基于usb650紅棗品質(zhì)動(dòng)態(tài)參數(shù)采集實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和研究

1、PAGE PAGE 9“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目申報(bào)書學(xué) 院：機(jī)械電氣化工程學(xué)院項(xiàng)目名稱：基于usb650紅棗品質(zhì)動(dòng)態(tài)參數(shù)采集實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和研究項(xiàng)目類型：創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目 創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目負(fù) 責(zé) 人：王盼盼指導(dǎo)教師：羅華平塔里木大學(xué)教務(wù)處二一四年三月填 寫 須 知一、項(xiàng)目分類說明：1.創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目是本科生個(gè)人或團(tuán)隊(duì)，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，自主完成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)、設(shè)備和材料的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)的實(shí)施、數(shù)據(jù)處理與分析、總結(jié)報(bào)告撰寫等工作。2.創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目是本科生團(tuán)隊(duì)，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)中每個(gè)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中扮演一個(gè)或多個(gè)具體的角色，通過編制商業(yè)計(jì)劃書、開展可行性研究、模擬企業(yè)運(yùn)行、進(jìn)行一定程度的驗(yàn)證試驗(yàn)，

2、撰寫創(chuàng)業(yè)報(bào)告等工作。二、申報(bào)書請(qǐng)按順序逐項(xiàng)填寫，填寫內(nèi)容必須實(shí)事求是，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)?？杖表?xiàng)要填“無”。三、申請(qǐng)參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的人數(shù)含負(fù)責(zé)人在內(nèi)不得超過5人。四、填寫完后用A4紙張雙面打印，不得隨意涂改。項(xiàng)目名稱基于usb650紅棗品質(zhì)動(dòng)態(tài)參數(shù)采集實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和研究項(xiàng)目起止時(shí)間2014年 5月 至 2015年 5月負(fù)責(zé)人姓名年級(jí)所在學(xué)院、專業(yè)聯(lián)系電話E-mail王盼盼大二機(jī)電院 機(jī)械電子16-1183*1102808614項(xiàng)目組成員馬偉強(qiáng)大二機(jī)電院 電氣化16-2183*646992183李靖大二機(jī)電院 電氣化16-2183*948323894許曉翠大二信息院 計(jì)算機(jī)16-

3、4183*736257800孫寶林大二機(jī)電院 機(jī)械電子16-1183*1035949491指導(dǎo)教師姓名羅華平職務(wù)/職稱教授所在學(xué)院機(jī)械電氣化工程學(xué)院聯(lián)系電話150*E-導(dǎo)師簡介羅華平，男，教授，碩士研究生。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程專業(yè)碩士生導(dǎo)師，塔里木大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程學(xué)科農(nóng)產(chǎn)品加工方向?qū)W術(shù)帶頭人。中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國儀器儀表協(xié)會(huì)普通會(huì)員。主要從事光譜技術(shù)及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測的應(yīng)用研究。現(xiàn)有在讀研究生6人。通過讓學(xué)生參與課題的方式，先后指導(dǎo)農(nóng)機(jī)、機(jī)械專業(yè)的15名本?？粕瓿僧厴I(yè)論文，其中一名同學(xué)獲得優(yōu)秀畢業(yè)論文。一、項(xiàng)目簡介（300字左右）顏色是紅棗外部品質(zhì)的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，顏色的好壞直接影響紅

4、棗的銷售價(jià)格?，F(xiàn)階段南疆紅棗顏色分選通常是人工挑選，人工挑選不僅費(fèi)時(shí)、效率低下,而且分級(jí)質(zhì)量與檢驗(yàn)員自身的技術(shù)水平有很大的關(guān)系,難以保證南疆紅棗的品質(zhì)。項(xiàng)目提出設(shè)計(jì)一種紅棗顏色快速檢測裝置，該裝置以LED驅(qū)動(dòng)的鹵燈為光源，線針硅CCD探測器，650有效像素，可以在整個(gè)光譜上測量650個(gè)點(diǎn)，即每個(gè)nm波長一個(gè)點(diǎn)。該裝置入射狹縫為25m，光學(xué)分辨率為2.0nm（FWHM）。且該裝置基于CIE（國際照明委員會(huì)）顏色系統(tǒng)，可以檢測顏色的L*、a、b值，并且可以采集VIS-NIR反射光譜（波長范圍350-1000nm）。利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器 usb650開展紅棗靜態(tài)光譜顏色等參數(shù)的檢測。設(shè)計(jì)支架，測量紅棗

