Патент ru2708159

Авторы патента:


Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для выделения фракции с высоким содержанием стекловидных зерен из товарного зерна. Партию зерна потоком пропускают через фотосепаратор, оснащенный оптической системой и обеспечивающий возможность анализа спектров отражения отдельных семян. Каждую зерновку облучают электромагнитным излучением из ультрафиолетового, видимого или ближнего инфракрасного диапазона, регистрируют электрические сигналы, соответствующие интенсивности отраженного зернами излучения, измеряют интенсивность отраженного каждым отдельным зерном излучения. По измеренным величинам интенсивности для каждого зерна определяют значение оптической характеристики, соответствующей показателю стекловидности зерна. Разделяют зерна на мучнистые и стекловидные в зависимости от отклонения значения оптической характеристики каждой зерновки от заранее определенного контрольного значения для партии зерна. Предложенный способ обеспечивает быстрое и эффективное разделение зерна на две фракции по уровню стекловидности. 5 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для выделения фракции с высоким содержанием стекловидных зерен из товарного зерна пшеницы, риса, тритикале, ржи и других мукомольно-крупяных культур. Особенностью ряда мукомольно-крупяных культур, например, пшеницы, полбы, тритикале, ржи, ячменя, кукурузы, риса, является присутствие в сырьевой массе стекловидных и мучнистых зерен. Стекловидность, являясь внешним признаком качества зерна, отражает структуру внутренних тканей зерна. Стекловидность обусловлена строением зерновки, то есть спецификой упаковки крахмальных гранул и белка. Консистенция зерна (стекловидность) имеет очень большое значение для оценки его технологических (мукомольных) свойств. Из сырья с высоким значением стекловидности удается получать продукты переработки более высокого качества. Так, стекловидные зерна обладают большей механической прочностью, чем мучнистые. В процессе размола в муку стекловидные зерна образуют большое количество крупок - промежуточных продуктов помола, что очень важно для получения муки высокого качества. Такая мука ценится в хлебопечении и других применениях. Мучнистые же зерна быстро измельчаются в тонкий порошок. Поэтому стекловидное зерно обладает более высокими мукомольными достоинствами. Зерна пшеницы или риса, содержащиеся в ворохе зерна, полученного после его уборки и послеуборочной обработки, содержат как мучнистые, так и стекловидные зерновки. Это происходит в силу того, что в ворохе содержатся зерна от разных растений, условия созревания которых, могут отличаться вследствие неоднородности распределения удобрений по посевной площади, генетических отличий различных экземпляров и пр. В зависимости, в том числе, от степени стекловидности зерно делится на классы. Для повышения класса зерна на практике обычно необходимо из партии зерна удалить небольшую часть мучнистых зерен.

Уровень техники

Из уровня техники известны различные способы сепарации зерен на фракции и отделения зерна от примесей.

Известен способ разделения зерна на стекловидные и мучнистые зерна, осуществляемый визуальным методом с помощью диафаноскопа (например, ГОСТ Р 52554-2006 и ГОСТ 10987-76) - способ очень трудоемкий и довольно субъективный. В соответствии с этими ГОСТ стекловидность зерна может определяться либо визуально без применения приборов по степени прозрачности поперечных срезов зерен, либо также визуально с помощью диафаноскопа, представляющего собой устройство с линзой и лампой подсветки, позволяющими лучше разглядеть по очереди каждое из 100 зерен, загружаемых в специальной кассете внутрь диафаноскопа. Визуальный метод с использованием диафаноскопа неприменим для промышленной сортировки зерна. Основными недостатками его являются низкая скорость разделения зерен и довольно высокая субъективность оценки.

Известны оптический способ и устройство для сортировки отдельных объектов из сыпучих материалов (Патент РФ 2526103), с применением в качестве критерия сортировки распределения объектов по размеру, что не подходит для отделения мучнистых зерен от стекловидных.

Известен также оптический способ для очистки и сортировки зерновых культур, реализованный в устройствах (Патент РФ 2495728 и Патент РФ 2403100), использующий для сортировки компьютерный анализ видеоизображения каждой зерновки по толщине, длине и ширине. Этот способ отличается сложностью технической реализации и, как следствие, относительно низкой производительностью. Кроме того, этот способ неприменим для отделения мучнистых зерен от стекловидных.

