肉品无损检测光学传感器设计与试验
发布时间：2021-07-22 21:15
畜肉品质光谱检测过程中,不同样品之间的厚度差异导致肉品表面到光纤探头的检测距离存在差异,对预测结果影响较大。针对这一问题,设计了一种用于肉品无损检测的光学传感器,并间隔玻璃从下至上对畜肉品质进行检测,消除了样品厚度对检测距离的影响,并分析了光谱曲线随检测距离变化的变化规律。为探究所设计方案的可行性,搭建了试验平台,包括光谱仪、距离调节机构、光源、石英玻璃、光学传感器和计算机,其中石英玻璃可透过220～2 500 nm波长范围的光而无吸收,光学传感器可以帮助采集更多的肉品漫反射光。选择了18个猪肉样品贮藏在4℃环境中,并在不同的冷藏时间取出进行光谱采集（400～1 100 nm）,采用不同的检测距离（8～22 mm,间隔2 mm）,最后测量样品的挥发性盐基氮（TVB-N）含量。在获得样品光谱数据后,分别用1阶导数、多元散射校正（MSC）、标准正态变换（SNV）和1阶导数+SNV等方法进行预处理,并建立猪肉的TVB-N含量的偏最小二乘回归（PLSR）预测模型。结果表明:当检测距离为16 mm,采用1阶导数+SNV预处理时,建立的TVB-N含量预测模型效果最好,校正集相关系数和均方根误差分别...
【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(S2)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
近红外光谱检测肉样示意图
为检验所设计光学传感器及从下往上间隔玻璃检测肉品方案的可行性，搭建了试验平台，并进行试验验证。图2a所示为所搭建试验平台三维结构图，主要包括光谱仪、高度调节机构、石英玻璃、光学传感器和光源。其中石英玻璃固定在支架上，光学传感器安装在距离调节机构上，并可进行高度位置调节。整个检测过程，卤钨灯发射光线通过环形光纤和光学传感器透过石英玻璃照射在待测样品上，经样品反射回来的光透射过石英玻璃，经过光学传感器被光谱仪所采集。所设计光学传感器起到防止光照不进入到样品内部而直接进入到采集探头以及帮助采集更多的肉品漫反射光的作用。图2b所示为实际搭建的试验平台，周围用黑色硬纸板封闭，且整体位于暗箱中，以减小外界杂散光的影响。1.2 材料
如图4所示为不同距离下所采集的样品原始光谱数据，从图中可以看出，不同冷藏时间猪肉光谱呈现相同的变化趋势。在同一检测距离下，不同冷藏时间猪肉光谱曲线在450～600 nm、650～850 nm处呈现出较大的差距。不同的检测距离下，不同冷藏时间猪肉光谱反射率在650～850 nm波段处差异大小不同。且随检测距离的增大，光谱反射率呈现先减小后增大的趋势，这可能与积分时间相关。当检测距离为8 mm时，利用参考白板设置最佳积分时间时，有较少的光进入光谱采集探头，因此为达到最佳的效果需要更大的积分时间，而当检测距离为10～18 mm时，所设计光学传感器能收集到更多的参考白板反射光，因此所设置的积分时间也较小;当检测距离大于20 mm时，随距离的增大，光学传感器能采集的光减少，因此自动设置的积分时间也增大。由于参考白板校准时符合光反射定律，因此大部分光被垂直反射回光学传感器，而经过样品散射回的光各个方向都存在，更加均匀，所以在文中所选的检测距离下，光学传感器所能采集到的样品散射光差别较小，而不同的检测距离所设置的积分时间呈现先减小后增大的趋势，因此，随检测距离的增大，光谱反射率呈现先减小后增大的趋势。对不同检测距离下的原始光谱分别采用SNV、MSC、1阶导数、1阶导数+SNV等方法进行预处理，检测距离为16 mm时平滑后的光谱曲线如图5所示:与原始光谱对比，SNV与MSC可消除样品表面颗粒散射带来的影响[18]，光谱矫正后在460、560、820 nm有明显的吸收峰;其中460 nm为肌肉高铁肌红蛋白吸收峰;560 nm为氧化肌红蛋白吸收峰;820 nm为C—H振动3级倍频吸收峰和C—H伸缩振动4级倍频吸收峰[19-22]。这说明随着冷藏时间的增加，猪肉内蛋白质逐渐分解为TVB-N。
【参考文献】：
期刊论文
[1]近红外光谱技术在肉类品质评价中的应用[J]. 沈啸,唐修君,樊艳凤,葛庆联,陆俊贤,高玉时. 食品安全质量检测学报. 2019(21)
[2]基于光谱技术的原料肉新鲜度指标在线检测系统开发及试验[J]. 王文秀,彭彦昆,孙宏伟,魏文松,郑晓春,杨清华. 光谱学与光谱分析. 2019(04)
[3]马铃薯多品质参数可见/近红外光谱无损快速检测[J]. 王凡,李永玉,彭彦昆,杨炳南,李龙,刘亚超. 光谱学与光谱分析. 2018(12)
[4]二维相关光谱的猪肉TVB-N特征变量优选研究[J]. 王文秀,彭彦昆,房晓倩,卜晓朴. 光谱学与光谱分析. 2018(07)
[5]基于近红外光谱的猪肉水分在线检测与分级[J]. 彭彦昆,杨清华,王文秀. 农业机械学报. 2018(03)
[6]猪肉新鲜度光谱特征指数构建及敏感性分析[J]. 黄长平,朱欣然,张辰璐,乔娜,胡顺石,张立福. 光谱学与光谱分析. 2018(02)
[7]手持式肉品品质无损检测系统设计[J]. 张海云,彭彦昆,赵玉刚,孙霞. 食品安全质量检测学报. 2017(08)
