Устройство для сортировки семян
DEVICE FOR SEEDS SORTING

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 сложность, обусловленная сложностью оптической схемы и необходимостью обеспечения высоких скоростей вращения зеркальной призмы или зеркала, и низкое качество сортировки семян из-за ограниченной разрешающей способности фотодетекторов или видеокамеры с линейным видеодатчиком.
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 источник полихроматического излучения, фокусирующую линзу. 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.
Заявленное изобретение предназначено для сортировки семян по качественным признакам и направлено на решение задачи упрощения конструкции устройства и его технической эксплуатации.
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 брэгговских решеток, две группы из N фотоприемников, мультиплексор «2N×1», аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, шаговый двигатель, редуктор, вращающийся сортировочный трубопровод, 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 аналогово-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу микропроцессора, выход которого подключен ко входу шагового двигателя, вращающего через редуктор сортировочный трубопровод с целью приведения его выхода в положение, совпадающее со входом требуемой ячейки 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, волоконно-оптических брэгговских решеток (ВОБР) 7, 7, …, 7, первой группы фотоприемников 8, 8, …, 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, шагового двигателя 15, редуктора 16, вращающегося сортировочного трубопровода 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
11
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 7, 7, …, 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 шагового двигателя 15, вращающего через редуктор 16 сортировочный трубопровод 17 с целью приведения его выхода в положение, совпадающее со входом требуемой ячейки для хранения отсортированных семян 18.
Устройство для сортировки семян работает следующим образом.
Поступление семян для сортировки (сепарации) 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 «2N×1» мультиплексора 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 анализа спектральных характеристик микропроцессор 14 формирует сигналы управления шаговым двигателем 15, вращающим через редуктор 16 сортировочный трубопровод 17 и обеспечивающим приведение его выхода в положение, совпадающее со входом той ячейки для хранения отсортированных семян 18, в которой хранятся семена с качественными характеристиками, соответствующими характеристикам данного семени.
Преимуществами заявляемого устройства для сортировки семян являются высокое быстродействие, ограниченное только быстродействием микропроцессора (в настоящее время это мегагерцовый диапазон) и сложностью программы анализа, им реализуемой, а также малые габаритные размеры, позволяющие использовать устройство в мобильном варианте.