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 №20100046826, 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, и низкое качество сортировки семян из-за недостаточной разрешающей способности фотодетекторов или видеокамеры с линейным видеодатчиком.
Известен оптоволоконный лазерный сортировщик (пат. РФ №2521215, МПК В07С 5/34, В07В 13/00, опубл. 27.06.2014), содержащий устройство лазерного освещения сортируемого материала, устройство развертки лазерного пучка, устройство считывания и обработки изображения.
Недостатками данного лазерного сортировщика 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.
Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является устройство для сортировки семян (Патент РФ №2682854, МПК В07С 5/34, В07В 13/00, опубл. 21.03.2019), содержащее источник полихроматического излучения, фокусирующую линзу, прозрачный трубопровод, вход которого является входом поступления семян, две группы из N фотоприемников, мультиплексор «2N×1», аналогово-цифровой преобразователь, микропроцессор, ячейки для хранения отсортированных семян, причем 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 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. Выход микропроцессора 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. Принято за прототип.
Недостатками данного устройства для сортировки семян являются сравнительно высокая стоимость за счет использования волоконно-оптических брэгговских решеток и снижение качества сортирования за счет существенного ослабления сигналов, отраженных от семени и прошедших через него, при разветвлении оптических потоков в оптических разветвителях.
Заявленное изобретение предназначено для сортировки семян по качественным признакам и направлено на решение задачи упрощения конструкции устройства и его технической эксплуатации, снижения стоимости, а также повышения качества сортировки семян.
Поставленная задача возникает в лесном и сельском хозяйстве при необходимости сортировки семян по качественным признакам.
Технический результат достигается тем, что устройство для сортировки семян, содержащее источник полихроматического излучения, фокусирующую линзу, прозрачный трубопровод, вход которого является входом поступления семян, две группы из N фотоприемников, мультиплексор «2N×1», аналогово-цифровой преобразователь, микропроцессор, ячейки для хранения отсортированных семян, причем 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, согласно изобретению, дополнительно имеет вторую фокусирующую линзу, две группы из N брэгговских зеркал, демультиплексор «1×(N-1)», группу из (N-1) электромагнитов, группу из (N-1) металлических заслонок, а прозрачный трубопровод выполнен изогнутым под острым углом к вертикали места; выход источника полихроматического излучения через прозрачный трубопровод и вторую фокусирующую линзу оптически связан по направлению прямого распространения светового потока со входом первого брэгговского зеркала из второй группы брэгговских зеркал, а по направлению отраженного светового потока через прозрачный трубопровод и первую фокусирующую линзу - со входом первого брэгговского зеркала из первой группы брэгговских зеркал, выход i-го брэгговского зеркала каждой группы по проходящему световому (сквозному) потоку подключен ко входу (i+1)-го брэгговского зеркала своей группы (i=1, .., N), при этом выход N-го брэгговского зеркала каждой группы является поглощающим, а выход i-го брэгговского зеркала каждой группы по отраженному световому потоку подключен ко входу i-го фотоприемника одноименной группы, выход микропроцессора подключен ко входу демультиплексора «1×(N-1)», выходы которого подключены к одноименным входам группы электромагнитов, выходы которых посредством электромагнитного взаимодействия связаны с одноименными металлическими заслонками, при отсутствии электромагнитного воздействия закрывающими одноименные отверстия в прозрачном трубопроводе, расположенные над одноименными ячейками для хранения отсортированных семян, при этом N-я ячейка для хранения отсортированных семян связана непосредственно с выходом прозрачного трубопровода.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для сортировки семян.
1
2
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N-1
1
2
N-1
1
2
N
Устройство для сортировки семян состоит из источника полихроматического излучения 1, двух фокусирующих линз 2, 2, первой группы из N брэгговских зеркал 3, 3, …, 3, первой группы из N фотоприемников 4, 4, …, 4, второй группы из N брэгговских зеркал 5, 5, …, 5, второй группы из N фотоприемников 6, 6, …, 6, группы из (N-1) электромагнитов 7, 7, …, 7, группы из (N-1) металлических заслонок 8, 8,…,8 группы из N ячеек для хранения отсортированных семян 9, 9, …, 9, прозрачного трубопровода 10, изогнутого под острым углом к вертикали места, мультиплексора «2N×1» 11, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 12, микропроцессора 13, демультиплексора «1×(N-1)» 14.
