一種臍橙糖度快速無(wú)損檢測(cè)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于果品品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種臍橙糖度快速無(wú)損檢測(cè)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 臍橙營(yíng)養(yǎng)豐富，果肉細(xì)嫩而脆、口感清甜，是深受人們歡迎的水果。隨著人們生活 水平的不斷提高，人們?cè)谶x購(gòu)臍橙時(shí)不僅關(guān)注其外觀品質(zhì)如大小、顏色、果形、表面缺陷等， 而且對(duì)臍橙的內(nèi)部品質(zhì)如糖度和酸度等也極為重視。
[0003] 近紅外光譜技術(shù)是一種快速、無(wú)損、綠色的現(xiàn)代分析技術(shù)。目前，近紅外光譜技術(shù) 對(duì)臍橙及其他水果的糖度快速無(wú)損檢測(cè)已有一些報(bào)道，如中國(guó)專利CN 101308086 A公開了 一種基于近紅外光譜技術(shù)的水果內(nèi)部品質(zhì)在線檢測(cè)方法及裝置；中國(guó)專利CN 103487396 A 公開了一種光照參數(shù)可調(diào)的近紅外水果糖度無(wú)損檢測(cè)裝置；中國(guó)專利CN 103940744 A公 開了一種小型水果可見(jiàn)/近紅外光譜動(dòng)態(tài)在線采集裝置。上述專利中，均未考慮水果大小 及果皮因素對(duì)糖度檢測(cè)精度的影響。實(shí)際檢測(cè)中，水果大小不一，相同糖度而大小不同的水 果由于對(duì)近紅外光的吸收程度不同，其近紅外光譜將存在差異，因此將對(duì)糖度檢測(cè)精度產(chǎn) 生較大影響。此外，水果糖度近紅外檢測(cè)屬于非破壞性檢測(cè)，在檢測(cè)過(guò)程中，采集的近紅外 光譜包含果皮和果肉信息，而我們所需要的是果肉的糖度光譜信息，果皮的光譜信息則屬 于干擾光譜信息，會(huì)影響糖度檢測(cè)精度，而果皮越厚則影響越大。臍橙屬于中厚型果皮，果 皮對(duì)糖度檢測(cè)的影響較大，而相對(duì)于朝向光源的入射側(cè)果皮，對(duì)應(yīng)近紅外光譜探頭一側(cè)的 出射側(cè)果皮對(duì)光譜信息干擾尤為大，由于初始光源的光線在經(jīng)過(guò)入射側(cè)果皮、果肉部分的 衰減后，本身光能就衰減到相對(duì)較低的程度，而且此時(shí)的果肉光譜信息量比較完整，此時(shí)再 經(jīng)過(guò)一層果皮衰減，果肉近紅外光譜信息會(huì)受到很大的干擾。針對(duì)現(xiàn)有水果糖度近紅外檢 測(cè)的缺陷，本發(fā)明提出一種臍橙糖度快速無(wú)損檢測(cè)方法和裝置，校正和消除水果大小及果 皮對(duì)糖度檢測(cè)的影響，提高臍橙糖度的檢測(cè)精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的臍橙近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)未考慮果皮對(duì)光譜的干 擾以及水果大小重量的影響，檢測(cè)精度較低的問(wèn)題，提供一種臍橙糖度快速無(wú)損檢測(cè)方法 和裝置，校正和消除水果大小及果皮對(duì)臍橙糖度檢測(cè)的影響，提高臍橙糖度的檢測(cè)精度。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種臍橙糖度快速無(wú)損檢測(cè)方法， 該方法的步驟如下： 步驟1 :建立臍橙糖度的線性回歸方程； 步驟1. 1，采集η個(gè)臍橙樣本分別記為M^MpM3、…、Mn; 步驟1. 2,對(duì)于每一個(gè)臍橙樣本M1, l〈i〈n，將光源對(duì)準(zhǔn)臍橙樣本M1的赤道中心，由近紅 外光譜儀與光源間隔90度的方向?qū)?zhǔn)臍橙樣本M1的赤道中心，采集透過(guò)臍橙樣本的光譜 A11，將臍橙樣本M1轉(zhuǎn)動(dòng)90度、180度、270度分別采集光譜A J、AJ、Aj，對(duì)A11、Aj、AJ、AJ 取平均值作為臍橙樣本M1的近紅外光譜，其能量值記為A i，臍橙樣本M1轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，光源、 近紅外光譜儀的中心線均保持與臍橙樣本赤道面位于同一平面； 步驟1. 3,利用重量傳感器測(cè)定臍橙樣本M1的重量（記為G J，利用超聲波傳感器測(cè)定 臍橙樣本的高度（記為H1)，利用超聲波傳感器測(cè)定臍橙樣本赤道平面上兩個(gè)相互垂直方向 的赤道直徑，以采集光譜A 1I過(guò)程中與近紅外光譜儀中心線重合的赤道直徑記為D1U與光 源中心線重合的赤道直徑記為DJ ; 步驟1. 4,環(huán)繞臍橙樣本％的赤道圈，分別去除臍橙樣本相對(duì)兩側(cè)面90度扇形區(qū)域的 果皮，然后按步驟1. 2中的近紅外光譜儀和光源布置方式，對(duì)去除部分果皮的臍橙樣本每 轉(zhuǎn)動(dòng)90度采集一次光譜，依次記為B1U 、BJ、B 1I其中，B1U 采集過(guò)程中臍橙樣本朝 向光源一側(cè)有果皮、朝向近紅外光譜儀一側(cè)無(wú)果皮，Bj、Bj采集過(guò)程中臍橙樣本朝向光源 一側(cè)無(wú)果皮、朝向近紅外光譜儀一側(cè)有果皮； 步驟1. 5,將臍橙樣本M1完全去除果皮，對(duì)臍橙樣本M 1果肉采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定其 糖度值，作為臍橙樣本％的糖度真實(shí)值； 步驟1.6,消除果皮光譜信息對(duì)糖度檢測(cè)的影響，保留果肉的光譜信息，將能量值
