出探測頭20末端附近的位置。因此擋板24一般安裝在控制裝置如由電機29驅動的電機軸25上，電機29由電子設備部分30中的控制器35進行驅動。如前視圖2B中所示，電機29可使控制器35有選擇地為擋板24選擇開或關位置。
電信號或信號27連接在電子設備部分30和傳感頭11之間，為控制器35提供了一條傳送信號以控制擋板24的位置的通路。例如，擋板24置于打開位置，樣品測量操作期間光線可通過樣品并被移動產(chǎn)品樣品14進行漫反射；擋板24置于關閉位置時，參考測量期間來自樣品的光線被阻塞且來自擋板24的光線進行漫反射，這些將在下文當中進行更進一步的詳述。
光纖和電信號27可在連接于傳感頭室11和檢測器及電子設備部分30之間的電纜護套28中捆于一起。在系統(tǒng)1的一實際配置如農(nóng)用聯(lián)合收割機中，電纜護套28優(yōu)選地足夠長，使得傳感頭室11可放置在谷粒輸送管16的附近，同時檢測器及電子設備部分30可放置在一較粗劣的環(huán)境如聯(lián)合收割機駕駛室的背面。這一距離可以是3米或3米左右。
或者，可以將傳感頭11及電子設備部分30的全部或部分安裝在輸送管16的附近，這種情形下不需用光纖26。
盡管就聚光來說，用相對較大的、直徑為600μm的光纖探頭20比較好，但在實際應用時，光纜28及其內(nèi)的光纖26至少要進行彎曲以適于放在聯(lián)合收割機的主體和其他部件中和/或聯(lián)合收割機的主體和其他部件的周圍。在通常情形下，當聯(lián)合收割機穿過田野收割移動產(chǎn)品14時，電纜28也要經(jīng)受振動。
遺憾的是，與正在工作的聯(lián)合收割機或其他機械相關聯(lián)的振動能夠使光纖26中產(chǎn)生模態(tài)干擾。這些模態(tài)干擾可以以高階反射的形式生成，使得光學部分32當中具有不想要的檢測方式。這些模態(tài)干擾再使光強度發(fā)生不合乎需要的變化，這些變化與流動產(chǎn)品14的性能無關，同時將大量的干擾加到了移動產(chǎn)品14的性能測量指標上。
為了克服這一難題，以一特殊的優(yōu)選方式來實現(xiàn)檢測器及電子設備部分30。將注意力轉至圖3，檢測器及電子設備部分30包括混波器42，光纖部分44，檢測器部分46，檢測器部分46本身包括一對柱面透鏡48-1，48-2，波長分離器50及檢測器52。
接合混波器42以接收光纖26的輸出光線并除去所接收到的光信號中的高階波。混波器42也可以用多個不同的部件來實現(xiàn)。
例如，實現(xiàn)混波器42的技術之一是用一個或多個、優(yōu)選地用一個所謂的“grin”透鏡。Grin透鏡的中心波長幾乎與所需紅外線區(qū)域的中心波長相同，在此為800納米(nm)。Grin透鏡還具有大約從0.4到0.5的相對較高的間距。例如可以用兩個、每個間距大約為0.2到0.25的Grin透鏡。相對較高的會聚間距能夠在輸出處提供一幾乎是面向點的圖象，而不是錐形圖象?？梢詮腟onerset，New Jersey(新澤西州)的NSG公司得到這種Grin透鏡。
混波器42也可以作成全息擴散器。在一些實例當中，全息擴散器代表混波器42更好的實現(xiàn)手段，因為它的響應不象Grin透鏡一樣與波長相關。而Grin透鏡就“單件生產(chǎn)”來說易于制作。適用的全息擴散器的類型之一可以是從Charlotte，NorthCarolina(北卡羅來納州)的數(shù)字光學公司獲得的“光束均勻器”。
光纖耦和器44提供了一種用于將混波器42的輸出耦合到光學部分46其余部分上的結構穩(wěn)定的光線管。
另一擋板47優(yōu)選地設置在光纖耦合器的出口處。此光學部分擋板47由不透明材料制成，用于在下文詳述的參考黑體光譜收集期間擋住進入光學部分46的光線。
柱面透鏡48-1和48-2用于在光學部分46的入口處將接收到的光能準確地會聚到檢測器52上。
波長分離器50對所需的各種漫反射光線的波長進行空間分離。適當?shù)牟ㄩL分離器50包括線性變量濾波器(LVF)，光柵，棱鏡，干涉計或類似器件。波長分離器50優(yōu)選地由分辨率(△λ/λ)大約為1％到4％的線性變量濾波器來實現(xiàn)。
此時經(jīng)過空間分離的各波長集中在檢測器52上。檢測器52能夠在較寬的波長范圍上同時測量響應情況。在優(yōu)選實施方案中，檢測器52是一列電荷耦合器件(CCDs)，各自測量相應波長的光強度。換句話說，通過對CCD陣列的每一單元進行調(diào)諧從而測得光線各個通帶的強度。
