水果糖度可見-近紅外光譜檢測儀的研發(fā).pdf

1、目前，由于在水果種植、管理、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏與銷售過程中，缺乏合適有效的快速檢測儀器，果農(nóng)及果商很難對(duì)水果進(jìn)行隨時(shí)隨地的非破壞抽樣檢測，很大程度上制約了水果的產(chǎn)前產(chǎn)后的管理，從而影響了水果的品質(zhì)與銷售以及造成浪費(fèi)嚴(yán)重。近年來，可見/近紅外光譜技術(shù)由于其快速、方便、綠色等特點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)的快速無損檢測。
　　本研究主要以蘋果為研究對(duì)象，可見/近紅外光譜技術(shù)為手段，開發(fā)一臺(tái)適用果園水果種植管理以及超市水果銷售點(diǎn)服務(wù)的可同時(shí)獲

2、取水果重量和糖度信息的檢測儀。首先結(jié)合可見/近紅外光譜技術(shù)、光纖傳感技術(shù)以及化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，搭建預(yù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過對(duì)比不同光照模式、不同光譜儀模式、不同積分時(shí)間模式下采集光譜的建模效果，確定最優(yōu)的光譜采集方式和因素。其次在這些基礎(chǔ)上進(jìn)行小型檢測儀的結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行控制系統(tǒng)的電路搭建和上位機(jī)檢測軟件開發(fā)，完成小型可見/近紅外水果檢測儀的初步研發(fā)。最后通過檢測儀的糖度預(yù)測試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　本文的主要研究內(nèi)容和研究結(jié)論如下:

3、　　(1)在光譜采集影響因素的研究中，搭建了預(yù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并通過對(duì)幾種光譜采集模式下的建模效果的比對(duì)，找出最佳的光譜采集方式和因素。在光照方式的研究中，單邊照射模式的建模效果要優(yōu)于雙邊照射模式，同時(shí)采取單邊照射模式更能夠使儀器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱大幅度減少;在不同光譜儀采集的對(duì)比當(dāng)中，Maya2000Pro光譜儀的光譜建模效果要優(yōu)于QE65Pro;在不同積分時(shí)間的光譜采集對(duì)比當(dāng)中，200 ms下的光譜建模效果要優(yōu)于其他兩種模式。
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4、)通過設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)平臺(tái)、搭建控制系統(tǒng)以及編寫上位機(jī)檢測軟件完成了小型水果糖度檢測儀的初步研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了水果光譜和重量信息的同步采集。在結(jié)構(gòu)部分，創(chuàng)新性地將重量采集系統(tǒng)與光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)組合。在硬件部分，搭建了重力采集、舵機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其與上位機(jī)嵌入式電腦的通訊，同時(shí)通過舵機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)盤的控制，實(shí)現(xiàn)了暗場模式、水果采集模式以及濾波模式的自由切換。在軟件部分，開發(fā)了上位機(jī)系統(tǒng)，用于控制各部分，實(shí)現(xiàn)水果重量和光譜信息的采集與糖度的檢測，最終完檢測儀

5、的整體系統(tǒng)集成。
　　(3)建立并優(yōu)化了檢測儀的糖度預(yù)測模型，通過波長篩選后的糖度預(yù)測精度高于全波長建模時(shí)的糖度預(yù)測精度。本文采用三種波長篩選方法遺傳算法GA、連續(xù)投影算法SPA、競爭性自適應(yīng)加權(quán)取樣算法CARS對(duì)蘋果樣品的全光譜進(jìn)行了特征波長的篩選，將篩選后的波長分別建立PLS模型，并將它們之間性能的優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比研究。篩選波長數(shù)為28，通過這些波長建立了蘋果糖度的預(yù)測模型，用于研發(fā)的便攜式檢測儀當(dāng)中，進(jìn)行實(shí)時(shí)的糖度預(yù)測，預(yù)測精