彳作為去除果皮光譜信息后的臍橙樣本M1的果肉近紅外光譜； 步驟1. 7,校正水果大小對(duì)糖度檢測(cè)的影響，將臍橙樣本的近紅外光譜C1采用水果大小 校正因子
作為臍橙樣本％的果肉近 紅外校正光譜； 步驟1. 8,選取720nm、756nm、782nm、840nm、886nm、942nm波長(zhǎng)為臍橙糖度的特征波長(zhǎng)， 并獲取臍橙樣本M1的果肉近紅外校正光譜中的特征波長(zhǎng)的光譜值； 步驟1. 9,采用多元線性回歸將步驟1. 8中的特征波長(zhǎng)的光譜值與步驟1. 5中的臍橙樣 本的真實(shí)糖度值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立臍橙糖度的線性回歸方程，線性回歸方程為 y = -8. 95*10 5* λ 72。-3. 7*10 3* λ 756+7 · 9*10 3* λ 782-5· 8*10 3* λ _+ ， I. 7*10 3* λ SS6+6. 73*10 4* λ 942+5· 16 步驟1. 10,按臍橙樣本重量對(duì)果皮光譜能量衰減信息進(jìn)行區(qū)間統(tǒng)計(jì)，臍橙樣品果皮光 譜能量衰減信息為由果皮吸收光能造成的果皮入射和出射光之間的光能衰減值，對(duì)于臍橙 Λ Jr 0 -L 4 樣本M1，其果皮光譜能量衰減信息I1S I1= 1 1 ."i^ " 1 -24,將臍橙樣本吣、Μ2、 2 M3、…、照重量劃分為4個(gè)等跨度的重量區(qū)間，分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間內(nèi)所有臍橙樣品果皮 衰減信息的平均值，分別記為I1、I2、I3、I4; 步驟2 :待測(cè)臍橙樣本的糖度快速無(wú)損檢測(cè)； 步驟2. 1，選取待測(cè)臍橙樣本N，按照步驟1. 2獲取透過(guò)待測(cè)臍橙樣本N的光，作為待測(cè) 臍橙樣本的近紅外光譜，其能量值記為a ; 步驟2. 2,按照步驟1. 3測(cè)定待測(cè)臍橙樣本N的重量、高度及兩個(gè)相互垂直方向的赤道 直徑，分別記為g、h、dl及d2; 步驟2. 3,根據(jù)步驟2. 2中的待測(cè)臍橙樣本N的重量g，判斷待測(cè)臍橙樣本N的重量屬 于步驟1. 10中的區(qū)間位置，若屬于一區(qū)間，則選取一區(qū)間的果皮衰減信息的平均值I1作為 待測(cè)臍橙樣本N的果皮衰減信息，并將能量值c = a+I1作為去除果皮光譜信息后的待測(cè)臍 橙樣本N的果肉近紅外光譜； 步驟2. 4,校正水果大小對(duì)糖度檢測(cè)的影響，將待測(cè)臍橙樣本N的果肉近紅外光譜c采
用水果大小校正因子 Σ作為待測(cè)臍橙樣本 N的果肉近紅外校正光譜； 步驟2. 5,對(duì)于待測(cè)臍橙樣本N的果肉近紅外校正光譜，獲取特征波長(zhǎng)720nm、756nm、 782nm、840nm、886nm、942nm 的光譜值； 步驟2. 6,將步驟2. 5中的待測(cè)臍橙樣本N特征波長(zhǎng)的光譜值代入步驟1. 9的線性回歸 方程中，從而獲得待測(cè)臍橙樣本N的糖度值預(yù)測(cè)值，實(shí)現(xiàn)臍橙糖度的快速無(wú)損檢測(cè)。
[0006] 本方法分別測(cè)量整個(gè)臍橙的近紅外光譜信息、單獨(dú)去掉朝向光源的入射側(cè)果皮的 近紅外光譜信息、單獨(dú)去掉朝向近紅外光譜儀的出射側(cè)果皮的近紅外光譜信息，然后將三 者相互消除，從而獲得果皮對(duì)光譜信息的干擾值，在建模和預(yù)測(cè)過(guò)程中，對(duì)干擾信息進(jìn)行排 除，從而獲得更為準(zhǔn)確的果肉近紅外光譜信息，能更好地跟果肉糖度真實(shí)值建立對(duì)應(yīng)模型， 提高檢測(cè)精度。檢測(cè)過(guò)程中，采用只剝除入射或出射一側(cè)的果皮，是為了減少兩側(cè)果皮互相 干擾造成的誤差。
[0007] -種實(shí)現(xiàn)上述臍橙糖度快速無(wú)損檢測(cè)方法的檢測(cè)裝置，包括工作臺(tái)、光源、近紅外 光譜儀，其特征在于，所述工作臺(tái)上放置臍橙樣品，近紅外光譜儀連接有作為光譜數(shù)據(jù)獲取 探頭的準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡豎直向下設(shè)置在工作臺(tái)的正上方，所述工作臺(tái)上方兩側(cè)分 別設(shè)有光源，光源朝工作臺(tái)方向水平設(shè)置，工作臺(tái)上設(shè)有重量傳感器，所述準(zhǔn)直透鏡的一 側(cè)、光源的一側(cè)均設(shè)有用于測(cè)量距離的超聲波傳感器，準(zhǔn)直透鏡、光源分別通過(guò)各自的可調(diào) 節(jié)支架