[8]基于优选波长的多光谱检测系统快速检测猪肉中挥发性盐基氮的含量[J]. 魏文松,彭彦昆,郑晓春,王文秀,田芳. 光学学报. 2017(11)
[9]双波段光谱融合的猪肉多品质参数同时检测方法研究[J]. 王文秀,彭彦昆,徐田锋,刘媛媛. 光谱学与光谱分析. 2016(12)
[10]基于可见/近红外光谱生鲜肉多品质参数检测装置研发[J]. 王文秀,彭彦昆,孙宏伟,王凡,田芳,陈兴海. 农业工程学报. 2016(23)
本文编号：3297912
【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(S2)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
近红外光谱检测肉样示意图
为检验所设计光学传感器及从下往上间隔玻璃检测肉品方案的可行性，搭建了试验平台，并进行试验验证。图2a所示为所搭建试验平台三维结构图，主要包括光谱仪、高度调节机构、石英玻璃、光学传感器和光源。其中石英玻璃固定在支架上，光学传感器安装在距离调节机构上，并可进行高度位置调节。整个检测过程，卤钨灯发射光线通过环形光纤和光学传感器透过石英玻璃照射在待测样品上，经样品反射回来的光透射过石英玻璃，经过光学传感器被光谱仪所采集。所设计光学传感器起到防止光照不进入到样品内部而直接进入到采集探头以及帮助采集更多的肉品漫反射光的作用。图2b所示为实际搭建的试验平台，周围用黑色硬纸板封闭，且整体位于暗箱中，以减小外界杂散光的影响。1.2 材料
如图4所示为不同距离下所采集的样品原始光谱数据，从图中可以看出，不同冷藏时间猪肉光谱呈现相同的变化趋势。在同一检测距离下，不同冷藏时间猪肉光谱曲线在450～600 nm、650～850 nm处呈现出较大的差距。不同的检测距离下，不同冷藏时间猪肉光谱反射率在650～850 nm波段处差异大小不同。且随检测距离的增大，光谱反射率呈现先减小后增大的趋势，这可能与积分时间相关。当检测距离为8 mm时，利用参考白板设置最佳积分时间时，有较少的光进入光谱采集探头，因此为达到最佳的效果需要更大的积分时间，而当检测距离为10～18 mm时，所设计光学传感器能收集到更多的参考白板反射光，因此所设置的积分时间也较小;当检测距离大于20 mm时，随距离的增大，光学传感器能采集的光减少，因此自动设置的积分时间也增大。由于参考白板校准时符合光反射定律，因此大部分光被垂直反射回光学传感器，而经过样品散射回的光各个方向都存在，更加均匀，所以在文中所选的检测距离下，光学传感器所能采集到的样品散射光差别较小，而不同的检测距离所设置的积分时间呈现先减小后增大的趋势，因此，随检测距离的增大，光谱反射率呈现先减小后增大的趋势。对不同检测距离下的原始光谱分别采用SNV、MSC、1阶导数、1阶导数+SNV等方法进行预处理，检测距离为16 mm时平滑后的光谱曲线如图5所示:与原始光谱对比，SNV与MSC可消除样品表面颗粒散射带来的影响[18]，光谱矫正后在460、560、820 nm有明显的吸收峰;其中460 nm为肌肉高铁肌红蛋白吸收峰;560 nm为氧化肌红蛋白吸收峰;820 nm为C—H振动3级倍频吸收峰和C—H伸缩振动4级倍频吸收峰[19-22]。这说明随着冷藏时间的增加，猪肉内蛋白质逐渐分解为TVB-N。
【参考文献】：
期刊论文
[1]近红外光谱技术在肉类品质评价中的应用[J]. 沈啸,唐修君,樊艳凤,葛庆联,陆俊贤,高玉时. 食品安全质量检测学报. 2019(21)
[2]基于光谱技术的原料肉新鲜度指标在线检测系统开发及试验[J]. 王文秀,彭彦昆,孙宏伟,魏文松,郑晓春,杨清华. 光谱学与光谱分析. 2019(04)
[3]马铃薯多品质参数可见/近红外光谱无损快速检测[J]. 王凡,李永玉,彭彦昆,杨炳南,李龙,刘亚超. 光谱学与光谱分析. 2018(12)
[4]二维相关光谱的猪肉TVB-N特征变量优选研究[J]. 王文秀,彭彦昆,房晓倩,卜晓朴. 光谱学与光谱分析. 2018(07)
[5]基于近红外光谱的猪肉水分在线检测与分级[J]. 彭彦昆,杨清华,王文秀. 农业机械学报. 2018(03)
[6]猪肉新鲜度光谱特征指数构建及敏感性分析[J]. 黄长平,朱欣然,张辰璐,乔娜,胡顺石,张立福. 光谱学与光谱分析. 2018(02)
[7]手持式肉品品质无损检测系统设计[J]. 张海云,彭彦昆,赵玉刚,孙霞. 食品安全质量检测学报. 2017(08)
[8]基于优选波长的多光谱检测系统快速检测猪肉中挥发性盐基氮的含量[J]. 魏文松,彭彦昆,郑晓春,王文秀,田芳. 光学学报. 2017(11)
[9]双波段光谱融合的猪肉多品质参数同时检测方法研究[J]. 王文秀,彭彦昆,徐田锋,刘媛媛. 光谱学与光谱分析. 2016(12)
[10]基于可见/近红外光谱生鲜肉多品质参数检测装置研发[J]. 王文秀,彭彦昆,孙宏伟,王凡,田芳,陈兴海. 农业工程学报. 2016(23)
本文编号：3297912
本文链接：https://www.wllwen.com/wenshubaike/jieribaike/3297912.html
