Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для сортировки семян

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

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 6₁, 6₂, …, 6_N, волоконно-оптических брэгговских решеток (ВОБР) 7₁, 7₂, …, 7_N, первой группы фотоприемников 8₁, 8₂, …, 8_N, второй группы оптических Y-разветвителей 9₁, 9₂, …, 9_N, второй группы ВОБР 10₁, 10₂, …, 10_N, второй группы фотоприемников 11₁, 11₂, …, 11_N, 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.

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 6₁, 6₂, …, 6_N оптически связаны со входами одноименных ВОБР первой группы 7₁, 7₂, …, 7_N. Выходы ВОБР первой группы 7₁, 7₂, …, 7_N по отраженному световому потоку подключены ко входам одноименных оптических Y-разветвителей первой группы 6₁, 6₂, …, 6_N, выходы вторых оптических разветвлений которых подключены ко входам одноименных фотоприемников первой группы 8₁, 8₂, …, 8_N. Выходы оптических разветвлений второго N-выходного оптического разветвителя 5 через первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей второй группы 9₁, 9₂, …, 9_N оптически связаны со входами одноименных ВОБР второй группы 10₁, 10₂, …, 10₁₁. Выходы ВОБР второй группы 10₁, 10₂, …, 10_N по отраженному световому потоку подключены ко входам одноименных оптических Y-разветвителей второй группы 9₁, 9₂, …, 9_N, выходы вторых оптических разветвлений которых подключены ко входам одноименных фотоприемников второй группы 11₁, 11₂, …, 11_N. Выходы фотоприемников обеих групп 8₁, 8₂, …, 8_N и 11₁, 11₂, …, 11_N 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.

С выходов оптических разветвлений первого N-выходного оптического разветвителя 4 световые потоки поступают через первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей первой группы 6₁, 6₂, …, 6_N на входы первой группы ВОБР 7₁, 7₂, …, 7_N, каждая из которых отражает световой поток в своем узком спектральном диапазоне. Отраженные от первой группы ВОБР 7₁, 7₂, …, 7_N световые потоки с различными длинами волн поступают на входы соответствующих оптических Y-разветвителей первой группы 6₁, 6₂, …, 6_N, с выходов вторых разветвлений которых они поступают далее на входы соответствующих фотоприемников первой группы 8₁, 8₂, …, 8_N.

Аналогично с выходов оптических разветвлений второго N-выходного оптического разветвителя 5 световые потоки поступают через первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей второй группы 9₁, 9₂, …, 9_N на входы второй группы ВОБР 10₁, 10₂, …, 10_N. Отраженные от второй группы ВОБР 10₁, 10₂, …, 10_N световые потоки с различными длинами волн поступают на входы соответствующих оптических Y-разветвителей второй группы 9₁, 9₂, …, 9_N, с выходов вторых разветвлений которых они поступают далее на входы соответствующих фотоприемников второй группы 11₁, 11₂, …, 11_N.

С выходов фотоприемников 8₁, 8₂, …, 8_N и 11₁, 11₂, …, 11_N 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 8₁, 8₂, …, 8_N и 11₁, 11₂, …, 11_N 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.