Устройство для сортировки семян
SEED SORTING DEVICE

Изобретение относится к устройствам сортировки по параметрам или свойствам сортируемых изделий или материалов, например, сортировки, выполняемой с помощью устройств, которые воспринимают или измеряют эти параметры или свойства, в частности, к устройствам, обеспечивающим сортировку семян по качественным признакам.
Известны сканирующие лазерные сортировщики (пат. US №6509537, МПК В07С 5/00, опубл. 21.01.2003; пат.US №6864970, МПК G01N 21/00, опубл. 08.03.2005; пат.US №2010/0046826, МПК G06T 7/00, опубл. 25.02.2010), содержащие устройство транспортировки сортируемого материала, устройство считывания изображения, устройство обработки изображения.
Недостатками данных схем являются высокая стоимость, обусловленная сложностью конструкции оптической схемы и необходимостью обеспечения высоких скоростей вращения зеркальной призмы или зеркала. Данные конструкции обеспечивают низкое качество сортировки семян из-за недостаточной разрешающей способности фотодетекторов или видеокамеры с линейным видеодатчиком и низкого быстродействия.
Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптоволоконный лазерный сортировщик (пат. РФ №2521215, МПК В07С 5/34, В07В 13/00, опубл. 27.06.14), содержащий несколько лазеров (источник полихроматического излучения), фокусирующую оптику (фокусирующую линзу), устройство развертки лазерного пучка, устройство считывания и обработки изображения. Данный сортировщик целесообразно принять за прототип.
Недостатками данного устройства являются высокая сложность и трудность технической эксплуатации, заключающиеся в трудоемкости юстировки и калибровки оптической схемы и устройства считывания и обработки изображения, а также низкое быстродействие.
Заявленное изобретение предназначено для сортировки семян по качественным признакам и направлено на решение задач упрощения конструкции устройства и повышения его быстродействия.
Поставленная задача возникает в лесном и сельском хозяйстве при необходимости сортировки семян по качественным признакам.
Это достигается тем, что устройство для сортировки семян, содержащее источник полихроматического излучения, фокусирующую линзу, согласно изобретению, дополнительно имеет прозрачный трубопровод, два N-выходных оптических разветвителя, две группы из N оптических Y-разветвителей, две группы из N волоконно-оптических брэгтовских решеток, две группы из N фотоприемников, мультиплексор «2N×1», аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, демультиплексор «1×К», приемник семян, представляющий собой полый цилиндр из магнитного материала с конусообразным основанием, корпус которого состоит из К одинаковых, не связанных между собой, подвижных секций, имеющих возможность перемещения относительно вертикальной оси цилиндра, группу К электромагнитов, ячейки для хранения отсортированных семян; вход прозрачного трубопровода является входом поступления семян, выход источника полихроматического излучения через фокусирующую линзу и прозрачный трубопровод оптически связан по направлению прямого распространения светового потока со входом второго N-выходного оптического разветвителя, а по направлению отраженного светового потока -со входом первого N-выходного оптического разветвителя, выходы оптических разветвлений которого через первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей первой группы оптически связаны со входами одноименных волоконно-оптических брэгговских решеток первой группы, выходы которых по отраженному световому потоку подключены ко входам одноименных оптических Y-разветвителей первой группы, выходы вторых оптических разветвлений которых подключены ко входам одноименных фотоприемников первой группы, а выходы оптических разветвлений второго N-выходного оптического разветвителя через первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей второй группы оптически связаны со входами одноименных волоконно-оптических брэгговских решеток второй группы, выходы которых по отраженному световому потоку подключены ко входам одноименных оптических Y-разветвителей второй группы, выходы вторых оптических разветвлений которых подключены ко входам одноименных фотоприемников второй группы, а выходы фотоприемников обеих групп подключены к информационным входам мультиплексора «2N×1», управляющий вход которого связан с выходом микропроцессора, а выход подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу микропроцессора, выход которого подключен ко входу демультиплексора «1×К», выходы которого подключены ко входам группы К электромагнитов, выходы которых посредством электромагнитного поля связаны с соответствующими подвижными секциями корпуса приемника семян, а выходы приемника семян, определяемые соответствующими подвижными секциями корпуса, подключены ко входам заданных ячеек для хранения отсортированных семян.
На фиг. представлена функциональная схема устройства для сортировки семян.
1
2
N
1
2
N
1,
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
Устройство для сортировки семян состоит из источника полихроматического излучения 1, фокусирующей линзы 2, прозрачного трубопровода 3, первого N-выходного оптического разветвителя 4, второго N-выходного оптического разветвителя 5, первой группы оптических Y-разветвителей 6, 6, …,6, первой группы волоконно-оптических брэгговских решеток (ВОБР) 7, 7, …,7, первой группы фотоприемников 88, …,8, второй группы оптических Y-разветвителей 9, 9, …,9, второй группы ВОБР 10, 10, …,10, второй группы фотоприемников 11, 11, …,11, мультиплексора «2N×1» 12, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 13, микропроцессора 14, демультиплексора «1×К» 15, приемника семян 16, представляющего собой полый цилиндр из магнитного материала с конусообразным основанием, корпус которого состоит из К одинаковых, не связанных между собой, подвижных секций, имеющих возможность перемещения относительно вертикальной оси цилиндра, группы К электромагнитов 17, ячеек для хранения отсортированных семян 18.