其他適用的檢測器52可由快速掃描光電二極、電荷注入器件(CIDs)或任何其他適用于同時并行檢測所需波長這一任務的檢測器陣列構成。
在一優(yōu)選實施方案中，檢測器52可以是硅CCD陣列產(chǎn)品，如來自Loral-Fairchild的Fairchild CCD 133A。該器件優(yōu)選地具有大約為13微米的空間分辨率。頻率分辨率為所選帶寬(由線性變量濾波器50確定)除以CCD元件數(shù)。在優(yōu)選的實施方案中，CCD陣列52為1024個元件，用于處理大約570到1120nm范圍內(nèi)的波長。
此外，檢測器52如CCD陣列是典型的溫度敏感型，從而穩(wěn)定性一般比較好。
在優(yōu)選實施方案中，由于光學模件46設計緊密且LVF 50和CCD陣列的定位相對較近，所以這些部件的溫度都很穩(wěn)定。溫度穩(wěn)定性可通過適當?shù)奈鼰崦?、熱電冷卻器(珀爾帖效應冷卻器)或風扇來實現(xiàn)。
返回到圖1，由CCD提供的、用于每一波長的各個電信號再由檢測器52的出口處饋送出，由模數(shù)轉換器33轉換成數(shù)字信號。
如上所述，優(yōu)選地在微機或數(shù)字信號處理器當中實現(xiàn)的計算部分34，根據(jù)接收到的波長強度進行計算，從而得到樣品14組分的百分比濃度。用化學分析模型確定出的組分百分數(shù)可以以任何所需方式如由儀表進行顯示或將其提供給顯示器等方式進行顯示。該顯示器可以與膝上型電腦或其他放置在聯(lián)合收割機駕駛室中的電腦形成于一體。計算部分可以是電子設備部分30的一部分或者是在結構上與其分開的部分。
根據(jù)光線特定波長來計算谷物百分比濃度的技術是在Sharaf，M.AIllman，D.L和Kowalski，B.R.的標題為“化學計量法(Chemometrics)”一書中詳述的多-變量技術(紐約J.Wiley &Sons，1986)。
優(yōu)選地，所需波長取決于被測組分。例如當測定蛋白質濃度時，所用算法利用的是基于蛋白質子結構振動-旋轉諧波帶的吸收系數(shù)。波長較長時，吸收系數(shù)大，光程較短，因此無法對谷物內(nèi)部進行取樣。波長較短時，吸收系數(shù)小，因此信號較弱。
因此系統(tǒng)1首先對樣品進行照射，繼之進行空間分離和平行的多波長檢測，以利于樣品的快速分析。此外，由于裝置的光學部分即使發(fā)生振動也很穩(wěn)定，所以它對于農(nóng)用聯(lián)合收割機或其他收割及加工設備當中的振動幾乎不敏感。從而系統(tǒng)1易于配置于在收割及其他加工操作期間對收獲的谷物及其他農(nóng)產(chǎn)品進行實時分析的場合。所獲得的數(shù)據(jù)可與參考數(shù)據(jù)相比較以提供組分百分比，該組分百分比可用于根據(jù)所謂的全球定位系統(tǒng)(GPS)來繪制田地平面圖。
此外，利用CCD陣列52具有優(yōu)于利用離散或掃描二極管陣列這一已有技術的優(yōu)點。特別地，CCD儲存器互相平行，且同時有電荷進入，直到其中之一幾乎充滿時為止。接著CCD儲存器再排空，控制器35讀取結果，同時CCD陣列再次開始充滿電荷。因而，在相同的時間間隔內(nèi)，每一象素監(jiān)測相同的谷物。相反，二極管陣列則必須順序地讀取，如果谷物體積不同于前一象素所監(jiān)測的谷物體積，則任何給定元件都能根據(jù)谷物體積生成一個信號。
通過對多次測量的結果進行平均可以提高系統(tǒng)1的信噪比。
上述簡要說明是用于計算吸收光譜的方法。為此，可以啟動步進電機26(圖2A)，使擋板24位于檢測探頭20末端和光學部分46之間的關閉位置處。在此位置時，光學部分46無法監(jiān)測來自探頭20的光線，只能監(jiān)測到擋板葉片24所發(fā)出的白色光。此測量方法允許測量參考信號。
優(yōu)選的吸收率測定方法包括以下步驟(同樣如圖4中所示)；1．關閉光學部分擋板47，測定參考黑體光譜(步驟101)；2．從CCD陣列52中進行讀取(步驟102)；3．打開光學部分擋板47(步驟103)；4．關閉檢測部分擋板24(步驟104)；5．通過從CCD陣列52中讀取數(shù)據(jù)，來測定參考光譜R(步驟105)；6．打開檢測部分擋板24(步驟106)；7．擋板24和47都打開時，從取樣腔19中讀取數(shù)據(jù)，從而確定出一樣品光譜S(步驟107)；8．計算吸收光譜A(步驟108)。
