獼猴桃因其味道鮮美、營養(yǎng)豐富、富含維生素C而廣受消費者喜愛。糖度是獼猴桃內(nèi)部品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。在獼猴桃生產(chǎn)、運輸、銷售等環(huán)節(jié)中進(jìn)行糖度檢測,實現(xiàn)獼猴桃質(zhì)量控制,有助于提高經(jīng)濟(jì)效益。而傳統(tǒng)的檢測獼猴桃糖度的方法是有損檢測法,僅能用于對樣品的抽樣檢測。近紅外光譜檢測技術(shù)具有無損傷、高效率、低成本等諸多優(yōu)點,在農(nóng)產(chǎn)品無損檢測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用�，F(xiàn)階段,已有一些利用近紅外光譜檢測技術(shù)無損檢測獼猴桃糖度的理論研究,并取得了良好的檢測效果。但尚未發(fā)現(xiàn)用于無損檢測獼猴桃糖度的儀器,因此,本文的目的是基于近紅外光譜無損檢測技術(shù)開發(fā)便攜式獼猴桃糖度無損檢測儀。本文首先完成了微型近紅外光譜儀、光纖探頭、光源模塊、控制電路、控制軟件等關(guān)鍵部件選型及設(shè)計工作;進(jìn)而以USB4000微型可見光/近紅外光譜儀和STS微型近紅外光譜儀為光譜檢測器件開發(fā)了第一代和第二代獼猴桃糖度無損檢測儀;以“徐香”獼猴桃為對象,使用便攜式獼猴桃糖度無損檢測儀采集光譜數(shù)據(jù),建立了預(yù)測獼猴桃糖度的偏最小二乘(PLS)模型,并對該檢測儀的獼猴桃糖度檢測精度進(jìn)行了檢驗。本論文的主要工作及取得的主要結(jié)論如下:(1)設(shè)計了便攜式獼猴桃糖度無損檢測儀的光纖探頭和光源模塊。對標(biāo)準(zhǔn)反射光纖探頭和市面上常見的鹵素?zé)襞菁皩嶒炇饮u素光源進(jìn)行了性能測試和分析,結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)反射光纖探頭和現(xiàn)有的光源不適于開發(fā)便攜式獼猴桃糖度無損檢測儀。為此,在對獼猴桃果實結(jié)構(gòu)特點以及光譜采集方式和光路結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,確定漫透射方式為采集獼猴桃光譜的最佳方式,并設(shè)計了采集漫透射光譜的光纖探頭;進(jìn)而以微型鹵素?zé)襞菰O(shè)計了便攜式檢測儀的光源模塊。(2)研發(fā)了基于USB4000微型可見光/近紅外光譜儀的便攜式獼猴桃糖度無損檢測儀并建立了“徐香”獼猴桃糖度預(yù)測模型。以USB4000微型可見光/近紅外光譜儀為微型近紅外光譜儀,以x86平板電腦為控制平臺設(shè)計了控制電路,采用Java編程語言開發(fā)了圖形化的控制軟件,完成了第一代便攜式獼猴桃糖度無損檢測儀的開發(fā)工作。利用該檢測儀獲取“徐香”獼猴桃光譜數(shù)據(jù),建立了預(yù)測“徐香”獼猴桃糖度的PLS模型,該模型的校正相關(guān)系數(shù)為0.94,校正均方根誤差為1.03~oBrix,預(yù)測相關(guān)系數(shù)為0.95,預(yù)測均方根誤差為1.07~oBrix。將該模型導(dǎo)入到該檢測儀中,實現(xiàn)了檢測儀的獼猴桃糖度檢測功能。(3)研發(fā)了基于STS微型近紅外光譜儀的便攜式獼猴桃糖度無損檢測儀并建立了“徐香”獼猴桃糖度預(yù)測模型。以體積更小、質(zhì)量更輕的STS微型近紅外光譜儀為微型近紅外光譜儀,設(shè)計了結(jié)構(gòu)緊湊的第二代獼猴桃專用漫透射光纖探頭,以ARM嵌入式開發(fā)板為控制平臺設(shè)計了控制電路,采用Python編程語言設(shè)計了操作更加簡單的控制軟件,完成了檢測儀硬件及軟件開發(fā)工作。利用該檢測儀獲取“徐香”獼猴桃光譜數(shù)據(jù),建立了預(yù)測“徐香”獼猴桃糖度的PLS模型,該模型的校正相關(guān)系數(shù)為0.86,校正均方根誤差為0.67~oBrix,預(yù)測相關(guān)系數(shù)為0.83,預(yù)測均方根誤差為0.68~oBrix。將該模型導(dǎo)入到該檢測儀中,實現(xiàn)了檢測儀的獼猴桃糖度檢測功能。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：S663.4;S237
【部分圖文】：

基于 USB4000 微型光譜儀的獼猴桃糖度無損檢測利用近紅外光譜預(yù)測獼猴桃糖度的原理，完成第一代便攜式獼猴桃糖件結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中包括光譜儀選型、光源模塊設(shè)計、光纖設(shè)計、外殼計。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)便攜式獼猴桃糖度無損檢測儀的軟件功能需搭建開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)需求分析中的各項功能。之后，利用該檢測儀獲并建立獼猴桃糖度預(yù)測模型。整體框架式獼猴桃糖度無損檢測儀的硬件包括：控制器、微型近紅外光譜儀、透射光纖探頭和控制電路等。漫透射光纖探頭的光源端與光源模塊通，并將光源模塊發(fā)出的光傳送至被測獼猴桃中。光源模塊為獲取獼猴穩(wěn)定的全光譜入射光�？刂破髋c微型近紅外光譜儀相連，并控制微型獼猴桃的近紅外光譜。電源分別與光源模塊和控制器連接，為光源模定的電能。圖 2-1 為便攜式獼猴桃糖度無損檢測儀的整體框架圖。

檢測技術(shù)的關(guān)鍵部件，其工作原理是通過轉(zhuǎn)化為電路中的電信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，用非常廣泛，醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研光、近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外等多個波段譜儀中的典型儀器。依據(jù)對近紅外光的分型和傅里葉變換型兩大類。色散型近紅外式。傅里葉變換型近紅外光譜儀主要有反測研究的深入，近紅外光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域際使用的需求，使得近紅外光譜儀向著小別是光纖技術(shù)、微機電系統(tǒng)（Micro-elec成光學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得微型近紅外光譜外光譜儀具有體積小，質(zhì)量輕，使用方式近紅外光譜儀，非常適合近紅外光譜檢測外光譜儀（Ocean Optics Inc.，美國）。

譜儀應(yīng)滿足獼猴桃光譜數(shù)據(jù)采集需求采集方式，并且波長的采樣范圍也不、應(yīng)用對象等。獼猴桃近紅外光譜的經(jīng)分析比較，本檢測儀采用漫透射的要求選用的微型近紅外光譜儀能夠獲譜儀應(yīng)具有較高的封裝程度。微型近封裝程度低的微型近紅外光譜儀，例光路結(jié)構(gòu)，還需要連接專用的 CDD外光譜儀在內(nèi)部集成了許多光路結(jié)構(gòu)，同時還配套許多二次開發(fā)所需的軟復(fù)雜程度及難度。，本檢測儀選用了圖 2-3 所示的 US國）。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2859135