便携式猕猴桃糖度无损检测仪的研发

发布时间：2020-10-27 22:15

　　 猕猴桃因其味道鲜美、营养丰富、富含维生素C而广受消费者喜爱。糖度是猕猴桃内部品质的重要指标之一。在猕猴桃生产、运输、销售等环节中进行糖度检测,实现猕猴桃质量控制,有助于提高经济效益。而传统的检测猕猴桃糖度的方法是有损检测法,仅能用于对样品的抽样检测。近红外光谱检测技术具有无损伤、高效率、低成本等诸多优点,在农产品无损检测领域得到了广泛的应用。现阶段,已有一些利用近红外光谱检测技术无损检测猕猴桃糖度的理论研究,并取得了良好的检测效果。但尚未发现用于无损检测猕猴桃糖度的仪器,因此,本文的目的是基于近红外光谱无损检测技术开发便携式猕猴桃糖度无损检测仪。本文首先完成了微型近红外光谱仪、光纤探头、光源模块、控制电路、控制软件等关键部件选型及设计工作;进而以USB4000微型可见光/近红外光谱仪和STS微型近红外光谱仪为光谱检测器件开发了第一代和第二代猕猴桃糖度无损检测仪;以“徐香”猕猴桃为对象,使用便携式猕猴桃糖度无损检测仪采集光谱数据,建立了预测猕猴桃糖度的偏最小二乘(PLS)模型,并对该检测仪的猕猴桃糖度检测精度进行了检验。本论文的主要工作及取得的主要结论如下:(1)设计了便携式猕猴桃糖度无损检测仪的光纤探头和光源模块。对标准反射光纤探头和市面上常见的卤素灯泡及实验室卤素光源进行了性能测试和分析,结果表明标准反射光纤探头和现有的光源不适于开发便携式猕猴桃糖度无损检测仪。为此,在对猕猴桃果实结构特点以及光谱采集方式和光路结构分析的基础上,确定漫透射方式为采集猕猴桃光谱的最佳方式,并设计了采集漫透射光谱的光纤探头;进而以微型卤素灯泡设计了便携式检测仪的光源模块。(2)研发了基于USB4000微型可见光/近红外光谱仪的便携式猕猴桃糖度无损检测仪并建立了“徐香”猕猴桃糖度预测模型。以USB4000微型可见光/近红外光谱仪为微型近红外光谱仪,以x86平板电脑为控制平台设计了控制电路,采用Java编程语言开发了图形化的控制软件,完成了第一代便携式猕猴桃糖度无损检测仪的开发工作。利用该检测仪获取“徐香”猕猴桃光谱数据,建立了预测“徐香”猕猴桃糖度的PLS模型,该模型的校正相关系数为0.94,校正均方根误差为1.03~oBrix,预测相关系数为0.95,预测均方根误差为1.07~oBrix。将该模型导入到该检测仪中,实现了检测仪的猕猴桃糖度检测功能。(3)研发了基于STS微型近红外光谱仪的便携式猕猴桃糖度无损检测仪并建立了“徐香”猕猴桃糖度预测模型。以体积更小、质量更轻的STS微型近红外光谱仪为微型近红外光谱仪,设计了结构紧凑的第二代猕猴桃专用漫透射光纤探头,以ARM嵌入式开发板为控制平台设计了控制电路,采用Python编程语言设计了操作更加简单的控制软件,完成了检测仪硬件及软件开发工作。利用该检测仪获取“徐香”猕猴桃光谱数据,建立了预测“徐香”猕猴桃糖度的PLS模型,该模型的校正相关系数为0.86,校正均方根误差为0.67~oBrix,预测相关系数为0.83,预测均方根误差为0.68~oBrix。将该模型导入到该检测仪中,实现了检测仪的猕猴桃糖度检测功能。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S663.4;S237
【部分图文】：

基于 USB4000 微型光谱仪的猕猴桃糖度无损检测利用近红外光谱预测猕猴桃糖度的原理，完成第一代便携式猕猴桃糖件结构设计，其中包括光谱仪选型、光源模块设计、光纤设计、外壳计。在此基础上，根据便携式猕猴桃糖度无损检测仪的软件功能需搭建开发环境，实现需求分析中的各项功能。之后，利用该检测仪获并建立猕猴桃糖度预测模型。整体框架式猕猴桃糖度无损检测仪的硬件包括：控制器、微型近红外光谱仪、透射光纤探头和控制电路等。漫透射光纤探头的光源端与光源模块通，并将光源模块发出的光传送至被测猕猴桃中。光源模块为获取猕猴稳定的全光谱入射光。控制器与微型近红外光谱仪相连，并控制微型猕猴桃的近红外光谱。电源分别与光源模块和控制器连接，为光源模定的电能。图 2-1 为便携式猕猴桃糖度无损检测仪的整体框架图。

检测技术的关键部件，其工作原理是通过转化为电路中的电信号，再经模数转换，用非常广泛，医学、农业、军事、科学研光、近红外、中红外、远红外等多个波段谱仪中的典型仪器。依据对近红外光的分型和傅里叶变换型两大类。色散型近红外式。傅里叶变换型近红外光谱仪主要有反测研究的深入，近红外光谱仪的应用领域际使用的需求，使得近红外光谱仪向着小别是光纤技术、微机电系统（Micro-elec成光学技术的发展使得微型近红外光谱外光谱仪具有体积小，质量轻，使用方式近红外光谱仪，非常适合近红外光谱检测外光谱仪（Ocean Optics Inc.，美国）。

谱仪应满足猕猴桃光谱数据采集需求采集方式，并且波长的采样范围也不、应用对象等。猕猴桃近红外光谱的经分析比较，本检测仪采用漫透射的要求选用的微型近红外光谱仪能够获谱仪应具有较高的封装程度。微型近封装程度低的微型近红外光谱仪，例光路结构，还需要连接专用的 CDD外光谱仪在内部集成了许多光路结构，同时还配套许多二次开发所需的软复杂程度及难度。，本检测仪选用了图 2-3 所示的 US国）。
【参考文献】

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本文编号：2859135