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、運輸、儲藏與銷售過程中，缺乏合適有效的快速檢測儀器，果農(nóng)及果商很難對水果進行隨時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嚴重。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象，可見/近紅外光譜技術(shù)為手段，開發(fā)一臺適用果園水果種植管理以及超市水果銷售點服務(wù)的可同時獲

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)計量學(xué)方法，搭建預(yù)實驗平臺，通過對比不同光照模式、不同光譜儀模式、不同積分時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)上進行小型檢測儀的結(jié)構(gòu)件設(shè)計，同時進行控制系統(tǒng)的電路搭建和上位機檢測軟件開發(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)測試驗進行驗證。
　　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)實驗平臺，并通過對幾種光譜采集模式下的建模效果的比對，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;在不同積分時間的光譜采集對比當(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)計結(jié)構(gòu)平臺、搭建控制系統(tǒng)以及編寫上位機檢測軟件完成了小型水果糖度檢測儀的初步研發(fā)，實現(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)進行有機組合。在硬件部分，搭建了重力采集、舵機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其與上位機嵌入式電腦的通訊，同時通過舵機對轉(zhuǎn)盤的控制，實現(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)了上位機系統(tǒng)，用于控制各部分，實現(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對蘋果樣品的全光譜進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)劣進行了對比研究。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，進行實時的糖度預(yù)測，預(yù)測精