用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置，包括殼體和傳感器陣列；所述殼體由共軸心的第一長方體和第二長方體一體成型而成；所述殼體的中心開有橫截面為矩形的通槽；所述殼體的第二長方體的一端開有進氣口，第一長方體的一端開有出氣口；所述第一長方體的上下表面均開有若干第一圓通槽；所述第二長方體的上下表面均開有與第一圓通槽數量相同的第二圓通槽；所述傳感器陣列包括第一組氣敏傳感器和第二組氣敏傳感器；所述第一組氣敏傳感器安裝在第一圓通槽上；所述第二組氣敏傳感器安裝在第二圓通槽上。本發(fā)明設計巧妙，通過合理設計殼體結構來精簡殼體的體積，并使其具有良好的流體特性，有利于其在便攜式電子鼻中的應用。
【專利說明】
用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及食品與農產品檢測領域，尤其涉及一種用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置。
【背景技術】
[0002]堅果是我國重要的林國資源，其中山核桃產量居多。2013年，我國山核桃總產量達142萬噸，占世界總產量的近一半。然而，山核桃中許多優(yōu)質的脂肪酸、氨基酸和多種活性成分易受環(huán)境、光照、氧氣等環(huán)境因素的影響而氧化酸敗，從而影響其口感和營養(yǎng)價值。因此，實現(xiàn)山核桃品質快速檢測具有一定的社會意義。
[0003]現(xiàn)有的檢測手段主要包括:I)感官評定，通過人視覺、嗅覺、聽覺等對堅果的氣味、色澤、質地等進行檢測;2)微生物檢測，利用微生物技術，對樣品中的細菌含量進行測定，從而進行評價;3)酸價和過氧化值的檢測；4)游離酯脂肪；5)油酸亞油酸比值等傳統(tǒng)檢測方法。然而其存在一些缺陷，如:感官評定受個人和環(huán)境因素影響較大，難以形成統(tǒng)一標準;微生物檢測操作過程繁瑣，耗時長;酸價和過氧化值測定操作要求高且儀器不易清洗等。常見的檢測方法還有X射線檢測分析法、近紅外光譜分析法、太赫茲光譜分析、機器視覺分析法等快速檢測方法，但因其價格昂貴，且精測精度易受山核桃堅硬外殼的影響，使得其不能得到很好的應用。
[0004]電子鼻是一種模仿動物嗅覺系統(tǒng)的仿生儀器，利用具有交叉敏感性的氣敏傳感器構成傳感器陣列對氣體進行檢測，得到“指紋圖譜”來進行識別和量化被檢測氣體。由于山核桃內部品質的變化會反映在其揮發(fā)性氣體中，使得電子鼻技術對于山核桃品質檢測具有和很好的應用前景。而現(xiàn)有的電子鼻多為臺式設備，體積龐大，不易攜帶，不利于實現(xiàn)食品和農產品的現(xiàn)場實時檢測。而在便攜式電子鼻的開發(fā)過程中，精簡縮小氣室對實現(xiàn)便攜式電子鼻小型化至關重要。因此設計一款外觀小巧，具有良好流體特性的氣室，對實現(xiàn)一款能快速檢測山核桃品質的便攜式電子鼻具有重要意義。
[0005]同時由于山核桃氣味成分復雜，且不同品質山核桃之間差異性小，為了提高山核桃品質檢測的精確度，需對應用于電子鼻的傳感器陣列進行篩選優(yōu)化，以獲得一組能盡可能多表現(xiàn)樣品有效信息的陣列。

【發(fā)明內容】

[0006]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置，該裝置體積小巧且具有良好流體特性，通過該裝置獲得的指紋圖譜，可以構建一套快速、高效的山核桃品質檢測系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案如下:一種用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置，包括殼體和傳感器陣列;所述殼體由共軸心的第一長方體和第二長方體一體成型而成;所述第一長方體的橫截面的長寬大于第二長方體的橫截面的長寬;所述殼體的中心開有橫截面為矩形的通槽;所述殼體的第二長方體的一端開有進氣口，第一長方體的一端開有出氣口；所述通槽分為緩沖段氣道和傳感器接觸段氣道;所述緩沖段氣道位于第二長方體上;所述第一長方體的上下表面均開有若干第一圓通槽;所述第二長方體的上下表面均開有與第一圓通槽數量相同的第二圓通槽;所述傳感器陣列包括第一組氣敏傳感器和第二組氣敏傳感器;所述第一組氣敏傳感器安裝在第一圓通槽上;所述第二組氣敏傳感器安裝在第二圓通槽上。
[0008]進一步地，所述緩沖段氣道與傳感器接觸段氣道的橫截面一致，且橫截面的長度和寬度均大于第一圓通槽和第二圓通槽的直徑;所述進氣口的氣體流速不大于0.3m/s;所述緩沖段氣道的長度不小于43_。
[0009]進一步地，所述第一組氣敏傳感器為6引腳氣敏傳感;所述第二組氣敏傳感器為4引腳氣敏傳感器。