Известен также способ для идентификации объектов по оптическим признакам, раскрытый в патенте РФ №2012430 с использованием устройства, включающего сложную систему подсветки и один или несколько управляемых светофильтров с полосой пропускания не уже 380-770 нм и регулируемым спектром пропускания.

При реализации данного способа необходимо применение широкополосных светофильтров с регулируемым спектром пропускания, что сильно усложняет технологию идентификации объектов и ведет к низкой производительности устройства. Кроме того, данное устройство не способно проводить сепарацию зерна по степени стекловидности.

Наиболее близкими к предлагаемому способу по технической сущности являются применяемые в фотоэлектронных сепараторах способы отделения зерна от примесей и инородных включений по уровню интенсивности отраженного излучения на специально выбираемых длинах волн. Это, например, способ, раскрытый в статье (Фотосепаратор Zorkiy от CSort. Журнал «Агрорепортаж», 6 Сентября 2016), предназначенный для отделения зерна от мусора и примесей: овсюг, пелюшка, гречишка татарская, головня, спорынья, фузариозное зерно, зерно с черным зародышем и др. и состоящий в том, что зерно из загрузочного бункера попадает в освещенную зону обследования, пролетает между датчиком и фоновым экраном. Оптоэлектронный сенсор анализирует световой поток от исследуемого материала на трех длинах волн (соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам спектра) и вырабатывает выходной сигнал компьютерной системы для приведения пневмоклапана (эжектора) в действие. Эжектор из летящего потока выдувает отличающееся по цвету продукт в патрубок негодного продукта, через который продукт выходит из фотосепаратора, в то время как годный продукт продолжает падать в патрубок годного продукта, откуда также выводится из фотосепаратора. Недостатком данного метода является то, что он не обеспечивает возможности разделения зерна по степени стекловидности.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в преодолении недостатков, присущих аналогам и прототипу, за счет создания способа, обеспечивающего возможность высокопроизводительной сепарации зерен мукомольно-крупяных культур (например, пшеницы, полбы, тритикале, ржи, ячменя, кукурузы, риса и других) на стекловидную и мучнистую фракции.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении быстрого и эффективного разделения зерна пшеницы и риса на две фракции с различным значением оптической характеристики, соответствующим определенному уровню стекловидности, что позволит повысить степень стекловидности партии зерна за счет обеспечения возможности удаления мучнистых зерен.

Поставленная задача решается тем, что в способе разделения зерна мукомольно-крупяных культур по степени стекловидности, согласно техническому решению, партию зерна потоком пропускают через фотосепаратор, оснащенный модифицированной оптической системой и обеспечивающий возможность анализа спектров отражения отдельных семян, при этом каждую зерновку облучают электромагнитным излучением из ультрафиолетового, видимого или ближнего инфракрасного диапазона, регистрируют электрические сигналы, соответствующие интенсивности отраженного зернами излучения, измеряют интенсивность отраженного каждым отдельным зерном излучения, при этом по измеренным величинам интенсивности для каждого зерна определяют значение оптической характеристики, соответствующей показателю стекловидности зерна, после чего разделяют зерна на мучнистые и стекловидные в зависимости от отклонения значения оптической характеристики каждой зерновки от заранее определенного контрольного значения для партии зерна. Для получения контрольного значения оптической характеристики пробу зерна из партии пропускают через фотосепаратор, оснащенный модифицированной оптической системой, облучают электромагнитным излучением из диапазона от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного, регистрируют и определяют интенсивность отраженного от каждого зерна излучения в выбранных диапазонах длин волн, после чего определяют значение оптической характеристики для каждого зерна пробы и по значениям оптических характеристик всех зерен пробы устанавливают контрольное значение с учетом соотношения количества мучнистых и стекловидных зерен в исходной партии зерна и необходимого соотношения количества мучнистых и стекловидных зерен в конечной партии зерна после сепарации. В качестве оптической характеристики для разделения зерна по степени стекловидности может быть использовано:

- прямое отношение интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 550 до 780 нм к интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 250 до 500 нм;

- прямое отношение интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 250 до 500 нм к интенсивности отраженного зерном излучения спектральном диапазоне от 550 до 780 нм;

- разность интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 550 до 780 нм и интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 250 до 500 нм;

- значение интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 550 до 780 нм.

