基于近红外三波长法的小麦含水率检测系统设计 - 江苏农业科学.PDF

— ３９０— 江苏农业科学　２０１６年第４４卷第１０期 熊显名，王心芒，张文涛，等．基于近红外三波长法的小麦含水率检测系统设计［Ｊ］．江苏农业科学，２０１６，４４（１０）：３９０－３９３． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１６．１０．１１４ 基于近红外三波长法的小麦含水率检测系统设计 熊显名，王心芒，张文涛，聂君扬，唐绮雯 （桂林电子科技大学电子工程与自动化学院／广西高校光电信息处理重点实验室，广西桂林５４１００４） 　　摘要：针对小麦含水率检测快速、便捷的需求，设计基于近红外三波长法的小麦含水率检测系统，系统主要由 ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ３主控芯片、激光二极管驱动电路、光电转换电路、积分球等组成。通过研究小麦含水率对３个不同波 长光功率吸收的规律，结合五元三次多项式回归拟合方法，建立小麦含水率与３个不同波长光吸收率的数学模型，并 对模型进行可靠性检验。与直接干燥法相比，系统对含水率为５．０％ ～１０．３％的小麦的含水率绝对测量误差为 －２．２％～０．８％，响应时间小于１．５ｓ，以达到实用的要求。 　　关键词：小麦；籽粒含水率；近红外三波长法；无损检测 　　中图分类号：Ｓ２３７　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０１６）１０－０３９０－０４ 　　粮食的含水率是评价粮食品质的一个重要指标，它直接 点，提出采用半导体近红外激光二极管设计含水率检测系统， ［１－２］ ［１１］ 影响产品的质量和保存期限 ；小麦是世界上总产量位居 以积分球 为核心，采用３个不同波长的激光二极管光源和 ［３］ ［１２］ 第二的粮食作物 ，仅次于玉米。因此，在小麦的存储和加 １个ＩｎＧａＡｓ半导体探测器 ，去除一般光谱仪器中必须采用 ［４－５］ ［６］ 工应用中，含水率的检测 非常重要。传统的烘干法 和 的移动部件，将光源和分光器件合二为一；将 ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－ 电导法［１，７－８］是小麦含水率检测的主要方法。这２种方法具 Ｍ３主控芯片作为仪器控制中心，具有自动校正和丰富的人 有精度高、测量结果稳定的优点，但是使用条件的限制无法满 机交互功能。 足在线非接触式连续测量的需求；近红外光谱法［９－１０］具有分 １　小麦籽粒含水率检测系统硬件设计 析速度快、无损检测的优点，但目前国内的近红外光谱分析仪 器主要以进口为主，价格高，保修困难，且光路复杂、体积大， １．１　光学系统设计 较难满足现场检测。因此，设计出便携、快速、无损的小麦含 １．１．１　光源选择　系统采用阵列式半导体激光器作为光源， ［１１］ 水率检测系统非常有必要。本研究结合近红外光谱法的优 积分球 作为光收集器，将光源与分光系统合二为一，提高 仪器的稳定性。近红外波段（８００～２５００ｎｍ）属于通信波段， 收稿日期：２０１５－０８－１０ ［１３］ 此波段的激光光源丰富、价格适中、光纤技术较为成熟 。 基 金 项 目：广 西 壮 族 自治 区 自然 科 学 基 金 （编 号： 有研究发现，水分子在近红外波段具有很强的特征性的合频 ２０１４ＧＸＮＳＦ