Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройство для его осуществления Российский патент 2025 года по МПК G01N21/25 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к спектроскопическим методам и устройствам для измерения характеристик сыпучих продуктов и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа, в частности, для определения характеристик единичных зерен и идентификации гаплоидных семян.

Уровень техники

Одним из современных селекционных методов создания новых сортов злаковых растений является метод гаплоиндукции, в результате которого вырастает вероятность получения гаплоидных семян. При практической реализации метода возникает необходимость идентификации и сортировки полученных гаплоидных семян.

Для автоматизации сортировки гаплоидных семян используют оптические методы и приборы для их осуществления.

Одним из наиболее распространенных методов анализа семян является метод инфракрасной спектроскопии, который принято использовать для определения таких характеристик, как влажность, содержание белка, условная крахмалистость и др. Анализ семян принято проводить непосредственно после сбора урожая, при закладке семян в хранилище, после их транспортировки или перед их использованием в качестве посевного материала или сырья.

Особенностью анализа сыпучих продуктов, таких как семена, является то, что измеряемый образец оптически неоднороден по своей природе, поэтому при анализе проводят несколько измерений разных участков или разных проб одного и того же образца, а затем проводят усреднение полученных данных.

Из уровня техники известен Способ и устройство для обнаружения присутствия микотоксинов в злаках (RU 2721896 С2, заявка №2018130827 от 23.02.2017 г.), суть которого заключается в улавливании по меньшей мере одного спектра поглощения рассеянного света набора злаковых зерен, улавливании по меньшей мере одного спектра поглощения рассеянного света по меньшей мере одного отдельного злакового зерна из набора злаковых зерен и классификации уровня заражения микотоксинами по меньшей мере в одном злаковом зерне путем проведения многофакторного анализа данных по меньшей мере одного спектра поглощения рассеянного света набора злаковых зерен и по меньшей мере одного спектра поглощения рассеянного света по меньшей мере одного отдельного злакового зерна. Технический результат известного решения позволяет обеспечить возможность измерения в промышленной среде локализованного заражения в необработанных отдельных злаковых зернах. В предложенном решении в качестве средства улавливания по меньшей мере одного спектра поглощения рассеянного света может представлять собой средство улавливания по меньшей мере одного спектра поглощения рассеянного света ультрафиолетового излучения, видимой и ближней ИК области.

Недостатком известного технического решения является отсутствие обеспечения возможности измерения количества белка, стекловидности, габаритов, гаплоидности и других параметров единичных семян.

Другим известным решением является Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройство для его осуществления (RU 2264610 С2, заявка №2004102057/28 от 16.01.2004 г.), суть которого заключается в периодической доставке измеряемой пробы в зону измерения с помощью загрузочного устройства, регистрации спектроскопических свойств пробы в неподвижном состоянии и последующей выгрузки пробы из зоны измерения. Технический результат известного решения позволяет обеспечить высокую достоверность и воспроизводимость результатов измерений благодаря наиболее однородной и воспроизводимой загрузке продукта в зону измерения и возможности перестройки длины оптического пути в зависимости от оптического поглощения продукта в исследуемом спектральном диапазоне. В предложенном решении также предложено использовать методы инфракрасной спектроскопии для анализа пробы.

Недостатком известного технического решения является отсутствие обеспечения возможности измерения спектроскопических свойств единичного семени.

Несмотря на отсутствие возможности измерения единичного семени Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройство для его осуществления является наиболее близким к совокупности существенных признаков изобретения и признан авторами в качестве прототипа.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей заявленного изобретения обеспечение возможности измерения спектроскопических свойств единичного образца сыпучих продуктов.

Согласно настоящему изобретению предложен способ измерения спектроскопических свойств анализируемого образца в виде единичного образца сыпучего твердого продукта, включающий в себя доставку анализируемого образца в зону измерения, фиксацию анализируемого образца в зоне измерения за счет разницы давлений на диафрагме, регистрацию спектроскопических свойств анализируемого образца и выгрузку анализируемого образца из зоны измерения.

Способ может включать в себя проведение по крайней мере одно повторного измерения спектроскопических свойств анализируемого образца после смены его положения в пространстве, что позволит проводить усреднение измеренных значений, тем самым повысить качество измерения спектроскопических свойств анализируемого образца.

