XRD分析仪
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J Future Foods 基于光谱技术的便携式葡萄串综合

发布时间:2022-09-14 06:34:45 来源:亚博体育唯一入口 作者:亚博vip体育官方

内容简介:  葡萄被称为四大水果之首,在中国有广泛的种植面积。 随着葡萄种植面积、产量和质量的快速发展,中国已成为世界葡萄生产大国。 2018年,中国的葡萄产量已达1366.7万吨。 红地球葡萄是葡萄中的精英栽培品种之一。 它以其丰满的颗粒,甜美可口,富含更多的营养成分而受到欢迎。 随着生活水平的提高,消费者在关注红地球葡萄外观质量的同时,更青睐于口感和风味俱佳的内在质量。 可溶性固形物含量(SSC)、总酸(TA)和pH值是水果的重要品质之一,它决定了水果的风味,也是反映水果成熟度的重要指标。 传统的水果内部品质检测方法是破坏性取样检测,这种方...

  葡萄被称为四大水果之首,在中国有广泛的种植面积。 随着葡萄种植面积、产量和质量的快速发展,中国已成为世界葡萄生产大国。 2018年,中国的葡萄产量已达1366.7万吨。 红地球葡萄是葡萄中的精英栽培品种之一。 它以其丰满的颗粒,甜美可口,富含更多的营养成分而受到欢迎。 随着生活水平的提高,消费者在关注红地球葡萄外观质量的同时,更青睐于口感和风味俱佳的内在质量。 可溶性固形物含量(SSC)、总酸(TA)和pH值是水果的重要品质之一,它决定了水果的风味,也是反映水果成熟度的重要指标。 传统的水果内部品质检测方法是破坏性取样检测,这种方法有很多缺点,如繁琐、费时,而且检测后的样品因果肉组织损伤严重而不能销售或食用。 红球葡萄的SSC、TA和pH值等质量参数的检测繁琐费时,且每个参数都需要单独检测。 因此,市场迫切需要设计一种高效、无损、便携的红地球葡萄综合品质检测仪。

  便携式无损检测仪可以采集红地球葡萄串的光谱信息,利用检测仪内嵌的内部质量和综合质量参数预测模型,实现对红地球葡萄串的多种质量参数(如SSC、TA、pH)和综合质量参数的无损检测。 该检测器包括光谱采集探头、光谱仪、锂电池、卤素灯光源、ARM板和外围电路。 探测器的整体尺寸为210 mm×160 mm×150 mm,重量为800 g,携带方便。 此外,该仪器在断开电源的情况下可以独立工作2 h。

  光谱采集探头主要由5个部分组成,如仿形塑料垫圈、底座、环形光源、74UV镜头和光纤,探头底座由3D打印技术完成。在光谱采集探头的底座上安装了仿形塑料垫圈,可以使红绳与探头紧密贴合,防止外界自然光对实验数据的影响,提高光谱模型的稳定性。光谱采集探头的实物图见图1所示。

  考虑到探测器的便携性、价格、稳定性等因素,本实验选择的光谱仪型号为海洋光学USB2000+光纤光谱仪(尺寸为89.1 mm×63.3 mm×34.4 mm),其有效波长范围为480~1100nm,通过USB接口可进行参数设置和数据传输。光源系统主要由50W卤素灯杯、准直器、光输出端、照明强度调节模块、稳压模块、照明亮度调节旋钮、光谱采集探头等组成。光源系统的实物图如图2所示。

  选用以S3C6410为核心的ARM11作为检测器的控制器。外围电路主要包括USB接口电路、触摸屏、扬声器和风扇。触摸屏可以控制检测器并显示测试结果。扬声器可以播放样品在一次测试后的成熟度和综合质量水平。

  根据可见光/近红外漫反射光谱和红地球葡萄串在生长期的外观和尺寸特征,设计了一种便携式无损检测仪,用于检测红地球葡萄串的综合质量。该检测仪包括光谱采集探头、光谱仪、锂电池、卤素灯光源、ARM板和外围电路。检测仪的整体尺寸为210 mm×160 mm×150 mm,重量为800 g,携带方便。此外,该仪器在断开电源的情况下可以独立工作2 h。使用MFC开发工具,用C++语言编写了实时分析和处理软件。将样品中有关SSC、TA和pH值的最佳PLSR模型植入检测器,以实现对红地球葡萄串在生长期间的多质量参数无损检测。检测仪可同时获得样品的SSC、TA和pH值,并可完成对红地球葡萄串的综合质量分类和整体评价。检测时间不超过1.5 s,实现了快速无损检测。该检测仪为监测红地球葡萄果穗生长期的生长状态,检测成熟果实的质量,指导及时采收提供了可靠的技术支持。验证了红地球葡萄串综合品质检测仪的检测精度和稳定性。预测集与样品的SSC、TA和pH值的相关系数RP分别为0.909°Brix、0.952%和0.980。预测集的RMSEP分别为1.625°Brix、4.359%和0.105,预测结果的最大变异系数分别为0.128°Brix、0.093%和0.086。结果表明,该检测仪可以实现对红地球葡萄串在生长期间的SSC、TA和pH值的实时无损检测。本文研制的仪器与商业仪器相比的优势和劣势。本文开发的仪器的优点是价格相对便宜,是为红地球葡萄设计的,它可以测量包括SSC和TA在内的5个指标,可以给出更好的预测结果。该仪器的缺点是它是为测定红球葡萄而开发的通用仪器,有一定的局限性,因为商业仪器可用于测定广泛的水果。

  高升博士,青岛理工大学信息与控制工程学院讲师。研究的主要领域是农畜产品无损检测及机电一体化技术。现发表学术论文15余篇,其中以第一作者发表SCI/EI检索论文7篇;授权专利3项,其中国家发明专利2项;参与国家自然科学基金面上项目2项、湖北省自然科学基金项目1项、湖北省技术研究与开发计划项目1项、山东省重点研发计划项目1项、山东省高等学校科技计划项目1项、山东省农机装备研发创新计划项目1项。

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