5、平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)。為今后紅棗品質(zhì)在線檢測奠定基礎(chǔ)。以紅棗運(yùn)動(dòng)過程中品質(zhì)動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測因素為目標(biāo)，完成一個(gè)設(shè)計(jì)方案本項(xiàng)目具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的基礎(chǔ)工作，對(duì)以后紅棗顏色分級(jí)進(jìn)一步深入的研究，具有重要指導(dǎo)意義。二、申請(qǐng)理由（包括自身/團(tuán)隊(duì)具備的知識(shí)條件、特長、興趣等）項(xiàng)目依托新疆維吾爾自治區(qū)普通高等學(xué)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室里有可以完成項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的基本條件。本人已經(jīng)熟悉顏色檢測基本知識(shí)，也做過紅棗顏色測量相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)課外活動(dòng)很感興趣，具有較強(qiáng)的組織能力與動(dòng)手能力可以完成項(xiàng)目的主要內(nèi)容。本項(xiàng)目部分內(nèi)容源于兩項(xiàng)國家自然基金(No.10964009和No.11164023)成果。團(tuán)隊(duì)成員有負(fù)責(zé)電路、控制

6、、機(jī)械等各個(gè)方向的人才，可以完成紅棗顏色快速檢測裝置的設(shè)計(jì)與研究。三、項(xiàng)目方案（項(xiàng)目內(nèi)容、項(xiàng)目目標(biāo)、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案）3.1項(xiàng)目內(nèi)容光學(xué)平臺(tái)選擇非對(duì)稱交叉式Czerny-Turner分光結(jié)構(gòu)（圖1所示），此光學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)是在Czerny-Turner結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行光路的改進(jìn)，使光譜儀內(nèi)部構(gòu)件布局更緊湊，可進(jìn)一步小型化。與對(duì)稱式Crerny-Turner結(jié)構(gòu)相比，由于縮短了光程，使聚焦鏡投射到線性CCD陣列檢測器的平行排列單色光展成呈一定角度的圓弧排列，會(huì)對(duì)光信號(hào)的檢測會(huì)產(chǎn)生一定的非線性誤差。選擇教學(xué)用USB650紅潮光譜儀（美國海洋光學(xué)）如圖2所示。圖1 非對(duì)稱交叉式Czerny-Turne

7、r分光結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)圖圖2 光譜儀的光學(xué)平臺(tái)組件1、 光纖連接器，2、固定入射狹縫，3、長通吸收濾光片，4、準(zhǔn)直鏡，5、光柵和波長范圍，6、聚焦鏡，7、L2或者L4探測器聚光透鏡，8、探測器，9、OFLV消除高階衍射濾光片，10、UV4探測器升級(jí)測樣附件選擇積分球，紅棗為固定狀物質(zhì)，所以選擇積分球來測量紅棗顏色，積分球和光譜儀之間用光纖連接。圖3為光譜儀和積分球用光纖連接圖，圖4為總體構(gòu)架圖。圖3 光纖和積分球圖4 顏色測量裝置總體構(gòu)架圖設(shè)計(jì)支架，測量紅棗平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)。為今后紅棗品質(zhì)在線檢測奠定基礎(chǔ)。3.2項(xiàng)目目標(biāo)以紅棗運(yùn)動(dòng)過程中品質(zhì)動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測因素為目標(biāo)，完成一個(gè)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)制造出紅棗