Способ может предполагать расположение анализируемого образца на оптической оси измерительной камеры, что позволит обеспечить попадание на образец всего светового потока.

Способ может включать в себя смену положения анализируемого образца путем осуществления освобождения анализируемого образца, механического кантования, перекантования и последующей фиксации образца в измерительной камере, что позволит фиксировать расположение образца на оптической ось в другом положении. Перекантование применяется для смены положения образца относительно оптической оси, что позволяет получить достоверные данные за счет усреднения результатов нескольких измерений.

Способ может включать в себя осуществление сортировки анализируемого образца в зависимости от результатов спектроскопических измерений. При этом вариант способа может подразумевать выгрузку анализируемого образца в контейнер посредством сортировочного механизма.

Способ может предполагать смену анализируемого образца по револьверному принципу для повышения производительности.

Способ может предполагать фокусировку светового пучка в центре диафрагмы с помощью линзы для повышения отношения полезный сигнал/шум при спектроскопических измерениях.

Способ может включать в себя управление расходом воздуха, проходящего через диафрагму, посредством насоса или эжектора для регулирования силы фиксации образца.

Способ предполагает, что в качестве анализируемого образца сыпучего твердого продукта используется единичное семя. При этом вариант способа может подразумевать возможность сортировки семян на гаплоидные и диплоидные.

Для осуществления способа предложена конструкция устройства для его осуществления, содержащая блок подачи, измерительную камеру, разделенную диафрагмой диаметром меньше минимального размера анализируемого образца, устройство фиксации, устройство регистрации спектроскопических свойств и блок выгрузки.

Устройство для измерения спектроскопических свойств анализируемого образца может включать в себя устройство кантования и перекантования анализируемого образца, что позволяет ему фиксировать образец на оптической линии измерительной камеры, а также совершать повторные измерения образца. При этом устройство кантования и перекантования и измерительная камера могут представлять собой один неделимый узел.

Устройство для измерения спектроскопических свойств анализируемого образца может включать в себя блок сортировки анализируемых образцов. Блок сортировки должен обеспечивать сортировку образцов в зависимости от результатов анализа полученных спектроскопических свойств образца. При этом измерительная камера, устройство кантования и перекантования, блок выгрузки и блок сортировки могут представлять собой один неделимый узел.

Устройство для измерения спектроскопических свойств анализируемого образца может подразумевать, что центр диафрагмы расположен на оптической оси измерительной камеры.

Устройство для измерения спектроскопических свойств анализируемого образца может включать в себя линзу, расположенную на оптической оси измерительной камеры.

Устройство для измерения спектроскопических свойств анализируемого образца может включать в себя диафрагму переменного диаметра для определения свойств единичных семян различных размеров.

Устройство для измерения спектроскопических свойств анализируемого образца может включать в себя насос или эжектор.

Краткое описание чертежей

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг. 1. Структурная схема, иллюстрирующая порядок операций для осуществления способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов (1 - доставка образца в зону измерения, 2 - фиксация образца в зоне измерения, 3 - регистрация спектроскопических свойств образца, 4 - выгрузка образца из зоны измерения).

Фиг. 2. Структурная схема предложенного устройства для осуществления способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов (5 - блок подачи образца, 6 - измерительная камера, 8 - устройство фиксации образца, 9 -устройство регистрации спектроскопических свойств, 10 - блок выгрузки образца).

Фиг. 3. Структурная схема предложенного устройства для осуществления способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов (5 - блок подачи образца, 6 - измерительная камера, 8 - устройство фиксации образца, 9 -устройство регистрации спектроскопических свойств, 10 - блок выгрузки образца, 11 - устройство кантования и перекантования).

Фиг. 4. Структурная схема предложенного устройства для осуществления способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов (5 - блок подачи образца, 6 - измерительная камера, 8 - устройство фиксации образца, 9 -устройство регистрации спектроскопических свойств, 10 - блок выгрузки образца, 11 - устройство кантования и перекантования), при этом измерительная камера (6) и устройство кантования и перекантования (11) объединены в один неделимый узел.

