[發明專利]近紅外光譜無損檢測水果內部品質的系統及方法

有效

• 申請號: 201210545938.2
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103048277A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 黃文倩;陳立平;王慶艷;張馳;郭志明;李江波;李斌
• 申請（專利權）人: 北京農業智能裝備技術研究中心
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及近紅外光譜技術領域，特別涉及一種近紅外光譜檢測水果內部品質的系統及方法。

背景技術

隨著生活水平的提高，消費者對水果品質要求越來越高，不僅關注水果的外部品質，同時對糖度、酸度等內部品質也極為注重。水果內部品質檢測通常采用破壞性的檢測方法，檢測工作量大，每個指標都需要采用不同的方法檢測，無法實現樣品的快速、非破壞性檢測。利用近紅外光譜技術可以快速、無損地檢測水果內部品質如糖度、酸度和成熟度，是一種高效的檢測手段。近年來，近紅外光譜應于水果品質檢測的研究開始注重便攜式光譜儀的使用，注重發展便攜式糖酸度檢測裝置，在水果成長過程中隨時監測果實內部成分的變化，為栽培管理和適時收獲提供科學依據。

Zude在2006年研究了小型近紅外光譜儀用于檢測樹上和貨架期蘋果的果肉硬度和可溶性固形物含量（SSC,Soluble?Solid?Content），并建立了偏最小二乘法（PLS,Partial?Least-Squares）校正模型，果肉硬度的決定系數為0.81，SSC的決定系數為0.94。Alarmar在2007年采用分段直接標準化方法成功將傅里葉變換近紅外光譜儀所建立的水果可溶性固形物預測模型傳遞到陣列傳感器近紅外光譜儀上，在477個蘋果的試驗表明預測均方根誤差為0.85°Brix。Bobelyn在2010年研究了品種、季節、貨架期和采摘地對蘋果近紅外可溶性固形物含量和硬度校正模型的預測精度的影響，對大約6000個蘋果的光譜數據進行方差功能分析，結果表明品種、貨架期和采摘地對近紅外光譜的影響顯著，需要收集足夠多的代表性樣品才能提高校正模型的適應性。Sanchez在2011年利用便攜式光譜儀對油桃的品質進行預測，比較了多重偏最小二乘法（Multiple?PLS）回歸和局部回歸的方法用于建立不同采收期和管理方式下的油桃大小、硬度和可溶性固形物含量的預測模型，結果表明局部回歸的方法在預測硬度時優于多重偏最小二乘法方法，預測標準誤差（Standard?Error?Prediction,SEP）降低27%，決定系數從0.47提高到0.68，但在預測可溶性固形物含量和大小時與多重偏最小二乘法效果一樣。

上述研究均是以商業化的光纖檢測探頭為近紅外光譜采集裝置，由于近紅外光譜儀的小型化造成的分光方式的不同和探測器精度的下降，探測器本身存在較大的噪聲，而且野外作業時也容易受到環境光的干擾。為了消除這些影響，通常的做法是在每次測量光譜之前，采集全反射參考光譜和暗光譜來標定采集到的樣品光譜以消除檢測器的噪聲，但這一過程影響了采集速度，無法實現動態標定。因此，需要開發水果內部品質快速無損檢測的近紅外光譜自動采集、標定方法及其系統。

現有技術中有一種用于水果內部品質無損檢測的手持式近紅外探頭，該光纖探頭由四個不同波長的LED光源、檢測光纖、自動采樣控制系統、光源穩定電路、數字溫濕度傳感器、圓形凸臺、遮光圈、軟橡膠圈、開關、線路盒和外殼構成，可用于水果在線監測和現場采樣，但不能夠實現光譜自動標定的功能。

發明內容

（一）解決的技術問題

本發明解決的技術問題是提供一種近紅外光譜檢測水果內部品質的系統及方法，用于水果內部品質無損檢測，實現近紅外光譜的自動采集和動態標定。

（二）技術方案

本發明提出了一種近紅外光譜無損檢測水果內部品質的系統，其特征在于，包括：采集器、微型計算機（22）、小型光譜儀（19）、光源（20）；所述采集器包括采集探頭（3）和貫穿設置于所述采集器內部的光纖探頭（6）；所述采集探頭（3）上設有彈性遮光墊（11）和校正輪（1）；所述校正輪（1）連接步進電機（2），所述步進電機（2）與所述微型計算機（22）連接，所述小型光譜儀（19）和所述光源（20）與所述微型計算機（22）連接。

優選地，所述采集探頭（3）上還設有自動采集開關（10），用于觸發所述步進電機（2）控制所述校正輪（1）進行旋轉。

優選地，所述系統還包括手柄（13），在所述手柄（13）上還設有手動觸發按鈕（5），用于觸發所述步進電機（2）控制所述校正輪（1）進行旋轉。

優選地，所述校正輪（1）上設有三個測量位對應的白板（9）、黑板（8）和通孔（7）。

優選地，所述三個測量位間隔為120°。

優選地，所述白板（9）、所述黑板（8）和所述通孔（7）的孔徑與所述光纖探頭（6）的直徑大小相同。

優選地，所述系統還包括指示燈（4）和液晶顯示器（21），其中，指示燈（4）和液晶顯示器（21）用于指示采集過程。