苹果含水率介电特性研究

摘要

水果的含水率很大程度上影响水果的生理代谢以及口感和口味，是水果运输和长期存储过程中至关重要的指标之一。就当前的研究现状来看，多种检测方法已经在水果和其它农产品的含水率检测中得到了应用，但基于水果介电特性参数的含水率检测模型以及含水率检测方法并没有完整系统的给出。本文将苹果作为研究对象，使用 LCR 821测试仪等设备测量苹果的介电常数ε′和介电损耗因子ε"，提出了应用这两种介电特性参数进行苹果含水率检测的方法，建立了表达这两种介电特性参数与苹果含水率以及测量频率之间关系的两种数学模型，并对两种模型的性能进行了比较与分析。本文主要研究内容及结论如下： （1）本文对研究所需的苹果介电特性参数与苹果含水率等相关数据进行了采集。在测量苹果介电常数与介电损耗因子时，本文采用LCR821数字测量仪分别在设置的22个频率点上进行了测量；在测量苹果含水率时本文应用电热恒温鼓风干燥箱通过干燥称重法得到苹果的含水率。本文最终一共采集到297个（剔除无效样本之后）苹果样本的介电常数、介电损耗因子、含水率数据。 （2）本文研究了苹果的介电常数、介电损耗因子、含水率、测量频率之间的理论关系。分析结果显示随着实验测量频率的递增，苹果的介电常数ε′和介电损耗因子ε"都呈现递减状态；在相同的实验频率下，苹果的介电常数和介电损耗因子均随着苹果的含水率的降低而减小，但ε′和ε"这两种介电特性的变化程度各不相同。因此，本文可以运用介电常数ε′、介电损耗因子ε"以及它们两者融合一起这三种建模变量进行苹果的含水率模型的建立与分析。 （3）本文应用苹果的介电常数与介电损耗因子两种介电特性参数分别建立了线性和非线性两种含水率检测模型，具体如下：采用逐步回归法与多元线性回归法组合建立线性的苹果含水率模型，首先应用逐步回归法进行特征频率的提取，然后应用多元线性回归法建立苹果含水率的检测模型；采用连续投影法与支持向量回归法的组合建立非线性的苹果含水率检测模型，首先用连续投影法进行特征频率的提取，然后用支持向量回归法进行苹果含水率检测模型的建立。两种模型建立之后本文依据文中所提到的模型性能参数指标，对两种模型的性能进行了一定的对比与分析，并从建立的非线性和线性两种苹果含水率模型中选择出最优的苹果含水率检测模型。通过对比与分析能够得出结论：采用连续投影法与支持向量回归法组合，将苹果的介电常数与介电损耗因子融合在一起作为建模变量，建立的苹果含水率模型的性能最佳，其测试集的决定性系数可以达到0.811，均方根误差也可以低至0.0196。

目录

第一章 绪 论

1.1研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

1.4论文的结构

1.5本章小结

第二章 实验数据的采集

2.1 苹果样本的采集

2.2 实验所需仪器选取

2.3 苹果样本的实验数据采集

2.4 本章小结

第三章 建模算法

3.1 特征变量选取算法

3.2 数学建模算法

3.3 交叉验证法

3.4 模型性能评价指标

3.5 本章小结

第四章 苹果介电特性与含水率模型的构建

4.1 含水率与测量频率对苹果介电特性参数的影响

4.2 建模变量选择

4.3 样本集的划分

4.4 线性苹果含水率模型的建立

4.5 非线性苹果含水率模型的建立

4.6 线性与非线性模型的比较与分析

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

作者介绍