Фиг. 5. Структурная схема предложенного устройства для осуществления способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов (5 - блок подачи образца, 6 - измерительная камера, 8 - устройство фиксации образца, 9 -устройство регистрации спектроскопических свойств, 10 - блок выгрузки образца, 12 - блок сортировки).

Фиг. 6. Структурная схема предложенного устройства для осуществления способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов (5 - блок подачи образца, 6 - измерительная камера, 8 - устройство фиксации образца, 9 -устройство регистрации спектроскопических свойств, 10 - блок выгрузки образца, 11 - устройство кантования и перекантования, 12 - блок сортировки).

Фиг. 7. Структурная схема предложенного устройства для осуществления способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов (5 - блок подачи образца, 6 - измерительная камера, 8 - устройство фиксации образца, 9 -устройство регистрации спектроскопических свойств, 10 - блок выгрузки образца, 11 - устройство кантования и перекантования, 12 - блок сортировки), при этом измерительная камера (6), устройство кантования и перекантования (11), блок сортировки (12) и блок выгрузки образца (10) объединены в один неделимый узел.

Осуществление изобретения

Заявляемый способ измерения спектроскопических свойств анализируемого образца в виде единичного образца сыпучего твердого продукта осуществляется следующим образом: единичный образец сыпучего твердого продукта доставляется (1) в зону измерения, за счет разницы заданных давлений образец фиксируется (2) в определенном положении в зоне измерения на диафрагме, после чего происходит регистрация (3) спектроскопических свойств анализируемого образца, по окончании которой, образец выгружается (4) из зоны измерения.

На фиг. 1 проиллюстрирован порядок операций для осуществления способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что осуществляется как минимум одна повторная регистрация спектроскопических свойств анализируемого образца, что позволяет повысить качество полученных спектров.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что анализируемый образец в любом зафиксированном положении всегда располагается так, что через него проходит оптическая ось измерительной камеры.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что смена положения анализируемого образца осуществляется освобождением анализируемого образца, механическим кантованием, перекантованием и фиксацией в измерительной камере, что упрощает фиксацию образца в измерительной камере.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что после регистрации спектроскопических свойств анализируемого образца осуществляется его сортировка в зависимости от результатов спектроскопических измерений. Добавление этапа сортировки позволяет сократить время на поиск образца с необходимыми свойствами.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что операция выгрузки анализируемого образца осуществляется посредством механического сортировочного механизма, что сокращает не только время на сортировку, но и выгрузку образца после регистрации спектроскопических измерений за счет автоматизации процесса.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что анализируемый образец доставляется в зону измерения посредством механизма револьверного типа, что сокращает время на доставку образца за счет автоматизации процесса.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что световой пучок фокусируется в центр диафрагмы с помощью линзы, что позволяет уменьшить мощность излучателя устройства регистрации спектроскопических свойств.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что поток воздуха через диафрагму создается с помощью насоса или эжектора, работа которого обеспечивается за счет газа-носителя.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что в качестве анализируемого образца сыпучего твердого продукта используется единичное зерно или семя, что характеризует заявленный способ в качестве метода анализа сельскохозяйственных объектов, таких как: злаковые, бобовые и гречишные семена.

В одном из вариантов осуществления заявленного способа предполагается, что в качестве анализируемых образцов могут выступать гаплоидные или диплоидные семена. При этом полученные в ходе регистрации спектроскопических свойств таких образцов результаты позволяют определить гаплоидность или диплоидность образца. Гаплоидность или диплоидность образца определяется в ходе последующей обработки результатов в ходе многомерного анализа измеренных данных спектроскопических свойств. Производится преобразование измеренных данных и их сопоставление с заранее построенными многомерными градуировочными моделями для гаплоидных и диплоидных семян.