由漫反射率的測量值推出光線吸收率可由下式給出A=LOG10(R-D/S-D)。
此外，由于在有蛋白質的情況下吸收系數(shù)的變化相當小，因此在特定波長上一般用多次實現(xiàn)(步驟109)、平均及二次微分分析法來生成所需的吸收率。因此進一步的數(shù)據(jù)處理可以實現(xiàn)此函數(shù)的二次微分，從而去掉了常數(shù)及線性偏差，使得在確定蛋白質含量的過程中只用吸收光譜中的二階及高階特征。
等效結構本發(fā)明已被特別地進行了圖示，且已根據(jù)其優(yōu)選實施方案進行了描述，本領域的普通技術人員將理解，可以在不背離由附加權利要求書所限定的本發(fā)明實質和范圍的前提下對其形式和細節(jié)作出各種改變。本領域的普通技術人員只通過常規(guī)經(jīng)驗即能認識或能夠確定出本說明書中所描述的本發(fā)明特定實施方案的許多等效結構。這些等效結構也包含在權利要求書所限定的范圍內(nèi)。
權利要求
1．一種用于實時確定被加工農(nóng)產(chǎn)品移動流組分的裝置，該裝置包括光源，設置成能夠利用近紅外線短波光譜中所選光線帶寬內(nèi)的多個波長來照射正被加工農(nóng)產(chǎn)品移動流樣品部分的形式；光學檢測部分，用于接收自被照樣品部分漫反射出來的光能；波長分離器，連接成能夠接收來自光學檢測部分的光線、并產(chǎn)生經(jīng)過空間分離的不同波長光線的形式；檢測器，接收來自波長分離器的光線，并且在波散濾波器帶寬內(nèi)的多個所選波長上同時生成代表光強度的檢測強度信號。
2．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中波長分離器及檢測器的設置應使得在給定取樣時間上所檢測到的強度信號表示取自移動流樣品部分的波長范圍內(nèi)的裝置響應。
3．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中波長分離器是一線性變量濾波器。
4．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中農(nóng)產(chǎn)品移動流在聯(lián)合收割機內(nèi)。
5．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中農(nóng)產(chǎn)器移動流在谷物加工機中。
6．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中農(nóng)產(chǎn)器移動流在儲存設備中。
7．根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括光纖，設置在光學檢測部分和波長分離器之間，將來自輸入端的光能耦合到其輸出端。
8．根據(jù)權利要求7所述的裝置，還包括混波器，設置在光纖的輸出端，用以衰減由光纖導入到檢測部分中光線的光強度變化。
9．根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括模數(shù)轉換器，用以接收檢測到的強度信號并提供檢測到的強度值。
10．根據(jù)權利要求9所述的裝置，還包括計算機，連接此裝置使其能夠從檢測器接收檢測到的強度信號，并根據(jù)檢測到的強度信號來計算出農(nóng)產(chǎn)器移動流樣品部分的組分。
11．根據(jù)權利要求10所述的裝置，其中計算機重復進行上述計算步驟，并對測量值R和S進行平均以確定吸收值。
12．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中光源和光學檢測部分放置在位于產(chǎn)品輸送管側開口附近的光學傳感頭室內(nèi)，波長分離器和檢測器放置在遠離產(chǎn)品輸送管的位置處，且其中光纖連接在光學檢測部分和波長分離器之間，以對其之間的光能進行耦合。
13．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中檢測器是一電荷耦合器件(CCD)陣列。
14．根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中組分選自含有蛋白質、水份、油、淀粉、面粉及硬度的組分組。