[0010]進一步地，所述4引腳氣敏傳感器的數量為4個，由TGS2602、TGS2444、TGS2611和TGS2620組成;所述6弓I腳氣敏傳感的數量為4個，由TGS816、TGS822、TGS825和MQl 38組成。[0011 ] 進一步地，所述TGS2602的平均微分值、TGS2444的平均微分值、TGS2611的面積值、TGS2620的穩(wěn)定值、TGS816的面積值、TGS822的平均微分值、TGS825的穩(wěn)定值和面積值、MQ138的穩(wěn)定值構成山核桃品質檢測的指紋圖譜。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明設計巧妙，通過合理設計殼體結構來精簡殼體的體積，并使其具有良好的流體特性，有利于其在便攜式電子鼻中的應用。同時，依據不同傳感器的不同特征值在模式識別中所表現(xiàn)的不同特性，選擇包含有效信息且數據相關性低的特征值構成山核桃品質檢測“指紋圖譜”，后續(xù)通過模式識別算法，有效提高電子鼻對不同品質山核桃的區(qū)分及預測能力，從而構建出一套快速、高效的山核桃品質檢測系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的外觀圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的剖面圖；
[0015]圖3是本發(fā)明實施例的透視圖；
[0016]圖4是初始指紋圖譜PCA得分圖；
[0017]圖5是用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置所獲取的指紋圖譜的PCA得分圖；
[0018]圖中，第一長方體1、第二長方體2、通槽3、進氣口4、出氣口5、緩沖段氣道6、傳感器接觸段氣道7、第一圓通槽8、第二圓通槽9。
【具體實施方式】
[0019]參照圖1，圖2，本【具體實施方式】采用以下技術方案:本發(fā)明包括殼體和傳感器陣列;所述殼體由共軸心的第一長方體I和第二長方體2—體成型而成；由于氣敏傳感器的尺寸及長度不一，為了使得傳感器很很好地安裝在氣室上，且使得傳感器在氣室外部沒有凸起，故所述第一長方體I的橫截面的長度大于第二長方體2的橫截面的長度;所述第一長方體I的橫截面的寬度大于第二長方體2的橫截面的寬度;所述殼體的中心開有橫截面為矩形的通槽3;所述殼體的第二長方體2的一端開有進氣口 4，第一長方體I的一端開有出氣口 5;所述通槽3分為緩沖段氣道6和傳感器接觸段氣道7;所述緩沖段氣道6位于第二長方體2上；所述第一長方體I的上下表面均開有若干第一圓通槽8;所述第二長方體2的上下表面均開有與第一圓通槽8數量相同的第二圓通槽9;
[0020]所述傳感器陣列包括第一組氣敏傳感器和第二組氣敏傳感器；由于4引腳氣敏傳感器尺寸較小，長度較短，6引腳傳感器尺寸相對較大，長度相對較長，因此設定6引腳氣敏傳感器為第一組氣敏傳感器，4引腳氣敏傳感器為第二組氣敏傳感器，且所述第一組氣敏傳感器安裝在第一圓通槽9上;所述第二組氣敏傳感器安裝在第二圓通槽8上。
[0021 ]為保證氣體在氣道內能均勻的流動，且使得氣體能與氣敏傳感器的響應區(qū)域充分接觸，故設定所述緩沖段氣道6與傳感器接觸段氣道7橫截面的保持一致，且橫截面的長度和寬度均大于第二圓通槽9的直徑。
[0022]通過構建指紋圖譜采集裝置三維模型及進行網格劃分，并經Fluent流體分析可知，氣體從進氣口 3進入緩沖段氣道6后，流速呈上升趨勢，且經過一段距離的緩沖，氣體在氣室內的流速趨于穩(wěn)定。通過分析不同長度氣道的內部流體特性，可以發(fā)現(xiàn)在氣體入口速度相同的情況下，氣道內氣體流速達到穩(wěn)定值的距離與氣道的整體長度無關，而與氣體入口速度增大及氣道橫截面減小，該緩沖距離將增大。當設定氣體入口速度為0.lm/s，且橫截面為以第二圓通槽直徑為邊長的正方形時，氣體經緩沖達到穩(wěn)定時，其流速為0.2m/s，故考慮到氣體流速過快將會影響氣體與傳感器的接觸效果，且緩沖距離過長，會限制該指紋圖譜采集裝置在便攜式電子鼻中的應用，故設定所述進氣口 3的氣體速度不大于0.3m/s。在該流速下，且在橫截面為以第二圓通槽7的直徑為邊長的正方形的情況下，從Fluent的分析結果的數據中測得氣體緩沖距離為43mm，故設定所述緩沖段氣道長度不小于43mm。
[0023]如圖3所示，第一組氣敏傳感器為6引腳氣敏傳感器;所述第二組氣敏傳感器為4引腳氣敏傳感器;根據傳感器在典型山核桃氣體中的響應信號，確定所述4引腳氣敏傳感器的數量為4個，由TGS2602、TGS2444、TGS2611和TGS2620組成；所述6引腳氣敏傳感的數量為4個，由TGS816、TGS822、TGS825和MQ138組成;各傳感器相對獨立，且可以進行隨意拆卸;上述傳感器均為各專業(yè)企業(yè)制作，可通過市場售賣夠得，但對于不同類型傳感器，其后端硬件電路需進行獨立設計，以與信號采集硬件部分進行連接。