Для осуществления заявленного способа предложена конструкция устройства, содержащее блок подачи (5), измерительную камеру (6), разделенную диафрагмой (7) диаметром меньше минимального размера анализируемого образца, устройство фиксации (8), устройство регистрации спектроскопических свойств (9), блок выгрузки (10). Блок подачи (5) механически соединен с измерительной камерой (6), что позволяет подавать анализируемый образец посредством этого блока (5) в измерительную камеру (6), при этом заявленное устройство не ограничивается автоматическим или неавтоматическим принципом подачи образца. Измерительная камера (6) устройства разделена диафрагмой (7), при этом диаметр отверстия диафрагмы (7) меньше предполагаемого размера анализируемого образца, что позволяет жестко фиксировать образец перед регистрацией его спектроскопических свойств. Измерительная камера (6) связана посредством газовой линии с устройством фиксации (8), которое позволяет фиксировать анализируемый образец за счет задания разницы давлений. Также измерительная камера (6) механически связана с устройством регистрации спектроскопических свойств (9), которое позволяет определить свойства образца за счет разницы отражения излучаемого света, при этом заявленное устройство конструктивно не ограничивается определенным источником излучателя. Кроме того, измерительная камера (6) механически связана с блоком выгрузки (10). Этот блок (10) позволяет удалить анализируемый образец из измерительной камеры (6) после завершения измерений, при этом заявленное устройство не ограничивается автоматическим или неавтоматическим принципом выгрузки образца.

Предложенное устройство обеспечивает осуществление способа измерения спектроскопических свойств анализируемого образца в виде единичного образца сыпучего твердого продукта следующим образом: единичный анализируемый образец посредством блока подачи (5) попадает в измерительную камеру (6), разделенную диафрагмой (7), где за счет перепада давлений, создаваемого устройством фиксации (8), образец фиксируется в зоне отверстия диафрагмы (7); зафиксированный образец подвергается воздействию света, излучаемого устройством регистрации спектроскопических свойств (9); отраженный от образца свет позволяет определить спектроскопические свойства образца; после процедуры регистрации спектров устройство фиксации (8) минимизирует разницу давлений, после чего образец освобождается от фиксации и меняет свое положение внутри измерительной камеры (6); далее образец удаляется из измерительной камеры (6) посредством блока выгрузки (10).

Структурная схема предложенного устройства проиллюстрирована на фиг. 2 с обозначением конструктивных элементов и их основных функций.

В одном из вариантов предложенной конструкции устройства к основным конструктивным элементам добавляется устройство кантования и перекантования (11) анализируемого образца, которое механически связано с измерительной камерой (6) и позволяет менять положение анализируемого образца внутри нее. За счет добавления это конструктивного элемента анализируемый образец при процедуре повторной регистрации спектроскопических свойств фиксируется в положении отличном от первичного зафиксированного положения.

Структурная схема предложенного варианта устройства проиллюстрирована на фиг. 3 с обозначением конструктивных элементов и их основных функций.

При этом устройство кантования и перекантования (11) анализируемого образца и измерительная камера (6) могут представлять собой один неделимый узел, объединенные общим корпусным элементом.

Структурная схема предложенного варианта устройства проиллюстрирована на фиг. 4 с обозначением конструктивных элементов и их основных функций.

В одном из вариантов предложенной конструкции устройства к основным конструктивным элементам добавляется блок сортировки (12) анализируемых образцов в зависимости от результатов спектроскопических измерений, который механически связан с измерительной камерой (6) и блоком выгрузки (10) анализируемого образца света, при этом заявленное устройство конструктивно не ограничивается методом сортировке по одному или нескольким свойствам образца. Обеспечение осуществления способа с предложенным вариантом устройства несколько меняется в виду добавления новой операции - сортировки образца после его освобождения от фиксации. Таким образом, анализируемый образец удаляется из измерительной камеры (6) посредством устройства сортировки (12), после чего на основании зарегистрированных спектроскопических свойств образца производится его сортировка с дальнейшим удалением образца из устройства посредством блока выгрузки (10).

Структурная схема предложенного варианта устройства проиллюстрирована на фиг. 5 с обозначением конструктивных элементов и их основных функций.

В одном из вариантов предложенной конструкции устройства к основным конструктивным элементам добавляется блок сортировки (12) анализируемых образцов в зависимости от результатов спектроскопических измерений и устройство кантования и перекантования (11) анализируемого образца.

Структурная схема предложенного варианта устройства проиллюстрирована на фиг. 6 с обозначением конструктивных элементов и их основных функций.

При этом измерительная камера (6), устройство кантования и перекантования (11) анализируемого образца, блок выгрузки (10) анализируемого образца из измерительной камеры (6) и блок сортировки (12) анализируемых образцов могут представлять собой один неделимый узел, объединенные общим корпусным элементом.