15．一種在包括用于輸送農(nóng)產(chǎn)器移動流的產(chǎn)品輸送管的收割機內(nèi)的、用于確定收割的農(nóng)產(chǎn)器組分的分析儀，該分析儀包括光源，設置成當農(nóng)產(chǎn)品移動流通過輸送管饋送時能夠照射到其樣品部分上的形式，該光源在所選照射帶寬內(nèi)提供多個波長；光學檢測部分，用于接收自被照樣品部分反射出來的光能；波長分離器，接收來自光學檢測部分的光線，并生成經(jīng)過空間分離的不同波長的光線；檢測器，接收來自波長分離器的光線，并且在波散濾波器帶寬內(nèi)的多個所選波長上同時生成代表光強度的檢測強度信號；及計算機，用于從檢測器接收檢測到的光強度信號，并根據(jù)檢測到的強度值計算出農(nóng)產(chǎn)品樣品部分的組分。
16．一種用于實時測定正被加工農(nóng)產(chǎn)品移動流組分的方法，該方法包括以下步驟利用位于近紅外線光譜內(nèi)所選照射帶寬中的多個波長來照射正被加工農(nóng)產(chǎn)品移動流的樣品部分；檢測被照樣品部分漫反射出來的光能；對檢測到的漫反射光線的波長進行分離，產(chǎn)生經(jīng)過空間分離的不同波長的光線；以及從分離的各波長中，以多個選定的波長同時檢測各波長的強度信號，以同時測定多條光線的強度。
17．根據(jù)權利要求16所述的方法，其中分離和檢測步驟可使在給定取樣時間上所檢測到的強度信號能夠代表取自單個樣品部分的整個波長范圍內(nèi)的響應。
18．根據(jù)權利要求16所述的方法，其中分離步驟由線性變量濾波器進行。
19．根據(jù)權利要求16所述的方法，其中農(nóng)產(chǎn)品移動流在聯(lián)合收割機內(nèi)。
20．根據(jù)權利要求16所述的方法，其中農(nóng)產(chǎn)器移動流在谷物加工機內(nèi)。
21．根據(jù)權利要求16所述的方法，其中農(nóng)產(chǎn)品移動流在儲存設備中。
22．根據(jù)權利要求16所述的方法，還包括下述步驟對由檢測步驟所提供的光能進行波型混合，以對光線的光強度變化進行衰減。
23．根據(jù)權利要求16所述的方法，還包括以下步驟對檢測到的光強度信號進行轉換以提供數(shù)字化的檢測強度值。
24．根據(jù)權利要求16所述的方法，還包括下述步驟根據(jù)檢測到的光強度值計算出農(nóng)產(chǎn)品樣品部分的組分。
25．根據(jù)權利要求24所述的方法，還包括以下步驟控制檢測擋板使其位于關閉或打開位置，可以有選擇地進行檢測漫反射光的步驟；控制光學部分擋板使其位于關閉或打開位置，可以有選擇地進行分離波長的步驟；以及利用下述步驟來確定吸收率從而計算出組分的步驟根據(jù)光學部分擋板關閉時的響應，測定黑體光譜D；借助打開光學部分擋板且關閉檢測部分擋板，測定參考光譜R；當二擋板都打開時，測定樣品光譜S；以及由下述關系式確定出所選波長上的光線吸收值，A=LOG10(R-D/S-D)。
26．根據(jù)權利要求25所述的方法，其中重復進行計算步驟、對R和S的測量值進行平均，從而確定吸收值。
27．一種用于獲得復合物組分百分比濃度的近紅外線短波分析系統(tǒng)，包括利用特定帶寬的短波-近紅外線光同時照射復合物的裝置；同時檢測由所述復合物反射出來的電磁波的裝置；與同時檢測反射波的裝置相結合的、用于對特定帶寬上電磁波波長進行空間分離的裝置；并行地單獨檢測反射出來的電磁波波長，以獲得所述復合物當中各種組分百分比濃度的裝置；及其中該分析系統(tǒng)裝配到一農(nóng)用聯(lián)合收割機內(nèi)，用于實時分析農(nóng)產(chǎn)器收割期間農(nóng)產(chǎn)品的移動流。
全文摘要
在谷物或其他農(nóng)產(chǎn)品的收割或加工過程中、利用近紅外線短波分析儀來確定移動的谷物或其他農(nóng)產(chǎn)品樣品的組分。該分析儀對樣品進行光照,檢測來自樣品的各個波長的漫反射率,并對該該漫反射率進行空間分離,形成各個波長響應。結果是能夠同時檢測來自被分析產(chǎn)品同一部分的各個并行波長強度。接下來可以將復合物的組分百分比與已知的組分百分比相比較,從而確定出各組分。該分析儀為光穩(wěn)定儀表,因而適于安裝到農(nóng)用收割機上以便在田野里進行實時測量。
文檔編號G01N21/35GK1284164SQ98813495
公開日2001年2月14日 申請日期1998年2月18日 優(yōu)先權日1998年2月6日
發(fā)明者戴維·M·邁斯 申請人:德斯夸瑞德發(fā)展有限公司