我國有著龐大的豬肉消費(fèi)市場(chǎng),隨著人們生活水平的提升,消費(fèi)者不再滿足于豬肉數(shù)量的充足,而對(duì)于豬肉質(zhì)量提出了更高的標(biāo)準(zhǔn),因此實(shí)現(xiàn)豬肉有效的分級(jí)成為當(dāng)下社會(huì)對(duì)于食品安全的迫切需求。瘦肉率作為評(píng)價(jià)豬肉品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo),研究與開發(fā)豬胴體分級(jí)檢測(cè)系統(tǒng),擺脫傳統(tǒng)低效的人工分級(jí)方式,對(duì)于整個(gè)豬肉消費(fèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都有著深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。近紅外光譜分析技術(shù)因?yàn)楦咝o損的優(yōu)點(diǎn)而越來越多地應(yīng)用于食品檢測(cè)中,本文在分析國內(nèi)外豬胴體分級(jí)現(xiàn)狀與趨勢(shì)基礎(chǔ)上,利用豬胴體對(duì)近紅外光的反射光譜特性,結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)、近紅外光譜信號(hào)采集與處理硬件系統(tǒng)與光譜數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng),提出了豬胴體肥瘦率檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案�；诜菍�(duì)稱交叉式切尼-特納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了光譜信號(hào)采集的光學(xué)系統(tǒng),對(duì)光學(xué)系統(tǒng)中的光源、Y型光纖、光柵等元器件進(jìn)行了選型與分析,在對(duì)CCD光電探測(cè)器特性參數(shù)的分析基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了豬胴體肥瘦率檢測(cè)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)豬胴體近紅外光譜的采集及光電轉(zhuǎn)換。針對(duì)CCD探測(cè)器采集的信號(hào),本文設(shè)計(jì)了近紅外光譜信號(hào)采集與處理硬件系統(tǒng)的方案。根據(jù)硬件的供電需求設(shè)計(jì)了電源系統(tǒng),采用FPGA實(shí)現(xiàn)CCD工作、模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序邏輯。設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理模塊,實(shí)現(xiàn)了電路間的阻抗匹配、電壓反相、偏置電壓去除與噪聲抑制等功能。通過對(duì)串口進(jìn)行配置完成信號(hào)的通信。在硬件各模塊的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,搭建了豬胴體肥瘦率檢測(cè)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)�；赪PF開發(fā)工具對(duì)豬胴體反射光譜數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì),在分析了功能模塊需求與軟件流程基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了軟件的總體方案。通過采集背景暗噪聲、白板反射光幅值與樣品反射光幅值,計(jì)算獲得準(zhǔn)確的豬胴體反射率,并實(shí)時(shí)反映包含肉品肥瘦特性的近紅外反射光譜信息。結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)、近紅外光譜信號(hào)采集與處理硬件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集軟件搭建了肉品特性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)了不同條件下豬胴體肥瘦反射光譜特性分析實(shí)驗(yàn),獲得了檢測(cè)豬肉肥瘦率的最佳檢測(cè)波段,并對(duì)豬肉厚度、光源照射高度及豬肉新鮮度等影響因素進(jìn)行了研究分析,實(shí)驗(yàn)表明本課題開發(fā)的豬胴體檢測(cè)系統(tǒng)可滿足豬胴體肥瘦檢測(cè)的需求。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S828;O433.5
【部分圖文】：

圖 1.1 Fat-O-Meater 豬胴體分級(jí)操作示意圖為提高豬胴體分級(jí)的自動(dòng)化與智能化，基于超聲波技術(shù)對(duì)豬胴體進(jìn)行智能分級(jí)的相關(guān)到了廣泛的關(guān)注。超聲波技術(shù)跟光電技術(shù)不同之處在于超聲波分級(jí)設(shè)備并不需要刺進(jìn)部，而是利用超聲波的穿透性，從而獲取反射回來的豬胴體的超生波信息，由此來推體表層的背膘厚度與眼肌厚度。相比光電感應(yīng)技術(shù)，超聲波具備更高的精度和速度。比較廣泛的是丹麥 SFK 公司的 AutoFom、日本 Tokyo Keiki 公司的 LS-1000 及 CS-3聲波系統(tǒng)[19]。丹麥 SFK 公司基于超聲波技術(shù)自主研制了全自動(dòng)肉脂儀系統(tǒng)（AutoF 1.2 所示。該系統(tǒng)分布了 16 個(gè)超聲波傳感器陣列，每 5mm 便可掃描一個(gè)點(diǎn)，速度可時(shí) 1150 頭，能夠?qū)ωi胴體上 3200 個(gè)測(cè)量點(diǎn)的背膘厚度與眼肌厚度進(jìn)行準(zhǔn)確快速的測(cè)，并估測(cè)獲得胴體各主要分割肉部位的瘦肉率[20]。這些數(shù)據(jù)可以作為豬肉生產(chǎn)環(huán)節(jié)質(zhì)分級(jí)的重要依據(jù)，因此應(yīng)用廣泛。但因?yàn)樵O(shè)備昂貴，維護(hù)不易，一般中小企業(yè)難以承其市場(chǎng)有限。目前國內(nèi)在超聲波胴體分級(jí)領(lǐng)域里的研究主要是倪德斌[21]等人利用丹麥生產(chǎn)的全自動(dòng)肉脂儀研究了同胞測(cè)定豬和雜交組合豬胴體瘦肉率的活體瘦肉率估測(cè)，厚度、眼肌厚度與豬胴體體重建立了活體和豬胴體瘦肉率估測(cè)方程。