Структурная схема предложенного варианта устройства проиллюстрирована на фиг. 7 с обозначением конструктивных элементов и их основных функций.

В одном из вариантов предложенной конструкции устройства отверстие центра диафрагмы (7) находится строго на оптической оси измерительной камеры.

В одном из вариантов предложенной конструкции устройства измерительная камера (6) имеет линзу, расположенную на оптической оси. С помощью этой линзы фокусируется свет в центр диафрагмы (7) от излучателя устройства регистрации спектроскопических свойств (9).

В одном из вариантов предложенной конструкции устройства диафрагма (7) имеет переменный диаметр, что позволяет повысить удобство регистрации спектроскопических свойств различных по размеру образцов.

В одном из вариантов предложенной конструкции устройства содержится насос или эжектор.

Таким образом, предложенный способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройство для его осуществления позволяют определить свойства единичного образца сыпучих продуктов, в том числе семян злаковых культур в целях идентификации и сортировки гаплоидных семян.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и касается способа измерения спектроскопических свойств анализируемого образца в виде единичного образца сыпучего твердого продукта. Способ включает в себя доставку анализируемого образца в зону измерения, фиксацию анализируемого образца на разделяющей измерительную камеру диафрагме в зоне измерения за счет разницы давлений, регистрацию спектроскопических свойств анализируемого образца, выполнение по меньшей мере одного повторного измерения путем смены положения анализируемого образца в зоне измерения посредством механического кантования и перекатывания анализируемого образца в измерительной камере, сортировку анализируемого образца в блоке сортировки в зависимости от результатов спектроскопических измерений, выгрузку анализируемого образца из зоны измерения. При этом измерительная камера, устройство кантования и перекатывания анализируемого образца, блок выгрузки анализируемого образца из измерительной камеры и блок сортировки представляют собой один неделимый узел. Технический результат заключается в повышении качества получаемых спектров и увеличении достоверности измерений. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ измерения спектроскопических свойств анализируемого образца в виде единичного образца сыпучего твердого продукта, включающий в себя доставку анализируемого образца в зону измерения, фиксацию анализируемого образца на разделяющей измерительную камеру диафрагме в зоне измерения за счет разницы давлений, регистрацию спектроскопических свойств анализируемого образца, выполнение по меньшей мере одного повторного измерения путем смены положения анализируемого образца в зоне измерения посредством механического кантования и перекатывания анализируемого образца в измерительной камере, сортировку анализируемого образца в блоке сортировки в зависимости от результатов спектроскопических измерений, выгрузку анализируемого образца из зоны измерения, при этом измерительная камера, устройство кантования и перекатывания анализируемого образца, блок выгрузки анализируемого образца из измерительной камеры и блок сортировки представляют собой один неделимый узел.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что анализируемый образец располагается на оптической оси измерительной камеры.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смена образца производится по револьверному принципу.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диафрагма освещается световым пучком, который фокусируется в центр диафрагмы с помощью линзы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разность давлений обеспечивается потоком воздуха через диафрагму, который создается с помощью насоса.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве анализируемого образца сыпучего твердого продукта используется единичное зерно.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве единичного зерна используется гаплоидное и диплоидное зерно.

8. Устройство для измерения спектроскопических свойств анализируемого образца в виде единичного образца сыпучего твердого продукта, содержащее блок подачи, измерительную камеру, разделённую диафрагмой диаметром меньше минимального размера анализируемого образца, устройство кантования и перекатывания анализируемого образца и блок сортировки, устройство фиксации анализируемого образца в зоне отверстия диафрагмы за счет создаваемого перепада давлений, устройство регистрации спектроскопических свойств, блок выгрузки, при этом измерительная камера, устройство кантования и перекатывания анализируемого образца, блок выгрузки анализируемого образца из измерительной камеры и блок сортировки анализируемых образцов представляют собой один неделимый узел.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что центр диафрагмы расположен на оптической оси измерительной камеры.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что содержит линзу, расположенную на оптической оси измерительной камеры.

11. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что диафрагма представляет собой диафрагму переменного диаметра.

12. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что содержит насос, предназначенный для обеспечения потока воздуха через диафрагму.

13. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что содержит эжектор, предназначенный для обеспечения потока воздуха через диафрагму.