农产品无损检测方法介绍

1、 农产品品质无损检测的农产品品质无损检测的几种方法介绍几种方法介绍Contents目目 录录近红外光谱分析技术近红外光谱分析技术电子鼻技术电子鼻技术机器视觉技术机器视觉技术核磁共振和声震动技术核磁共振和声震动技术4123近红外光谱分析技术近红外光谱分析技术红外计算技术的发展Norris对谷物分析是采用单波长线性回归或多波长多元线性回归的方法得到定量结果Kowalski教授开始化学计量学的研究赋予了近红外技术新的发展点非线性校正在光谱分析中的应用逐渐增多5050年代年代 7070年代年代 9090年代年代近红外光谱分析技术近红外光谱分析技术近红外光谱分析技术的原理近红外光谱分析技术的原理 近红外

2、近红外光谱分析技术是随着计算机技术的迅速发展以及光谱分析技术是随着计算机技术的迅速发展以及化学计量学方法研究的日益深入而发展起来化学计量学方法研究的日益深入而发展起来的的，近红外近红外光光NIR(Near Infrared)是介于可见光谱区和中红外光谱区是介于可见光谱区和中红外光谱区之间的电磁波之间的电磁波,其波长范围约为其波长范围约为780-2526nm, 有机物有机物以及以及部分无机物分子中化学键结合的各种基团部分无机物分子中化学键结合的各种基团(如如C-C,N-C,O-C,O-H,N-H)的运动的运动(伸缩、振动、弯曲等伸缩、振动、弯曲等)都有它固定的振都有它固定的振动频率。当分子受到红

3、外线照射时动频率。当分子受到红外线照射时,被激发产生共振被激发产生共振,同时光的同时光的能量一部分被吸收能量一部分被吸收,测量其吸收光测量其吸收光,可以得到极为复杂的图谱。可以得到极为复杂的图谱。这种图谱就表示被测物质的特征。不同物质在近红外区域有这种图谱就表示被测物质的特征。不同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱丰富的吸收光谱,每种成分都有特定的吸收特征每种成分都有特定的吸收特征,这为近红外光这为近红外光谱定量分析提供了谱定量分析提供了基础。基础。近红外光谱学中化学计量学的内容近红外光谱学中化学计量学的内容光谱数据预处理定量校正模式识别定性方法模型传递多元线性回归多元线性回归（MLR）主成分回

4、归法主成分回归法（PCR）偏最小二乘法偏最小二乘法（PLS）人工神经网络法人工神经网络法（ANN）标准正交变量变换标准正交变量变换（SNV）近红外光谱分析技术的特点近红外光谱分析技术的特点 与与传统的检测方法相比，近红外光谱法可以不经传统的检测方法相比，近红外光谱法可以不经过样品分离过样品分离,直接由近红外光谱测定出其中的多种成直接由近红外光谱测定出其中的多种成分含量分含量,省去了化学分析方法中的称量、省去了化学分析方法中的称量、 定容等繁琐定容等繁琐步骤步骤,具有速度快、效率高、成本低、重现性好、方具有速度快、效率高、成本低、重现性好、方便等便等特点特点。 可以可以同时测定同一样品的多个不同

5、组分含量同时测定同一样品的多个不同组分含量,而水而水果的许多品质指标，如农药残留，糖度、酸度、坚果的许多品质指标，如农药残留，糖度、酸度、坚实度，以及蔬菜的病变、维生素等物质含量，恰恰实度，以及蔬菜的病变、维生素等物质含量，恰恰需要无损检测需要无损检测因此因此近几年来近几年来,利用近红外光谱分析技利用近红外光谱分析技术进行果品品质的研究正在形成一个新的热点研究术进行果品品质的研究正在形成一个新的热点研究领域。领域。电子鼻技术电子鼻技术什么是电子鼻？ 电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，它可以在几小时、几识别气味的电子系统，它可以在几小

6、时、几天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特定位置的气味状况。定位置的气味状况。电子鼻组成电子鼻组成 电子鼻主要由气味取样操作器、气体传感器阵列和信号处理系统三种功能器件组成。电子鼻的工作原理电子鼻的工作原理 电子电子鼻识别的主要机理是在阵列中的每个传感器鼻识别的主要机理是在阵列中的每个传感器对被测气体都有不同的灵敏度，例如，一号气体可对被测气体都有不同的灵敏度，例如，一号气体可在某个传感器上产生高响应，而对其他传感器则是在某个传感器上产生高响应，而对其他传感器则是低响应；同样，二号气体产生高响应的传感器对一低响应；同样，二号气体产生高响应的传感器对一号气

