Компактный спектральный измеритель качественных показателей кормов
COMPACT SPECTRAL METER OF QUALITATIVE INDICATORS OF FEEDS

Изобретение относится к приборам для анализа материалов с помощью оптических средств с видимым излучением, в частности к приборам, определяющим спектральные свойства и сравнивающим флуоресценцию материалов при воздействии на них световым потоком различных длин волн в нескольких полосах спектра.
Известен оптоволоконный флуориметр с погружаемой термокамерой, по патенту RU 2739968 C1, МПК G01N 21/64, C12N 1/12, 05.11.2019, включающий надводную и погружаемую части, соединенные между собой через оптоволоконным кабель-трос с надводной частью, которая включает источник и приемник оптического излучения и персональный компьютер, погружаемая часть выполнена в виде погружаемого измерительного модуля, содержит встроенные датчики температуры и оптоволоконный датчик флуоресценции, дополнительно снабженный элементами для нагрева и охлаждения воды.
Недостатком известного изобретения является громоздкость. Прибор не унифицирован и предназначен только для сканирования акватории водоемов, ввиду того, оптоволоконный кабель сплетен с тросом который не обеспечивает жесткости и устойчивость к деформации, таким образом передаваемый сигнал может искажен.
Известен Портативный измеритель влажности тюков сена, реализуемый по заявке на патент «Portable hay bale moisture tester» US 6088657 A, МПК G01R 27/02, 1997. Выполненное в виде двухэлементного прибора с погружным зондом, исполненного в виде биметаллического стержня и интерфейсным модулем для отображения информации анализа, устройство осуществляет измерение влажности и температуру тюков сена, посредствам измерения уровня электрического сопротивления влаги находящейся внутри образца.
Недостатком известного изобретения является то, что оно осуществляет измерение только двух параметров, при этом для обеспечения точности проведения измерения исследуемый образец сена должен быть в виде плотно спрессованного тюка или рулона. Устройство не может оценивать уровень протеина и клетчатки.
Наиболее близким по технической сущности является изобретение Spectrometry systems, methods, and applications (Устройство и методы спектрометрии), известное по патенту US 9562848 B2, МПК G01N 21/31, G01J3/00, 15.06.2016, устройство включает корпус с размещенными в нем спектрометром, модулем датчиков сканирования не спектральных показателей, интерфейсным блоком управления и лазером. Устройство реализовано в виде портативного компактного инфракрасного спектрометра и используется для измерения одного или нескольких спектров, отраженных от объекта, освещаемого светом различных длин волн. Спектральные данные объекта могут использоваться для определения одного или нескольких показателей. Спектрометр связан с базой данных спектральной информации, которая может использоваться для уточнения характеристик сканируемого объекта, при этом алгоритмы обработки спектров позволяют вводить и принимать данные, относящиеся к измеряемым объектам, идентифицировать и определять ряд параметров образцов.
Недостатком известного изобретения является то, что в качестве источника светового потока используется лампы, излучающие ближний инфракрасный свет, что может способствовать искажению полученных спектров, вследствие внешних источников излучения (Солнце, лампы освещения). Прибор осуществляет оценку объекта сканирования только на его поверхности, что требует проведения предварительного отбора проб, например, зерна, сена или других кормов в различных точках, в том числе в глубине больших хранилищ.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерений и эффективности спектрального анализа кормов для сельскохозяйственных и других групп животных, снижение трудозатрат и времени на проведение анализа.
Технический результат достигается тем, что компактный измеритель качественных показателей кормов, включающий корпус с размещенными в нем спектрометром, модулем датчиков сканирования не спектральных показателей, интерфейсным блоком управления и лазером, согласно изобретению, снабжен размещенными в корпусе диэлектрическим зеркалом, связанным с оптическим конденсором, закрепленным на наружной части корпуса погружным стерженем с кварцевым волокном внутри, связывающим выходное оптическое окно на его торце с конденсором, при этом лазер оснащен диодной накачкой.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема компактного спектрального измерителя качественных показателей кормов.