Заявляемый способ заключается в пропускании зерна через фотосепаратор, снабженный модифицированной оптической системой, и выделении отдельных зерен по заданному оптическому признаку, например по отношению (прямому или обратному) или разности интенсивности отраженного зерном излучения в красной, оранжевой, желтой или желто-зеленой области видимой части спектра (например, со средней длиной волны, выбранной из диапазона от 550 до 780 нм) и интенсивности отраженного зерном излучения в ультрафиолетовой, фиолетовой, синей или сине-зеленой области видимой части спектра (например, со средней длиной волны, выбранной из диапазона от 250 до 500 нм). Как установлено авторами, в этих областях спектра имеет место существенное различие в интенсивности отраженного от мучнистых зерен излучения, при существенно меньшем различии аналогичного показателя для стекловидных зерен.

Краткое описание чертежей

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа разделения зерна мукомольных культур по степени стекловидности.

На фиг. 2 представлена спектральная зависимость разности среднего значения интенсивности отраженного излучения для случайных выборок мучнистых и стекловидных зерен пшеницы «Оазис» в диапазоне длин волн 500-700 нм.

На фиг. 3 представлена спектральная зависимость отношения дисперсии сигнала для стекловидных зерен к разности средних значений сигналов для мучнистых и стекловидных зерен пшеницы «Оазис».

На фиг. 4 для примера показаны спектры отражения случайной выборки стекловидных (а) и мучнистых (б) зерен тритикале сорта «Тимирязевская 150».

На фиг. 5 представлены отношения интенсивности отраженного излучения в диапазоне длин волн λ=650±50 нм к интенсивности отраженного излучения в диапазоне длин волн λ=450±50 нм для случайной выборки мучнистых и стекловидных зерен тритикале.

На фиг. 6 приведены значения отношений интенсивности отраженного излучения в диапазоне длин волн λ=650±50 нм к интенсивности отраженного излучения в диапазоне длин волн λ=300±50 нм для случайной выборки мучнистых и стекловидных зерен тритикале.

На фиг. 7 показаны спектры отражения случайной выборки стекловидных (а) и мучнистых (б) зерен пшеницы сорта «Оазис».

На фиг. 8 приведены значения отношений интенсивности отраженного излучения в диапазоне длин волн λ=650±50 нм к интенсивности отраженного излучения в диапазоне длин волн λ=300±50 нм для мучнистых и стекловидных зерен пшеницы сорта «Оазис».

Позициями на фиг. 1 обозначены:

1 - загрузочный бункер,

2 - распределительные каналы и питающие лотки,

3 - освещенная зона обследования,

4 - осветительная система,

5 - приемники излучения,

6 - процессор с управляющей программой,

7 - система удаления мучнистого зерна,

8 - бункер для стекловидного зерна,

9 - бункер для мучнистого зерна;

а - поток исходного зерна,

b - поток стекловидного зерна,

с - поток мучнистого зерна,

d - излучение,

е - рассеянное (отраженное) зерном излучение,

f- электрический сигнал от приемников излучения,

g - сигнал управления от процессора системы управления.

Сущность изобретения состоит в следующем. Зерна, содержащиеся в ворохе зерна, полученного после его уборки и послеуборочной обработки, содержат как мучнистые, так и стекловидные зерна, различающиеся внутренней структурой. Это происходит в силу того, что в ворохе содержатся зерна от разных растений, условия созревания которых могут отличаться вследствие неоднородности распределения удобрений по посевной площади, генетических отличий различных экземпляров и пр.

Различия во внутренней структуре стекловидных и мучнистых зерен порождает различия в их спектрах отражения. Для повышения класса зерна на практике обычно необходимо удалить небольшую часть мучнистых зерен, однако вручную такую операцию выполнить достаточно сложно и долго.