7、体则不敏感，归根结底，整个传感器阵列对不号气体则不敏感，归根结底，整个传感器阵列对不同气体的响应图案是不同的，正是这种区别，才使同气体的响应图案是不同的，正是这种区别，才使系统能根据传感器的响应图案来识别气体。系统能根据传感器的响应图案来识别气体。传感器阵列数据采集系统传感器阵列数据采集系统v 传感器阵列的模拟输出经传感器阵列的模拟输出经/ /转换为数字信号输入计转换为数字信号输入计算机中的数据处理和模式识别系统算机中的数据处理和模式识别系统 被测嗅觉的强度既被测嗅觉的强度既可用每个传感器的输出的绝对电压、电阻或电导来表可用每个传感器的输出的绝对电压、电阻或电导来表示示, ,也可用相对信号值如

8、归一化的电阻或电导值也可用相对信号值如归一化的电阻或电导值, ,即它即它们的变化率来比较嗅味的性质。们的变化率来比较嗅味的性质。 传感器阵列的数据采集系统将模拟信号转换成数字信号 在电子鼻系统的研究中在电子鼻系统的研究中,目前十分引人关注目前十分引人关注的的3个方面个方面:电子电子鼻技术的研究现状鼻技术的研究现状A. 研究对微量气体分子瞬时敏感的检测器,以得到与气体化学成分相对应的信号 B. 研究对检测得到的信号进行识别与分类的数据处理器,以便将有用信号与噪声加以分离C. 研究将测量数据转换为感官评定指标的智能解释器,以得到与人的感官感受相符的结果电子电子鼻技术的应用前景鼻技术的应用前景v电子

9、鼻具有便携及实时、在线、原位分析等特点电子鼻具有便携及实时、在线、原位分析等特点, ,可用于气味鉴别、复杂环境下气体浓度鉴别和可燃可用于气味鉴别、复杂环境下气体浓度鉴别和可燃气体、有机挥发物或有毒气体的鉴别气体、有机挥发物或有毒气体的鉴别, ,具有广泛的具有广泛的应用前景。应用前景。v电子鼻技术的长处在于对气体进行定性分析。近电子鼻技术的长处在于对气体进行定性分析。近20年来，电子鼻研究取得了长足进展。尽管受敏年来，电子鼻研究取得了长足进展。尽管受敏感膜材料、制造工艺、数据处理方法等方面的限制，感膜材料、制造工艺、数据处理方法等方面的限制，电子鼻的检测与识别范围与人们的期望还存在距离，电子鼻的

10、检测与识别范围与人们的期望还存在距离，但是，将之应用于食品、化妆品、香料香精等轻工但是，将之应用于食品、化妆品、香料香精等轻工业品香气质量评定的时机已经成熟了。业品香气质量评定的时机已经成熟了。 机器视觉技术机器视觉技术 机器机器视觉就是是指用摄影机和电脑代替人眼对视觉就是是指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等，并进一步做图形处目标进行识别、跟踪和测量等，并进一步做图形处理，用电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器理，用电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像。检测的图像。各种摄像头 获取被检获取被检测物体的测物体的面积、数面积、数量、位置、量、位置、长度长度图像分析

11、提取多类提取多类颜色信息颜色信息构建模型 利用各种利用各种建模软件建模软件构建模型构建模型 机器视觉检测系统采用机器视觉检测系统采用CCD照相机照相机将被检测将被检测的的目标目标标转换成图像信号，传送给专用的标转换成图像信号，传送给专用的图像处理图像处理系统系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包

12、括尺寸、角度、个数、合格包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有不合格、有 / 无无等，实现自动识别功能。等，实现自动识别功能。机器视觉的机器视觉的关键关键性性技术技术（1）光照照明技术）光照照明技术（2）光学镜头）光学镜头（3）CCD摄像机摄像机（4）图像采集卡）图像采集卡（5）视觉传感器）视觉传感器 机器视觉系统的工作原理机器视觉系统的工作原理 机器视觉技术的应用机器视觉技术的应用v 第一是定位功能，能够自动判断感兴趣的物体、产品在什第一是定位功能，能够自动判断感兴趣的物体、产品在什么位置，并将位置信息通过一定的通讯协议输出，此功能么位置，并将位置信息通过一定的通讯协议输出，此功能多用于