[0024]對上述所選4個4引腳氣敏傳感器，4個6引腳氣敏傳感器分別提取平均微分值、穩(wěn)定值、面積值構成特征矩陣，并依據非搜索性特征選擇策略，依次通過均值分析、變異系數分析、聚類分析、相關性分析及方差膨脹因子分析對特征矩陣進行優(yōu)化，并最終確定所述TGS2602的平均微分值、TGS2444的平均微分值、TGS2611的面積值、TGS2620的穩(wěn)定值、TGS816的面積值、TGS822的平均微分值、TGS825的穩(wěn)定值和面積值、MQ138的穩(wěn)定值構成山核桃品質檢測的指紋圖譜。
[0025]本發(fā)明的工作過程如下:
[0026]通過對具有耐熱性、化學惰性的高性能材料如聚四氟乙烯進行加工，得到專利所述的用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置的殼體，根據所選擇的氣敏傳感TGS2602、TGS2444、TGS2611、TGS2620、TGS816、TGS822、TGS825、MQ138 的實際尺寸，在殼體外壁開出相應的圓通槽并進行傳感器的安放。通過外部的信號處理及信號采集裝置，對該指紋圖譜采集裝置中的傳感器信號進行處理采集，并用上位機提取TGS2602的平均微分值、TGS2444的平均微分值、TGS2611的面積值、TGS2620的穩(wěn)定值、TGS816的面積值、TGS822的平均微分值、TGS825的穩(wěn)定值和面積值及MQl 38的穩(wěn)定值來獲得樣品的指紋圖譜。
[0027]實施例采用用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置對新鮮、陳化5天、陳化10天、陳化15天山核桃進行檢測，并分析各傳感器響應信號。通過上位機獲取上述傳感器的平均微分值、穩(wěn)定值、面積值構成初始指紋圖譜，并獲取專利所述各傳感器對應的特征值來獲得不同品質山核桃樣品對應指紋圖譜，并采用PCA算法對上述兩類指紋圖譜進行處理，其結果如圖4和圖5所示。通過對比可知，優(yōu)化的陣列相比于優(yōu)化前，其能有效區(qū)分不同陳化時間的山核桃，且各類山核桃的類內矩也明顯變小，即聚集度提高，故該用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置對于有效區(qū)分不同品質山核桃具有切實有效的幫助。
【主權項】
1.一種用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置，其特征在于:包括殼體和傳感器陣列等;所述殼體由共軸心的第一長方體(I)和第二長方體(2) —體成型而成;所述第一長方體(I)的橫截面的長寬大于第二長方體(2)的橫截面的長寬;所述殼體的中心開有橫截面為矩形的通槽(3);所述殼體的第二長方體(2)的一端開有進氣口(4)，第一長方體(I)的一端開有出氣口(5);所述通槽(3)分為緩沖段氣道(6)和傳感器接觸段氣道(7);所述緩沖段氣道(6)位于第二長方體(2)上;所述第一長方體(I)的上下表面均開有若干第一圓通槽(8);所述第二長方體(2)的上下表面均開有與第一圓通槽(8)數量相同的第二圓通槽(9);所述傳感器陣列包括第一組氣敏傳感器和第二組氣敏傳感器;所述第一組氣敏傳感器安裝在第一圓通槽(8)上;所述第二組氣敏傳感器安裝在第二圓通槽(9)上。2.根據權利要求1所述的用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置，其特征在于:所述緩沖段氣道(6)與傳感器接觸段氣道(7)的橫截面一致，且橫截面的長度和寬度均大于第一圓通槽(8)和第二圓通槽(9)的直徑;所述進氣口(3)的氣體流速不大于0.3m/s;所述緩沖段氣道(6)的長度不小于43mm。3.根據權利要求1所述的用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置，其特征在于:所述第一組氣敏傳感器為6引腳氣敏傳感;所述第二組氣敏傳感器為4引腳氣敏傳感器。4.根據權利要求3所述的用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置，其特征在于:所述4引腳氣敏傳感器的數量為4個，由了632602、了632444、了632611和了632620組成;所述6引腳氣敏傳感的數量為4個，由TGS816、TGS822、TGS825和MQl 38組成。5.根據權利要求4所述的用于山核桃品質檢測的指紋圖譜采集裝置，其特征在于:所述TGS2602的平均微分值、TGS2444的平均微分值、TGS2611的面積值、TGS2620的穩(wěn)定值、TGS816的面積值、TGS822的平均微分值、TGS825的穩(wěn)定值和面積值、MQ138的穩(wěn)定值構成山核桃品質檢測的指紋圖譜。
【文檔編號】G01N27/00GK106053535SQ201610321639
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】王俊, 徐克明, 何焯亮
【申請人】浙江大學