基于LED光源的柑橘糖度可见/近红外光谱检测研究

摘要

可见/近红外光谱检测技术是柑橘快速、无损检测的重要手段，其可以检测柑橘的多种成分指标，并作为产后分级的依据。光源是可见/近红外光谱检测系统重要组成部分，本论文基于LED光源并通过研究传统的可见/近红外光谱检测系统的不足，优化设计出一套可见/近红外光谱检测系统，并以“涌泉宫川”品种柑橘为研究对象，评估该检测系统的检测性能。
　　本论文的主要研究内容及结论如下:
　　开发了LED光谱可调谐光源取代卤钨灯用于可见/近红外光谱检测。该光源可以输出波长范围在400-900 nm的光谱，输出波形可控，该光源适合一些小型、无核的水果样本的可见/近红外光谱检测。
　　建立了基于可见/近红外光谱检测技术的柑橘糖度静态检测模型，通过对比不同光谱采集形式的PLS模型，获得了侧边照射侧边接收的检测形式效果较优的结论，LED实验组预测集的相关系数为0.83，均方根误差为0.63°Brix，卤钨灯实验组预测集相关系数为0.88，均方根误差为0.54°Brix，说明该LED积分球光源可以实现柑橘糖度光谱检测;通过对比CARS、SMLR、GA三种波长优选方法的结果，发现SMLR方法的结果较优，最终确定了11种适合柑橘糖度可见/近红外光谱检测的波长:460 nm、500 nm、515nm、570nm、680 nm、690 nm、740 nm、850 nm、870 nm、880 nm、900 nm。
　　优化设计了一套可见/近红外光谱在线检测系统，包括在线LED光源(该光源能够发射出波长在420-1050nm的组合光谱，可以用于柑橘糖度可见/近红外光谱在线检测)、光谱采集单元、位置传感单元、自动暗场/参比采集单元。该套系统可以实现自动采集暗场和参比光谱，提高在线检测系统采集暗场和参比光谱的稳定性。
　　建立了基于可见/近红外光谱检测技术的柑橘糖度在线检测模型，发现PLS方法建立的柑橘糖度检测模型，模型的预测集相关系数为0.84，均方根误差为0.51°Brix，说明该系统可以实现柑橘糖度可见/近红外光谱在线检测。

目录

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摘要

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第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 柑橘生产现状

1．1．2 可见／近红外光谱检测技术

1．1．3 卤钨灯光源和LED光源概述

1．1．4 国内外可见／近红外光谱检测技术的装置研究现状

1．1．5 研究中存在的问题

1．2 课题研究目标与内容

1．2．2 课题研究内容

1．2．3 技术路线

1．3 本章小结

第二章 LED光谱可调谐光源开发

2．1 引言

2．2 光谱可调谐光源概述

2．3 LED光谱可调谐光源设计

2．3．1 光源结构设计

2．3．2 LED灯珠波长选取

2．3．3 LED驱动电路设计

2．3．4 控制系统设计

2．3．5 光源调试

2．4 光源稳定性测试

2．5 本章小结

第三章 基于LED可调谐光源的柑橘糖度静态光谱检测研究

3．1 引言

3．2 样本选择与预处理

3．3 静态检测系统设计

3．3．1 基于LED光源检测系统设计

3．3．2 基于卤钨灯光源检测系统设计

3．4 样本光谱信惠采集和理化实验

3．5 数据分析与波长优选方法研究

3．5．1 建模方法选取

3．5．2 数据处理软件

3．5．3 不同光谱采集方式的实验结果

3．5．4 不同光源的实验结果对比

3．5．5 波长优选方法与结果

3．6 本章小结

第四章 柑橘糖度在线光谱检测系统开发

4．1 引言

4．2 在线LED光源设计

4．2．1 LED波长选取

4．2．2 LED驱动电路设计

4．2．3 光源结构设计

4．2．4 光源调试

4．2．5 光源稳定性测试

4．3 在线检测平台开发

4．3．1 光谱采集单元设计

4．3．2 自动参比／暗场光谱采集单元设计

4．3．3 整体安装与布局

4．4 在线检测系统稳定性测试

4．5 本章小结

第五章 基于LED光源的柑橘糖度在线光谱检测研究

5．1 引言

5．2 样本选择与预处理

5．3 光谱信患采集与理化实验

5．3．2 光谱信息采集

5．3．3 理化实验

5．4 数据分析与结果讨论

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究结论与总结

6．2 主要特色及创新点

6．3 存在问题与展望

参考文献

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