13、全自动装配和生产，如自动组装、自动焊接、自动多用于全自动装配和生产，如自动组装、自动焊接、自动包装、自动灌装、自动喷涂，多配合自动执行机构（机械包装、自动灌装、自动喷涂，多配合自动执行机构（机械手、焊枪、喷嘴等）。手、焊枪、喷嘴等）。 v 第二是测量功能，也就是能够自动测量产品的外观尺寸，第二是测量功能，也就是能够自动测量产品的外观尺寸，比如外形轮廓、孔径、高度、面积测量等比如外形轮廓、孔径、高度、面积测量等。v 第三是缺陷检测功能，这是视觉系统用的最多的一项功能，第三是缺陷检测功能，这是视觉系统用的最多的一项功能，它可以检测产品表面的相关信息，如：包装正误，包装是它可以检测产品表面的相关信息

14、，如：包装正误，包装是否正确、印刷有无错误、表面有无刮伤或颗粒、破损、有否正确、印刷有无错误、表面有无刮伤或颗粒、破损、有无油污、灰尘、塑料件有无穿孔、雨雾注塑不良等。无油污、灰尘、塑料件有无穿孔、雨雾注塑不良等。 机器视觉的发展趋势机器视觉的发展趋势技术方面的趋势是数字化、实技术方面的趋势是数字化、实时化、智能化时化、智能化基于嵌入式的产品将取代板卡基于嵌入式的产品将取代板卡式产品式产品价格持续下降，市场份额迅速价格持续下降，市场份额迅速扩大扩大核磁共振技术核磁共振技术v核磁共振是处于静磁场中的原子核在另一交变磁核磁共振是处于静磁场中的原子核在另一交变磁场作用下发生的物理现象。通常人们所说的

15、核磁场作用下发生的物理现象。通常人们所说的核磁共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人体内部结构信息的技术。体内部结构信息的技术。v并不是是所有原子核都能产生这种现象，原子核并不是是所有原子核都能产生这种现象，原子核能产生核磁共振现象是因为具有核自旋。原子核能产生核磁共振现象是因为具有核自旋。原子核自旋产生磁矩，当核磁矩处于静止外磁场中时产自旋产生磁矩，当核磁矩处于静止外磁场中时产生核进动和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋生核进动和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋核会吸收特定频率的电磁波，从较低的能级跃迁核会吸收特定频率的电磁波，从较低的能级跃迁到较

16、高能级。到较高能级。核磁共振发展历史核磁共振发展历史v 1946年，哈佛大学珀赛尔年，哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)用吸收发首次用吸收发首次观测到石蜡中质子的核磁共振（观测到石蜡中质子的核磁共振（NMR），几乎同时美国斯），几乎同时美国斯坦福大学布洛赫坦福大学布洛赫(F.Block)用感应法发现液态水的核磁共用感应法发现液态水的核磁共振现象。为此，他们分享拉振现象。为此，他们分享拉1952年的诺贝尔物理学奖金年的诺贝尔物理学奖金。v 早期的核磁共振主要采取连续波技术，灵敏度较低早期的核磁共振主要采取连续波技术，灵敏度较低，1966年发展起来的脉冲傅立叶变换核磁共振技术，使信年发展起来

17、的脉冲傅立叶变换核磁共振技术，使信号采集由频域变为时域，大大提高拉检测灵敏度，使研究号采集由频域变为时域，大大提高拉检测灵敏度，使研究底自然丰度的核成为现实底自然丰度的核成为现实。v 1971年，琴纳（年，琴纳（E。JEENER）提出拉具有两个独立时）提出拉具有两个独立时间变量的二维核磁共振概念。随后，间变量的二维核磁共振概念。随后，1971年，恩斯特（年，恩斯特（R。ERNST）等首次成功实现拉二维核磁共振实验，从此核）等首次成功实现拉二维核磁共振实验，从此核磁共振技术进入拉一个新时代。磁共振技术进入拉一个新时代。核磁共振的应用核磁共振的应用v在欧美等发达国家核磁共振技术被运用于在欧美等发达国家核磁共振技术被运用于化工化工、石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、环保、纺织及其它工