Компактный спектральный измеритель качественных показателей кормов содержит корпус 1, в котором размещены интерфейсный блок управления 2, связанный по линиям проводной или беспроводной связи с лазером 3 имеющий диодную накачку и спектрометром 4. Внутри корпуса 1 размещен оптический конденсор 5, имеющий связь с диэлектрическим зеркалом 6. На внешней части корпуса 1 закреплен погружной стержень 7. К торцу погружной части стержня 7 закреплено выходное оптическое окно 8 соединенное через кварцевое волокно 9 с конденсором 5.
Компактный спектральный измеритель качественных показателей кормов следующим образом.
Подзаряжают аккумулятор системы питания, размещенный в интерфейсном блоке управления 2 (на фиг. не показан), посредствам проводного или беспроводного зарядного устройства, после достижения достаточного уровня заряда в аккумуляторе, на дисплее интерфейсного блока управления 2 отображается информация о готовности к работе сопровождаемая звуковым сигналом.
Далее для определения качественных показателей корма оператор, производящий измерения голосовым управлением или путем нажатия соответствующей клавиши на интерфейсном блоке управления 2 инициирует процесс подачи управляющего сигнала на лазер 3, таким образом что плотный световой поток диапазона от ультрафиолетового до инфракрасного, испускаемый лазером 3 , где диоды используются для накачки активной  среды лазара 3, попадает на диэлектрическое зеркало 6, отражается в конденсоре 5 и передается через кварцевое волокно 9 на выходное оптическое окно 8. В этот момент оператор, производящий измерения, может направить выходное оптическое окно 8 на поверхность исследуемого объекта (корма) или путем помещения погружаемого стержня 7 вглубь массы производить измерения на глубине (например, в силосной траншее). При этом на корпусе 1 может размещаться модуль датчиков не спектральных показателей (на фиг. не показан), который регистрирует глубину погружения стержня при каждом измерении, температуру корма и другие показатели.
°
Далее происходит непосредственный процесс измерения: излучение, исходящее из лазера 3 вводится в конденсор 5 с использованием диэлектрического зеркала 6, расположенного под углом 45 к направлению светового потока лазера 3. Конденсор 5 вводит излучение в выходное оптическое окно 8 через кварцевое волокно 9, тем самым возбуждая флуоресценцию исследуемого корма. Обратно рассеянное излучение флуоресценции исследуемого корма собирается выходным оптическим окном 8, передается через кварцевое волокно 9 и проецируется конденсором 5 на входную щель спектрометра 4, который регистрирует спектры флуоресценции исследуемого корма и передает в память интерфейсного блока управления 2.
При этом интерфейсный блок управления 2 связан с базой данных спектральной информации и флуоресценции ранее исследуемых объектов, которая обеспечивает уточнение характеристик исследуемого корма при математической обработке сигнала.
Посредствам использования лазера 3 с диодной накачкой как инструмента осуществляющего возбуждение флуоресценции сканируемого образца корма плотным световым потоком с инфракрасным, видимым или ультрафиолетовым излучением, различных длин волн в нескольких полосах спектра, достигается наиболее глубокий спектральный анализ качественных показателей, таких как содержание сухого вещества, протеина и др., повышается точность измерений, т.к снижается искажение полученных спектров. Наличие кварцевого волокна 9 соединенного с выходным оптическим окном 8 и конденсором 5 и помещенного в жесткий погружной стержень 7, позволяет проводить спектральный анализ корма на глубине, например, в силосных траншеях путем прокола или в сенажных башнях, что позволяет снизить трудозатраты и время на проведение анализа.
Зарегистрированные показатели флуоресценции могут использоваться для определения различных качественных показателей корма в (содержание сухого вещества, протеина, сахаров и др.).
Использование устройства позволит изобретения является повысить точность измерений и эффективность спектрального анализа кормов для сельскохозяйственных и других групп животных с поверхности сканируемого образца и на его глубине, снизить трудозатраты и время на проведение анализа.