8、顏色快速檢測裝置。3.3技術(shù)路線技術(shù)路線圖如圖5所示。開始試驗(yàn)選擇顏色系統(tǒng)選擇光學(xué)平臺(tái)選擇測樣附件CIE顏色系統(tǒng)非對(duì)稱交叉式Czerny-Turner分光結(jié)構(gòu)積分球組成儀器裝置對(duì)紅棗顏色的測量軟件系統(tǒng)電路控制圖5 技術(shù)路線圖3.4試驗(yàn)方案去市場選購USB650紅潮光譜儀（美國海洋光學(xué)），該光譜儀價(jià)格便宜，體積小，滿足試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，并同時(shí)選購該公司配套的積分球和測樣光纖。去校工廠設(shè)計(jì)加工系統(tǒng)裝置，布置線路一次吧測試附件、積分球和光譜儀連接固定好。用USB連接電腦及可對(duì)紅棗顏色的快速測量。四、項(xiàng)目特色與創(chuàng)新4.1項(xiàng)目特色該裝置的設(shè)計(jì)涉及光機(jī)電 ，多學(xué)科知識(shí)，增強(qiáng)工程實(shí)踐動(dòng)手能力和拓展學(xué)生擴(kuò)展知識(shí)面

9、等。紅棗是南疆特有的水果，此裝置具有地方特色。4.2項(xiàng)目創(chuàng)新通常紅棗都是按大小分級(jí)，用此裝置檢測紅棗顏色可以實(shí)現(xiàn)按顏色分級(jí)，因此在紅棗分級(jí)中是種創(chuàng)新。市面上也有紅棗分級(jí)設(shè)備，但是他們大多價(jià)格昂貴、體積笨重，很多中小企業(yè)買不起，此裝置體積小、價(jià)格便宜。工程實(shí)踐訓(xùn)練，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器 usb650開展紅棗靜態(tài)光譜顏色等參數(shù)的檢測。設(shè)計(jì)支架，測量紅棗平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)。為今后紅棗品質(zhì)在線檢測奠定基礎(chǔ)。以紅棗運(yùn)動(dòng)過程中品質(zhì)動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測因素為目標(biāo)，完成一個(gè)設(shè)計(jì)方案五、項(xiàng)目預(yù)期成果申報(bào)論文2篇，國內(nèi)核心期刊收錄。六、項(xiàng)目進(jìn)度安排2014年5月-9月 查閱文獻(xiàn)與相關(guān)資料，重點(diǎn)是顏色與光學(xué)知識(shí)。9月-12月

10、在農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做紅棗顏色測量相關(guān)實(shí)驗(yàn)，比如測量紅棗VIS-NIR反射光譜，用色差儀測量紅棗的色差。2015年1月-4月去市場選擇光譜儀、光纖、積分球等配件，設(shè)計(jì)制造檢測裝置的外殼，設(shè)計(jì)電路，安裝配件，完成檢測裝置的制作。4月-5月 整理數(shù)據(jù)發(fā)表論文兩篇，準(zhǔn)備項(xiàng)目結(jié)題相關(guān)材料。七、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)使用計(jì)劃本項(xiàng)目申請(qǐng)費(fèi)用共計(jì)12000元。分別按如下計(jì)算：1.實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)：200元采摘紅棗樣品需要5公斤，每公斤/40元，共計(jì)200元。2.儀器設(shè)備費(fèi)，預(yù)算經(jīng)費(fèi)為5870元。實(shí)驗(yàn)需要購買光譜儀個(gè)，市場價(jià)格2000左右；積分球1500元/個(gè)；光纖網(wǎng)上報(bào)價(jià)價(jià)格1800元；電控制其他材料570元。3.設(shè)備加工工費(fèi)：1500元。學(xué)校加工廠可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行加工制造，設(shè)備需要加工15天，工廠按每天100元計(jì)算，共計(jì)：1500元。4. 差旅費(fèi)預(yù)算500元本課題實(shí)施中，課題組成員進(jìn)行紅棗的采購儀器的購買需要出差，每次出差來回需要100元車費(fèi)，