1
2
N-1
2
1
1
1
i
N
i
i
i
N
1
2
N
1
2
N
i
i
i
i
N
Вход прозрачного трубопровода 10, изогнутого под острым углом к вертикали места, является входом устройства для поступления семян. На участке прозрачного трубопровода 10, расположенном под острым углом к вертикали места, находятся (N-1) отверстий, в исходном состоянии закрытых металлическими заслонками 8, 8, …, 8. Выход источника полихроматического излучения 1 через прозрачный трубопровод 10 и вторую фокусирующую линзу 2 оптически связан по направлению прямого распространения светового потока со входом первого брэгговского зеркала 5 из второй группы брэгговских зеркал, а по направлению отраженного светового потока через прозрачный трубопровод 10 и первую фокусирующую линзу 2 - со входом первого брэгговского зеркала 3 из первой группы брэгговских зеркал. Выход i-го брэгговского зеркала 3 первой группы по отраженному световому потоку подключен ко входу одноименного i-го фотоприемника 4, первой группы, а по проходящему световому (сквозному) потоку подключен ко входу (i+1)-го брэгговского зеркала 3, первой группы (i=1, .., N). Выход N-го брэгговского зеркала 3 первой группы является поглощающим. Выход i-го брэгговского зеркала 5 второй группы по отраженному световому потоку подключен ко входу одноименного i-го фотоприемника 6 второй группы, а по проходящему световому (сквозному) потоку подключен ко входу (i+1)-го брэгговского зеркала 5 второй группы (i=1, .., N). Выход N-го брэгговского зеркала 5 второй группы является поглощающим. Выходы фотоприемников обеих трупп 4, 4, …, 4 и 6, 6, …, 6 подключены к информационным входам мультиплексора «2N×1» 11, управляющий вход которого связан с выходом микропроцессора 13. Выход мультиплексора «2N×1» 11 подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя 12, выход которого подключен ко входу микропроцессора 13. Выход микропроцессора 13 подключен ко входу демультиплексора «1×(N-1)» 14, i-й выход которого подключен ко входу i-го электромагнита 7 (i=1, .., N-1). Выход i-го электромагнита 7 посредством электромагнитного взаимодействия связан с i-й металлической заслонкой 8, при отсутствии электромагнитного воздействия закрывающей i-е отверстие в прозрачном трубопроводе 10, расположенное над i-й ячейкой для хранения отсортированных семян 9. Выход прозрачного трубопровода 10 связан со входом N-й ячейки для хранения отсортированных семян 9.
Устройство для сортировки семян работает следующим образом.
1
1
N
1
2
N
1
2
N
Поступление семян для сортировки осуществляется по вертикально расположенному прозрачному трубопроводу 10. С выхода источника полихроматического излучения 1 полихроматический световой поток, содержащий набор частот излучений в заданном диапазоне, поступает через прозрачную стенку трубопровода 10 на поверхность проходящих семян. Отраженный от поверхности семени световой поток поступает через первую фокусирующую линзу 2 на вход первого брэгговского зеркала 3 первой группы брэгговских зеркал. Поскольку каждое из брэгговских зеркал отражает световой поток в своем узком спектральном диапазоне, то оставшаяся часть светового потока, лежащего вне этого диапазона, проходит на выход соответствующего брэгговского зеркала первой группы (и поглощается на выходе брэгговского зеркала 3), а отраженные от первой группы брэгговских зеркал 3, 3, …, 3 световые потоки с различными длинами волн поступают на входы соответствующих фотоприемников первой группы 4, 4, …, 4.
2
1
N
1
2
N
1
2
N
Аналогично прошедший через семя световой (сквозной) поток поступает через вторую фокусирующую линзу 2 на вход первого брэгговского зеркала 5 второй труппы брэгговских зеркал. Так как каждое из брэгговских зеркал отражает световой поток в своем узком спектральном диапазоне, то оставшаяся часть светового потока, лежащего вне спектрального диапазона брэгговского зеркала второй группы, проходит на его выход и поступает на вход следующего соответствующего брэгговского зеркала второй группы (и поглощается на выходе брэгговского зеркала 5), а отраженные от второй группы брэгговских зеркал 5, 5, …, 5 световые потоки с различными длинами волн поступают на входы соответствующих фотоприемников второй группы 6, 6, …, 6.
1
2
N
1
2
N
1
2
N
1
2
N
i
,
N
С выходов фотоприемников 4, 4, …, 4 и 6, 6, …, 6 электрические сигналы поступают на информационные входы мультиплексора «2N×1» 11, с выхода которого аналоговый сигнал поступает на вход АЦП 12. С выхода АЦП 12 код поступает на вход микропроцессора 13, который управляет коммутацией (опросом) мультиплексора «2N×1» 11 и обрабатывает информацию, поступающую от фотоприемников 4, 4, …, 4, и 6, 6, … ,6, в виде спектральных характеристик отраженных от семени и прошедших через него световых потоков. На основании анализа спектральных характеристик микропроцессор 13 формирует сигналы управления на демультиплексор «1×(N-1)» 14, с соответствующего i-го выхода которого на вход i-го электромагнита 7, поступает сигнал управления, приводящий к его срабатыванию. В результате срабатывания электромагнита 7, открывается i-я металлическая заслонка 8, закрывающая соответствующее i-е отверстие в прозрачном трубопроводе 10, расположенное над i-й ячейкой для хранения отсортированных семян 9i в которой хранятся семена с качественными характеристиками, соответствующими характеристикам данного семени. При отсутствии сигнала управления с выхода демультиплексора «1×(N-1)» 14, что также определяется по результатам спектрального анализа, семя поступает на выход прозрачного трубопровода 10 и далее - на вход N-й ячейки для хранения отсортированных семян 9.
Преимуществами заявляемого устройства для сортировки семян является простое конструктивное исполнение и существенное повышение качества сортировки семян на основании анализа их спектральных характеристик, полученных как в отраженном, так и в проходящем световых потоках.