Осуществление изобретения

Предлагаемый способ разделения зерен на стекловидные и мучнистые представляет собой промышленный вариант сепарации зерна, обеспечивающий возможность быстрой и точной сепарации зерен по оптической характеристике. Отсутствует необходимость использования сложных устройств для излучения и регистрации электромагнитных волн. Достаточно применить один или несколько (по числу каналов) светодиодов или ламп и столько же фотодиодов, работающих в соответствующих спектральных полосах. Кроме фотодиодов в качестве приемников излучения можно использовать фоторезисторы или фототранзисторы или ФЭУ (фотоэлектронные умножители) или ПЗС (приборы с зарядовой связью). Многочисленные эксперименты показали, что зерновки, определяемые (например, для пшеницы и риса по ГОСТ 10987-76) как стекловидные и мучнистые, различаются по оптическим характеристикам, которые могут определяться приборами в автоматическом режиме без участия человека. Оптическая характеристика представляет собой расчетную величину, определяемую на основе измерения интенсивностей отраженного излучения и характеризующую стекловидность зерна. Способы расчета оптической характеристики и ее контрольного значения раскрыты далее.

Зерно, предварительно очищенное от инородных включений, пропускают через фотосепаратор, оснащенный фотометрической системой, включающей источники и приемники электромагнитного излучения, работающие в заданных диапазонах длин волн, системой подачи зерна в зону обследования и системой удаления мучнистых зерен из потока зерна. Процесс разделения зерна по степени стекловидности может происходить, например, следующим образом (см. фиг. 1).

Исходное зерно для сортировки загружают в загрузочный бункер. Оттуда системой подачи (включающей, например, распределительные каналы и питающие лотки) зерно подают в зону обследования и освещают источником или источниками электромагнитного излучения. Приемник или приемники, получая отраженное от зерна излучение, генерируют электрический сигнал для компьютерной системы управления. В зависимости от сигналов, полученных от оптической системы, процессор с управляющей программой определяет значение оптической характеристики по заданному закону и дает команду на срабатывание системы (например, пневмоклапана (эжектора)) удаления мучнистого зерна, отличающегося по оптическим характеристикам от стекловидного, в бункер для мучнистых зерен. Стекловидное зерно может при этом прямым потоком поступать в бункер для стекловидного зерна.

Сепарация отдельных зерен производится по заданному значению оптической характеристики. В качестве таковой может быть использовано отношение (прямое или обратное) или разность интенсивности отраженного излучения со средней длиной волны, выбранной из диапазона от 550 до 780 нм (например, в полосе длин волн λ=650±50) и интенсивности отраженного излучения со средней длиной волны, выбранной из диапазона от 250 до 500 нм (например, в полосе длин волн λ=450±50 нм или λ=350±70). Такой показатель (в виде отношения или разности сигналов на двух длинах волн) имеет существенное различие для стекловидных и мучнистых зерен. Разница этого показателя между стекловидными и мучнистыми зернами имеет сравнительно малый коэффициент вариации (менее 0.5). В качестве показателя для сепарации мучнистых и стекловидных зерен может также применяться отдельно (с некоторым уменьшением эффективности) уровень интенсивности отраженного излучения в спектральной полосе со средней длиной волны, выбранной из диапазона от 550 до 780 нм.

В зависимости от вычисленного значения оптической характеристики для каждой зерновки и сравнения его с контрольным значением с помощью управляющей программы процессор дает команду на срабатывание системы удаления мучнистого зерна (например, пневмоклапана (эжектора)) для направления мучнистого зерна, отличающегося по оптическим характеристикам в бункер для мучнистых зерен, при этом стекловидное зерно прямым потоком через патрубок попадает в бункер стекловидных зерен.

Контрольное значение оптической характеристики определяют для каждой партии зерна перед началом сортировки.

Для установления контрольного значения оптической характеристики для каждой партии зерна небольшое количество зерна из загрузочного бункера пропускают через зону обследования, освещают элементами осветительной системы, а отраженное от зерна излучение, поступающее на приемник, регистрируют и определяют интенсивность отраженного сигнала. Управляющая программа фиксирует значения интенсивностей отраженного от разных зерновок сигнала и количество зерен, давших ту или иную интенсивность отраженного сигнала. Далее управляющая программа устанавливает контрольное значение сигнала для сортировки по одной из формул:

- от 0,4 до 0,6 (в зависимости от требуемого конечного процента содержания мучнистых зерен в бункере для стекловидного зерна) при использовании в качестве оптической характеристики для разделения зерна прямого или обратного отношения интенсивностей отраженного излучения в полосе спектра со средней длиной волны, выбранной из длинноволнового диапазона от 550 до 780 нм (например, в полосе длин волн λ=650±50 нм) и отраженного излучения в полосе спектра со средней длинной волны, выбранной из коротковолнового диапазона от 250 до 500 нм (например, в полосе длин волн λ=450±50 или λ=350±70 нм).