1
2
N
1,
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
Вход прозрачного трубопровода 3 является входом устройства для поступления семян. Выход источника полихроматического излучения 1 через фокусирующую линзу 2 и прозрачный трубопровод 3 оптически связан по направлению прямого распространения светового потока со входом второго N-выходного оптического разветвителя 5, а по направлению отраженного светового потока - со входом первого N-выходного оптического разветвителя 4, выходы оптических разветвлений которого через первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей первой группы 6, 6, ...,6 оптически связаны со входами одноименных ВОБР первой группы 77, ...,7. Выходы ВОБР первой группы 7, 7, …,7 по отраженному световому потоку подключены ко входам одноименных оптических Y-разветвителей первой группы 6, 6, ...,6, выходы вторых оптических разветвлений которых подключены ко входам одноименных фотоприемников первой группы 8, 8, ...,8. Выходы оптических разветвлений второго N-выходного оптического разветвителя 5 через первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей второй группы 9, 9, ...,9 оптически связаны со входами одноименных ВОБР второй группы 10, 10, ...,10. Выходы ВОБР второй группы 10, 10, …,10 по отраженному световому потоку подключены ко входам одноименных оптических Y-разветвителей второй группы 9, 9, …,9, выходы вторых оптических разветвлений которых подключены ко входам одноименных фотоприемников второй группы 11, 11, …,11. Выходы фотоприемников обеих групп 8, 8, …,8 и 11, 11, …11 подключены к информационным входам мультиплексора «2N×1» 12, управляющий вход которого связан с выходом микропроцессора 14. Выход мультиплексора «2N×1» 12 подключен ко входу АЦП 13, выход которого подключен ко входу микропроцессора 14. Выход микропроцессора 14 подключен ко входу демультиплексора «1×К» 15, выходы которого подключены к соответствующим входам группы К электромагнитов 17. Выходы К электромагнитов 17 посредством электромагнитного поля связаны с соответствующими подвижными секциями корпуса приемника семян 16, перемещаемыми относительно вертикальной оси цилиндра. Выходы приемника семян 16, определяемые соответствующими подвижными секциями корпуса, подключены ко входам заданных ячеек для хранения отсортированных семян 18.
Устройство для сортировки семян работает следующим образом.
Поступление семян для сортировки осуществляется по вертикально расположенному прозрачному трубопроводу 3.
С выхода источника полихроматического излучения 1 полихроматический световой поток, содержащий набор частот излучений в заданном диапазоне, поступает через фокусирующую линзу 2 и прозрачную стенку трубопровода 3 на поверхность проходящих семян. Отраженный от поверхности семени световой поток поступает на вход первого N-выходного оптического разветвителя 4, а световой поток, прошедший через семя, поступает на вход второго N-выходного оптического разветвителя 5.
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
С выходов оптических разветвлений первого N-выходного оптического разветвителя 4 световые потоки поступают через первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей первой группы 6, 6, ...,6 на входы первой группы ВОБР 7, 7, …,7, каждая из которых отражает световой поток в своем узком спектральном диапазоне. Отраженные от  первой группы ВОБР 7, 7, …,7 световые потоки с различными длинами волн поступают на входы соответствующих оптических Y-разветвителей первой группы 6, 6, …,6, с выходов вторых разветвлений которых они поступают далее на входы соответствующих фотоприемников первой группы 8, 8, ...,8.
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
Аналогично с выходов оптических разветвлений второго N-выходного оптического разветвителя 5 световые потоки поступают через первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей второй группы 9, 9, …,9 на входы второй группы ВОБР 10, 10, …,10. Отраженные от второй группы ВОБР 10, 10, …10 световые потоки с различными длинами волн поступают на входы соответствующих оптических Y-разветвителей второй группы 9, 9, …,9, с выходов вторых разветвлений которых они поступают далее на входы соответствующих фотоприемников второй группы 11, 11, …,11.
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
С выходов фотоприемников 8, 8, …,8 и 11, 11, …,11 электрические сигналы поступают на входы мультиплексора «2N×1» 12, с выхода которого аналоговый сигнал поступает на вход АЦП 13. С выхода АЦП 13 код поступает на вход микропроцессора 14, который управляет коммутацией (опросом) мультиплексора «2N×1» 12 и обрабатывает информацию, поступающую от фотоприемников 8, 8, …8 и 11, 11, …11 в виде спектральных характеристик отраженного от семени и прошедшего через него световых потоков.
На основании комплексного анализа спектральных характеристик микропроцессор 14 формирует сигналы управления демультиплексором «1×К» 15 и электромагнитами из группы К электромагнитов 17. Демультиплексор «1×К» 15 в соответствии с кодом управления микропроцессора 14 распределяет сигнал управления на вход соответствующего электромагнита из группы К электромагнитов 17. Срабатывая, электромагнит притягивает соответствующую подвижную секцию приемника семян 16, обеспечивая, тем самым, прохождение семени  на вход той ячейки для хранения отсортированных семян 18, связанной с данной подвижной секцией, в которой хранятся семена с качественными характеристиками, соответствующими характеристикам данного семени.
Быстродействие данного устройства определяется временем срабатывания фотоприемников (до 100 пс), мультиплексора (до 10 нс), аналого-цифрового преобразователя (до 0,1 мкс), микропроцессора (до 1 мкс), демультиплексора (до 10 нс) и электромагнитов (до 10 нс).
Преимуществом заявляемого устройства для сортировки семян является суммарное быстродействие всех вышеперечисленных элементов, обеспечивающее процесс обработки семян в режиме их поступления при одновременном обеспечении высокого качества их сортировки за счет микропроцессорной обработки спектральных характеристик.