用于水果组织光传输特性检测的单积分球系统研制及应用

发布时间：2019-09-04 20:27

【摘要】：积分球测量技术主要用于实现对生物组织光学特性参数的离体检测。针对这种情况,一方面可以采用基于积分球的农产品组织光学特性检测装置直接检测农产品组织的光学特性参数并对农产品品质做定性的分析；另一方面根据测得农产品组织的光学特性参数建立农产品组织光学模型,为农产品内部品质无损检测装置的设计提供更为可靠的参考数据。本文自行设计并搭建了基于单积分球技术的农产品组织光传输特性参数手动和自动检测装置,并以猕猴桃不同部分组织为对象进行了测量组织光学特性参数的应用。主要研究内容如下：1、搭建了基于单积分球的农产品组织光学特性手动检测装置。在手动检测装置的基础上进行了改进和优化,研制了基于积分球的农产品组织光学特性自动测量系统。与基于积分球的农产品组织光学特性手动检测装置相比,农产品组织光学特性自动检测装置包含了两项关键技术改进：一是引入积分球盖自动开合装置和自动样品台,通过运动控制箱的控制实现一次放样自动完成暗场和参比的采集以及样品径向15 mm范围内自定义间距自定义位置上的漫反射率和透射率的自动测量；二是通过自行设计与编写的上位机控制界面与运动控制箱配合和光谱仪,自动保存测量结果。这两项改进大大简化了实验步骤,降低了实验过程中人为因素对光路的影响；在保证精度的前提下,极大地提高了系统的检测速度。以采样间距2mm、5点测量为例,每样测量时间从原有的15分钟减少到1分50秒。2、测量了Intralipid溶液、聚苯乙烯颗粒溶液和Biomimic固体幻影的总透射率和总漫反射率,通过IAD方法计算得到了不同浓度下的各样品的光学特性参数。计算结果与已报道的文献和理论计算结果进行比较,结果表明,两套系统的测量精度均能满足实验要求,验证了系统的可靠性。3、分别使用基于单积分球的农产品组织光传输特性参数手动和自动检测装置对猕猴桃不同部分组织的光传输特性进行了测量。结果表明：猕猴桃不同部分组织的光学特性存在显著的差异,手动检测装置测得的猕猴桃组织的吸收系数μa和约化散射系数μs'的平均值范围分别为：0.0644-0.3415 mm-1,0.1330-0.7565 mm-1;自动检测装置测得的猕猴桃组织的吸收系数μa和约化散射系数μs'的平均值范围分别为：0.0308-0.3085mm-1,0.1198-0.9461mm-1。与已报道的结果进行比较,本研究测得的猕猴桃组织的光学特性参数处于合理的区间内。本研究较好地完成了预期目标,解决了单积分系统测试过程中需要改变光路的布置、测试过程中易受到人为因素干扰、测量过程比较耗时、不适合大样本的测量等问题；验证了采用积分球技术对常规切取的较厚的农产品组织光学特性进行检测的实验技术的可行性。今后,可在本研究的基础上,从上位机软件、光源等方面对自动检测装置进行进一步的改进,从而实现光学特性参数测量结果直接输出、实现对连续波段组织光学特性测量和各项异性系数g的测量。
【图文】：

积分球,组织光学特性,中性密度滤光片,样品夹

基于单积分球的农产品组织光学特性手动检测装置采用美国海洋光学公司ＱＥ６５ｐｒｏ逡逑自带的ＳｐｅｃｔｒａＳｕｉｔｅ光谱采集软件采集样品的光谱数据，ＳｐｅｃｔｒａＳｕｉｔｅ光谱采集软件界面如逡逑图２－２所示。ＳｐｅｃｔｒａＳｕｉｔｅ光谱采集软件是美国海洋光学公司为其光谱仪产品开发的一个基逡逑于Ｊａｖａ的模块化光谱学软件平台，可运行于Ｗｉｎｄｏｗｓ、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ、ＭａｃＯＳ和Ｌｉｎｕｘ等平逡逑台上。该软件支持海洋光学公司生产的所有光谱仪，软件集成了丰富的功能，可对光谱数逡逑据进行多种预处理，并可对积分时间、平均次数、平滑因子等光谱采集参数进行设置。使逡逑用ＳｐｅｃｔｒａＳｕｉｔｅ光谱采集软件对海洋光学公司的光谱仪的光谱数据进行采集、显示、读取逡逑和存储非常方便。逡逑１９逡逑

软件界面,光谱,样品夹

２．１．３测量过程逡逑下面介绍手动检测装置的测量过程：逡逑１．将样品用石英片夹住，用千分尺测量样品中心部分的厚度，减去石英片的厚度，得逡逑到样品厚度，每个样品重复３次，取平均值；逡逑２．将系统按总透射测量方式布置，在积分球出光口处用积分球盖盖住，积分球进口打逡逑开，打开光源与光谱仪，记录此时的信号为参考信号；逡逑３．将积分球所有开口封死，用光谱仪记录此时的信号为暗信号；逡逑４．将待测农产品组织样品用方形石英片夹好后放入样品夹，调整样品夹上的４个Ｍ３逡逑螺帽使样品与样品夹紧密贴合；逡逑５．将系统按总透射测量方式布置，在石英片的中心及中心两边每隔２．５逦ｍｍ各取两个逡逑点，共五点（在同一直径上），使光斑依次照射５个点，用光谱仪记录此时的信号；逡逑６．将系统按总漫反射测量方式布置，调整样品位置，取点方式同步骤５，使光斑依次逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O439;S123

【参考文献】