- (минимальная разность интенсивностей) + K × (разность максимальной и минимальной разностей интенсивностей), где K - коэффициент, лежащий в диапазоне от 0,5 до 0,8 (в зависимости от требуемого конечного процента содержания мучнистых зерен в бункере для стекловидного зерна) при использовании в качестве оптической характеристики для разделения зерна разности интенсивностей отраженного излучения в полосе спектра со средней длиной волны, выбранной из длинноволнового диапазона от 500 до 700 нм (например, в полосе длин волн λ=650±50 нм) и отраженного излучения в полосе спектра со средней длинной волны, выбранной из коротковолнового диапазона от 250 до 400 нм (например, в полосе длин волн λ=450±50 или λ=350±70 нм).

Примеры конкретной реализации

Пример 1.

На фиг. 2 показана спектральная зависимость средней по выборке разности между уровнем интенсивности излучения отраженного мучнистыми зернами и интенсивности излучения отраженного стекловидными зернами.

Максимум разности сигналов для двух видов зерна наблюдается на длинах волн вблизи 630 нм. Однако сама по себе большая разница не является основанием для предпочтения данной области спектра. Существенное значение имеет разброс данных на множестве однотипных зерен. В случае выделения мучнистых зерен за комплексный показатель эффективности можно принять коэффициент вариации - отношение дисперсии сигнала для стекловидных зерен к разности средних значений сигналов для мучнистых и стекловидных зерен. Чем меньше этот показатель, тем меньше стекловидных зерен будет ошибочно удалено при сортировке с целью удаления мучнистых зерен. В качестве оценки эффективности классификации примем коэффициент вариации, равный отношению стандартного отклонения (дисперсии) диагностического признака для стекловидных зерен к разности средних значений диагностических признаков обучающей выборки мучнистых и стекловидных зерен.

На фиг. 3 представлена зависимость отношения дисперсии сигнала для стекловидных зерен к разности средних значений сигналов для мучнистых и стекловидных зерен от длины волны излучения. Из фиг. 3 видно, что наименьшие значения коэффициента вариации (0.5-0.6) лежат в диапазоне длин волн 580-700 нм (красная область видимого спектра). Значит в качестве оптической характеристики для разделения зерна пшеницы по степени стекловидности можно использовать значение интенсивности отраженного от зерна излучения в диапазоне длин волн 580-700 нм. Однако, как будет видно из следующих примеров, разделение зерна на стекловидное и мучнистое будет более эффективным при использовании комплексной оптической характеристики, вычисленной на основании интенсивности отраженного от зерна излучения в двух диапазонах длин волн.

Пример 2.

На фиг. 4 представлены спектры отражения излучения от мучнистых и стекловидных зерен тритикале сорта «Тимирязевская 150».

Из сравнения фиг. 4а и фиг. 4б становится ясно, что при использовании для разделения мучнистых и стекловидных зерен способа идентификации по уровню интенсивности отраженного зерном излучения в каком-либо одном спектральном диапазоне (например, при средней длине волны 630 нм) разделение усложнено из-за дисперсии показателей отражения на отдельной длине волны. Однако из фиг. 4 хорошо видно, что характер спектров существенно различается: у стекловидных зерен с ростом длины волны отражение возрастает в меньшей степени, чем у мучнистых.

Сравнительный анализ спектров отраженного излучения стекловидного и мучнистого зерна тритикале сорта «Тимирязевская 150» в различных областях спектра показал возможность их более точной идентификации с использованием в качестве диагностического признака отношения интенсивности отраженного зерном излучения в области спектра со средней длинной волны λ=650±50 нм к интенсивности отраженного зерном излучения в области спектра со средней длиной волны λ=450±50 нм. Полученные результаты представлены на фиг. 5.