圖 1.1 Fat-O-Meater 豬胴體分級(jí)操作示意圖胴體分級(jí)的自動(dòng)化與智能化，基于超聲波技術(shù)對(duì)豬胴體進(jìn)行智能分級(jí)的關(guān)注。超聲波技術(shù)跟光電技術(shù)不同之處在于超聲波分級(jí)設(shè)備并不需利用超聲波的穿透性，從而獲取反射回來的豬胴體的超生波信息，由背膘厚度與眼肌厚度。相比光電感應(yīng)技術(shù)，超聲波具備更高的精度和的是丹麥 SFK 公司的 AutoFom、日本 Tokyo Keiki 公司的 LS-1000 及[19]。丹麥 SFK 公司基于超聲波技術(shù)自主研制了全自動(dòng)肉脂儀系統(tǒng)（A。該系統(tǒng)分布了 16 個(gè)超聲波傳感器陣列，每 5mm 便可掃描一個(gè)點(diǎn)，，能夠?qū)ωi胴體上 3200 個(gè)測(cè)量點(diǎn)的背膘厚度與眼肌厚度進(jìn)行準(zhǔn)確快獲得胴體各主要分割肉部位的瘦肉率[20]。這些數(shù)據(jù)可以作為豬肉生產(chǎn)要依據(jù)，因此應(yīng)用廣泛。但因?yàn)樵O(shè)備昂貴，維護(hù)不易，一般中小企業(yè)限。目前國內(nèi)在超聲波胴體分級(jí)領(lǐng)域里的研究主要是倪德斌[21]等人利用自動(dòng)肉脂儀研究了同胞測(cè)定豬和雜交組合豬胴體瘦肉率的活體瘦肉率肌厚度與豬胴體體重建立了活體和豬胴體瘦肉率估測(cè)方程。

即入射光強(qiáng)度一定的情況下，漫反射率應(yīng)與漫反射光強(qiáng)度成正比[42]。然而過程中，不僅僅只存在漫反射形式，同時(shí)還存在各種形式的散射與吸收，而小、分布及形狀均會(huì)對(duì)漫反射光強(qiáng)度產(chǎn)生影響，因此漫反射率不遵守比耳-朗貝爾卡-蒙克（Kubelka-Munk）定律表示： = 1 / ( / )22( / )05，K 表示為吸光系數(shù)，S 表示為散射系數(shù)。可以看出，被測(cè)樣品的漫反射率 R 受到樣品的吸光系數(shù) K 以及散射系數(shù) S 的化學(xué)成分的吸光系數(shù)K是不同的，所以可通過吸光系數(shù)K值來測(cè)定樣品中的部顆粒大小與肉質(zhì)緊實(shí)度決定了散射系數(shù) S，因此可以通過測(cè)定散射系數(shù) S理結(jié)構(gòu)。射光如圖 2.2 所示，是近紅外光照射進(jìn)入豬肉后，經(jīng)過多次吸收、反射與折的光，因此蘊(yùn)含了樣品的結(jié)構(gòu)和成分信息[43]。例如漫反射光方向的變化是因粒及分子對(duì)光的散射，這其中包含了豬肉樣品的物理結(jié)構(gòu)信息。而漫反射光因在于內(nèi)部物質(zhì)對(duì)光的吸收，因而包含了豬肉樣品的化學(xué)成分信息。這些都譜法測(cè)定分析獲得。
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