基于集成学习的人工电子舌及其在农产品质量检测中的应用研究

发布时间：2021-08-30 23:32

　　随着社会生活水平的不断提高,人们对农产品的品质要求也越来越高,因此急需一种高效、便捷、客观的农产品品质检测方法。电子舌智能检测系统作为一种新型的检测技术,结合模式识别方法可以快速获取液体样本“指纹信息”,对检测样本进行定性和定量分析。但是传统模式识别方法的预测性能在达到一定水平后很难有更大的提升。因此,本文将集成学习引入电子舌的模式识别中,研制了一套基于集成学习的伏安电子舌系统,并将其实际应用于农产品品质的检测分析中,具体研究内容如下:（1）设计了一套基于虚拟仪器技术的智能感官电子舌系统,该系统具有体积小、成本低、检测便捷、无需复杂前处理等优点,主要包括传感器阵列、信号调理电路、数据采集卡、上位机软件四部分。（2）针对传统的电子舌模式识别方法泛化性较低、分类精度有限的问题,本文提出采用集成学习方法对单学习器进行有效融合,构建不同的集成学习模型,并将其用于对不同加工工艺柠檬片的检测分析。首先采用离散小波变换对电子舌信号进行预处理,然后以集群算法优化后的BP神经网络、K近邻算法及逻辑回归算法为基分类器,分别构建Bagging、Boosting和Stacking集成学习模型对不同柠檬片进行定... 

【文章来源】：山东理工大学山东省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电子舌系统图

山东理工大学硕士学位论文设计第二章伏安电子舌检测系统设计13第二章伏安电子舌检测系统设计电子舌是模拟人类味觉感官系统，运用传感器和模式识别技术对待测样本进行分析、识别和判断，快速反应样本整体信息的新型检测技术[39]，如图2.1所示。其中，传感器阵列相当于人类感官系统中的舌头，主要由多个对味觉敏感的传感器组成，与不同的待测液体样本接触时，会发生电化学反应产生不同的电信号；而模式识别则发挥大脑的功能，可以对不同的电信号数据进行处理、分析，建立模式识别模型，最后得出定性或定量分析结果，具有客观、快速、重复性好等优点。图2.1电子舌系统图Fig.2.1Electronictonguesystemdiagram图2.2电子舌结构和实物图Fig.2.2Electronictonguestructureandphysicaldiagram

山东理工大学硕士学位论文设计第二章伏安电子舌检测系统设计14本课题自主研发了一套电子舌系统，该系统主要包括传感器阵列、信号调理模块、数据采集卡和上位机软件四部分，电子舌系统结构和实物如图2.2所示，其工作原理为：首先由虚拟器软件控制数据采集卡产生激励信号，该信号通过信号调理模块施加至传感器阵列，在激励信号的激发下，样本溶液在传感器表面发生电化学反应进而产生微弱电流响应信号，该响应电流经过信号调理模块I/V转换、放大、滤波后，送至数据采集卡进行模/数转换，最终到达上位机对其进行信号处理和模式识别分析[40]。2.1传感器阵列传感器阵列是电子舌系统中占有不可或缺的部分，不同类型的电子舌采用不同的传感器。本文电子舌系统所采用的传感器为标准的三电极系统，由工作电极阵列、辅助电极和参比电极三部分组成，其结构如图2.3所示。其中工作电极为八种贵金属裸电极（铂、金、钛、钯、银、钨、镍、玻碳），待测溶液在工作电极表面发生电化学反应产生响应电流信号，由于各电极之间具有相互独立性，所以不同电极采集到的响应信号不同；辅助电极采用铂电极，可以与工作电极形成闭合回路并传导电流；参比电极为Ag/Agcl电极，内含饱和KCl溶液，为工作电极提供电位参考点，防止被测液体经过反应后导致初始电位变化，影响检测结果。图2.3传感器阵列Fig.2.3Sensorarray2.2信号调理电路本系统信号调理电路的结构如图2.4所示，其主要作用是维持工作电极与参比电极之间电势的稳定，对响应信号进行放大滤波等处理，主要包括恒电位电路模块、多通道工作电极切换模块、I/V转换模块、信号放大电路模块及RC滤波电路。恒电位电路的作用是不断地调节施加于工作电极与参比电极之间的电压，维持稳定的电位。


本文编号：3373719