Как видно из фиг. 5, имеет место большое различие между значениями отношения сигнала (интенсивности отраженного излучения) в диапазоне длин волн λ=650±50 нм к сигналу в диапазоне длин волн λ=450±50 нм для мучнистых и стекловидных зерен тритикале. Из фиг. 4 и фиг. 5 также видно, что дисперсия показателя отношения сигнала в диапазоне длин волн λ=650±50 нм к сигналу в диапазоне длин волн λ=450±50 нм намного меньше, чем дисперсия показателей отражения на каждой отдельной длине волны. Все это создает лучшие условия для разделения мучнистых и стекловидных зерен на фотоэлектронных сепараторах с помощью предлагаемого метода.

Пример 3.

Были проанализированы спектры отражения света от мучнистых и стекловидных зерен тритикале сорта «Тимирязевская 150» на длинах волн из двух диапазонов: от 550 до 780 нм и от 250 до 500 нм.

На фиг. 6 представлены значения отношений интенсивности отраженного излучения в области спектра со средней длинной волны λ=650 нм к интенсивности отраженного излучения в области спектра со средней длинной волны λ=300 нм для случайных выборок стекловидного и мучнистого зерна тритикале сорта «Тимирязевская 150».

Как видно из фиг. 6, имеет место большое различие между значениями показателя отношения сигнала (интенсивности отраженного излучения) в диапазоне длин волн λ=650±50 нм к сигналу в диапазоне длин волн λ=300±50 нм для мучнистых и стекловидных зерен тритикале. Из фиг. 4 и фиг. 6 также видно, что дисперсия показателя отношения сигнала в диапазоне длин волн λ=650±50 нм к сигналу в диапазоне длин волн λ=300±50 нм намного меньше, чем дисперсия показателей отражения на каждой отдельной длине волны. Это создает лучшие условия для выделения мучнистых (или стекловидных) зерен на фотоэлектронных сепараторах с помощью предлагаемого метода.

Пример 4.

Имеется зерно тритикале с содержанием стекловидных, частично стекловидных и мучнистых зерен в соотношении 20: 30: 50%. Общая стекловидность составляет 35%. По этому показателю зерно отнесено к 4 классу. По всем остальным показателям оно соответствует 3 классу. Для повышения класса зерна необходимо увеличить процентное содержание стекловидных зерен. Для этого пропускаем зерно через фотосепаратор с установкой порога сепарации (контрольного значения оптической характеристики) таким образом, чтобы удалялась половина мучнистого зерна (25% от общей массы). После этого соотношение становится 26.7:40.0:33.3%. Общая стекловидность составляет 46.7%, что позволяет это зерно отнести уже к 3 классу. Удаленная из общей массы часть мучнистого зерна может быть использована в соответствии со своим классом, например, в производстве крахмалопродуктов, комбикормов и т.п.

Пример 5.

На фиг. 7 представлены спектры отражения света от мучнистых и стекловидных зерен пшеницы сорта «Оазис». Из сравнения фиг. 7а и фиг. 7б становится ясно, что при использовании для разделения мучнистых и стекловидных зерен способа идентификации по уровню интенсивности отраженного излучения в каком-либо одном спектральном диапазоне разделение усложняется из-за большой дисперсии показателей отражения на каждой отдельной длине волны. Однако из фиг. 7 хорошо видно, что характер спектров существенно различается: у стекловидных зерен с ростом длины волны отражение возрастает в меньшей степени, чем у мучнистых.

Сравнительный анализ спектров отраженного излучения стекловидного и мучнистого зерна пшеницы сорта «Оазис» в различных областях видимого спектра показал возможность их более точной идентификации с использованием в качестве оптической характеристики, характеризующей стекловидность зерна, отношения интенсивности отраженного излучения в длинноволновой области спектра со средней длиной волны λ=650±50 нм к плотности потока энергии отраженного излучения в коротковолновой области спектра со средней длиной волны λ=300±50 нм. Полученные результаты представлены на фиг. 8.

Как видно из фиг. 8, имеет место большое различие между значениями показателя отношения сигнала (интенсивности отраженного излучения) в диапазоне длин волн λ=650±50 нм к сигналу в диапазоне длин волн λ=300±50 нм для мучнистых и стекловидных зерен пшеницы. Из рисунков 6 и 7 также видно, что дисперсия показателя отношения сигнала в диапазоне длин волн λ=650±50 нм к сигналу в диапазоне длин волн λ=300±50 нм намного меньше, чем дисперсия показателей отражения на каждой отдельной длине волны. Это создает лучшие условия для выделения мучнистых (или стекловидных) зерен на фотоэлектронных сепараторах.

