手机联用的苹果糖度便携式检测装置设计与试验

摘要

基于可见/近红外光谱技术设计了手机联用的苹果糖度便携式检测装置,旨在通过优选特征波段确定适合苹果糖度检测的波段范围及光学传感器,并通过与手机的联用完成苹果糖度的高效、便携、低成本的无损检测。选择STSNIR微型光纤光谱仪(波长范围650~1100 nm),利用实验室自行搭建的光谱采集平台对120个苹果进行光谱采集,通过偏最小二乘(PLS)算法对全波长数据进行建模,并采用连续投影法(SPA)、遗传算法(GA)和竞争自适应重加权抽样法(CARS)等变量选择方法对全波长进行特征波段的识别来选择有效波长。变量选择结果显示,所得3组特征波段含有重合项,且均包含与苹果糖度有关的变量。利用偏最小二乘(PLS)算法建立关于苹果糖度基于3组特征波段的预测模型,并对3组结果进行分析,包括对预测相关系数、预测均方根误差比较等,来评估所建模型的准确性。试验结果表明,利用3组特征波段所得建模结果均比较良好,预测相关系数都在0.93以上,其中GAPLS模型对苹果糖度的预测效果最优,预测相关系数可达0.9447。根据上述所得特征波段的高度重合项,确定了检测苹果糖度的特征波段及其对应的光学传感器,并基于所设计的苹果糖度便携式检测装置对另取的40个苹果进行试验验证,苹果糖度的预测相关系数可达0.8822。结果表明,本文所设计的基于特征波段的手机联用的苹果糖度便携式检测装置,成本低、便于携带、检测准确率高,具有实现苹果糖度的实时无损检测的可行性。