【摘要】：傳統(tǒng)肉品新鮮度檢測方法操作繁瑣、檢驗(yàn)周期長、對(duì)操作人員的專業(yè)水平和實(shí)驗(yàn)室的硬件條件均有一定要求。阻抗譜檢測技術(shù)具有快速、無損、低成本、易于便攜化等優(yōu)點(diǎn),在農(nóng)業(yè)工程、食品科學(xué)、生物技術(shù)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前,在樣品來源和檢測環(huán)境都相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室研究中,面向魚新鮮度評(píng)價(jià)的阻抗譜檢測能取得良好效果。而在實(shí)際應(yīng)用場景下,同樣的測量方法卻難以實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)室研究相當(dāng)?shù)臋z測精度。三個(gè)關(guān)鍵問題制約著阻抗譜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與普及應(yīng)用,它們是:生物個(gè)體差異對(duì)檢測結(jié)果的影響;環(huán)境溫度對(duì)檢測結(jié)果的影響;現(xiàn)有基于數(shù)據(jù)擬合的分析模型缺乏能夠反映內(nèi)在機(jī)理和本質(zhì)規(guī)律的理論支撐,普適性較差,難以對(duì)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析進(jìn)行有效指導(dǎo)。針對(duì)上述三個(gè)關(guān)鍵問題,論文從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)與測量系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化,特征參數(shù)提取與篩選,分類模型構(gòu)建與評(píng)價(jià)、溫度補(bǔ)償建模與分類模型的溫度修正等層面進(jìn)行研究,形成能夠有效降低個(gè)體差異和環(huán)境溫度對(duì)檢測結(jié)果影響的阻抗譜魚新鮮度評(píng)估方法。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作內(nèi)容歸納如下:1、針對(duì)不同來源樣品基礎(chǔ)電學(xué)特性差異對(duì)阻抗譜檢測結(jié)果的影響,分別提出利用正交各向異性特征參數(shù)與形態(tài)特征參數(shù)作為新鮮度評(píng)價(jià)指標(biāo)。相對(duì)于傳統(tǒng)分類模型,基于正交各向異性特征參數(shù)的模型對(duì)復(fù)雜來源樣品的分類正確率提高了22-25個(gè)百分點(diǎn)。結(jié)合生物阻抗譜基礎(chǔ)理論對(duì)特征參數(shù)的機(jī)理進(jìn)行探討,發(fā)現(xiàn)形態(tài)特征參數(shù)與論文在常規(guī)等效電路元件基礎(chǔ)上深入挖掘得到的常相位角系數(shù)在物理意義上具有相似性,本質(zhì)上都與魚肉新鮮度變化過程中具有電阻和電容特性細(xì)胞組分的相對(duì)變化有關(guān)。2、鑒于傳統(tǒng)以回歸分析和數(shù)據(jù)擬合為基礎(chǔ)的建模方法對(duì)樣品數(shù)量敏感、缺乏理論支撐、普適性較差,提出一種基于阻抗譜特征參數(shù)曲線與魚肉品質(zhì)變化階段內(nèi)在關(guān)聯(lián)的非擬合建模方法。相比前者,該方法所構(gòu)建的新鮮度分類模型對(duì)復(fù)雜來源樣品的分類正確率提高了28-31個(gè)百分點(diǎn)。非參數(shù)擬合建模方法在樣品宏觀電學(xué)特性改變與新鮮度變化過程中組織細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)變化之間建立聯(lián)系,為生物阻抗譜技術(shù)的研究從統(tǒng)計(jì)規(guī)律層面深入到內(nèi)在機(jī)理層面進(jìn)行了初步嘗試。3、提出基于模型相似度的阻抗譜多參數(shù)融合魚肉新鮮度分類模型�，F(xiàn)有加權(quán)融合算法中權(quán)重系數(shù)的確定難以完全擺脫對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴。為了徹底消除主觀性和不確定性對(duì)融合結(jié)果的影響,對(duì)阻抗譜各特征參數(shù)模型之間的差異性進(jìn)行量化,并以此作為融合參數(shù)權(quán)重系數(shù)的確定依據(jù)。相比單一的評(píng)價(jià)指標(biāo),多參數(shù)融合模型對(duì)復(fù)雜來源樣品的新鮮度分類正確率提高了9-12個(gè)百分點(diǎn)。4、為了降低檢測環(huán)境溫度對(duì)阻抗譜新鮮度評(píng)價(jià)結(jié)果的影響,構(gòu)建溫度補(bǔ)償模型。并將該模型與前文篩選出的最優(yōu)新鮮度分類算法進(jìn)行融合。相比未經(jīng)溫度補(bǔ)償?shù)姆诸惤Y(jié)果,經(jīng)過溫度修正后,新鮮度分類正確率提高了38個(gè)百分點(diǎn)。研究結(jié)果表明:對(duì)于在線監(jiān)測應(yīng)用場景,基于特征參數(shù)曲線與魚肉品質(zhì)變化階段內(nèi)在關(guān)聯(lián)的非擬合模型新鮮度分類效果最佳;對(duì)于實(shí)時(shí)檢測應(yīng)用場景,基于正交各向異性特征參數(shù)的模型分類效果最佳。在環(huán)境溫度多變的現(xiàn)場檢測場景下,溫度補(bǔ)償模型可以顯著提升新鮮度分類效果。該研究針對(duì)影響阻抗譜魚新鮮度檢測關(guān)鍵問題所提出的研究思路和解決方法,對(duì)面向其他對(duì)象的阻抗譜生物檢測技術(shù)的研究亦有一定參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TS254.7
【圖文】：

江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文提出阻抗譜正交各向異性特征參數(shù)提出阻抗譜形態(tài)特征參數(shù)深入挖掘阻抗譜等效電路參數(shù)傳統(tǒng)絕對(duì)坐標(biāo)參數(shù)：模，相位角相對(duì)貯藏時(shí)間的變化趨勢利用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差分析各參檢測系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)配置方案激勵(lì)電壓和頻率優(yōu)化研究電極安置方式優(yōu)化研究

圖 2.1 生物組織中高頻和低頻電流的導(dǎo)電通路ductive path of high frequency and low frequency current in biolog圖 2.2 生物電阻抗三元件等效電路模型Fig.2.2 Bio-impedance three-element equivalent circuit model效電路的復(fù)阻抗為：2 2 22 2 2 2 2 ) ( )( ) 1 ( ) 1 ( )m i e m e i e i m em e i e i m e i mj C R R C R R R R C Rj R R R R C R R Cω ω ωω ω + += + + + + +：2 2 2 21R C Rω+（ ）ReRiCm

4SCkdεπ= 的接觸面積可以有效增加電極和被測材料接觸表面的雙電層電低接觸部分交流激勵(lì)的高頻阻抗。片狀電極的缺點(diǎn)是表面電流，容易形成渦流，以至于對(duì)測量結(jié)果造成難以預(yù)測的影響。過薄在插入被測材料時(shí)產(chǎn)生形變，從而造成電場的不規(guī)則分布。而太僅難以插入被測材料中，也很難保證微小激勵(lì)的條件下電極表面測對(duì)象為固相生物材料時(shí)，針式兩電極測量系統(tǒng)較片狀兩電極穩(wěn)定的測量結(jié)果。N1 N2N1 N2 N3 N4（a） （b）

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2800390