Пример 6.

Были проанализированы спектры отражения света от мучнистых и стекловидных зерен пшеницы сорта «Оазис» на длинах волн из двух диапазонов: от 550 до 780 нм и от 250 до 500 нм.

В таблице 1 представлены значения интенсивности отраженного излучения на длине волны 370 нм и 630 нм для случайной выборки стекловидных и мучнистых зерен пшеницы.

На основании данных таблицы 1 были рассчитаны значения отношений сигнала на длине волны 630 нм к сигналу на длине волны 370 нм, а также значения разности этих сигналов. Результаты этих расчетов собраны в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что в качестве показателя для разделения стекловидных и мучнистых зерен может быть выбрано как отношение, так и разность интенсивности отраженного излучения на длине волны 630 нм и интенсивности отраженного излучения на длине волны 370 нм.

Пример 7.

Имеется зерно пшеницы с содержанием стекловидных, частично стекловидных и мучнистых зерен в соотношении 20:30:50%. Общая стекловидность составляет 35%. По этому показателю зерно отнесено к 4 классу. По всем остальным показателям оно соответствует 3 классу. Для повышения класса зерна необходимо увеличить процентное содержание стекловидных зерен. Для этого пропускаем зерно через фотосепаратор с установкой порога сепарации (контрольного значения оптической характеристики) таким образом, чтобы удалялась половина мучнистого зерна (25% от общей массы). После этого соотношение становится 26.7:40.0:33.3%. Общая стекловидность составляет 46.7%, что позволяет это зерно отнести уже к 3 классу. Удаленная из общей массы часть мучнистого зерна может быть использована в соответствии со своим классом.

1. Способ разделения зерна мукомольно-крупяных культур по степени стекловидности, характеризующийся тем, что партию зерна потоком пропускают через фотосепаратор, оснащенный модифицированной оптической системой и обеспечивающий возможность анализа спектров отражения отдельных семян, при этом каждую зерновку облучают электромагнитным излучением из ультрафиолетового, видимого или ближнего инфракрасного диапазона, регистрируют электрические сигналы, соответствующие интенсивности отраженного зернами излучения, измеряют интенсивность отраженного каждым отдельным зерном излучения, при этом по измеренным величинам интенсивности для каждого зерна определяют значение оптической характеристики, соответствующей показателю стекловидности зерна, после чего разделяют зерна на мучнистые и стекловидные в зависимости от отклонения значения оптической характеристики каждой зерновки от заранее определенного контрольного значения для партии зерна.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для получения контрольного значения оптической характеристики пробу зерна из партии пропускают через фотосепаратор, оснащенный модифицированной оптической системой, облучают электромагнитным излучением из диапазона от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного, регистрируют и определяют интенсивность отраженного от каждого зерна излучения в выбранных диапазонах длин волн, после чего определяют значение оптической характеристики для каждого зерна пробы и по значениям оптических характеристик всех зерен пробы устанавливают контрольное значение с учетом соотношения количества мучнистых и стекловидных зерен в исходной партии зерна и необходимого соотношения количества мучнистых и стекловидных зерен в конечной партии зерна после сепарации.

3. Способ по пп. 1, 2, характеризующийся тем, что в качестве оптической характеристики для разделения зерна по степени стекловидности используют прямое отношение интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 550 до 780 нм к интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 250 до 500 нм.

4. Способ по пп. 1, 2, характеризующийся тем, что в качестве оптической характеристики для разделения зерна по степени стекловидности используют прямое отношение интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 250 до 500 нм к интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 550 до 780 нм.

5. Способ по пп. 1, 2, характеризующийся тем, что в качестве оптической характеристики для разделения зерна по степени стекловидности используют разность интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 550 до 780 нм и интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 250 до 500 нм.

6. Способ по пп. 1, 2, характеризующийся тем, что в качестве оптической характеристики для разделения зерна по стекловидности используют значение интенсивности отраженного зерном излучения в спектральном диапазоне от 550 до 780 нм.



 

Похожие патенты:

Патент ru2708159

Наверх