基于复阻抗特性和电子鼻的淡水鱼新鲜度快速检测方法的研究

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1、华中农业大学博士学位论文基于复阻抗特性和电子鼻的淡水鱼新鲜度快速检测方法的研究姓名：张军申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：李小昱20080401摘要阻抗特性相位角难以准确提取的特点，的信号进行试验分析，试验结果表明，高，相位最大误差小于0．030。设计了5种相位差算法，通过对含有白噪声数字解调法(加标准正余弦方法)的精度最4．以鲫鱼和鲢鱼为研究对象，首次采用生物阻抗技术系统地研究了鱼体储藏过程中激励电流、测量电极、激励频率、测量方向和测量部位对鱼体复阻抗特性的影响，确定了淡水鱼鱼体复阻抗特性的最优测量条件是激励电流为0．3mA，测量电极为混合式电

2、极，激励频率范围为lkHz,--5kHz，测量部位为沿鳃邦平行侧线方向。试验结果表明，不同部位的鱼体阻抗幅值大小不同，其大小顺序是尾部、腹部以及鳃部，其差异随储藏时间的增加而逐渐减小；在同一储藏时问下，鱼体阻抗幅值随激励频率的增加焉减小，相位随激励频率的增加菰增加，符合生物组织的频散特性；沿侧线平行方向测量的鱼体阻抗幅值比沿侧线方垂直向测量的结果要大，符合生物缀织各向异性的特点，各向爨性随储藏时闯和激励频率的增加焉逐渐减小，僵不影响采用复阻抗特性评价淡水鱼新鲜度的指标，当沿侧线平行方向测量阻抗幅值与沿侧线垂直方向测量阻抗幅值的比值小于1．05时，均可认为鲫鱼或

3、鲢鱼已经腐败。5．以TVB-N(挥发性盐基氮)作为新鲜度评价对照指标，在lkHz激励频率下确定了鲫鱼和鲢鱼新鲜度的复阻抗特性判定指标，并采用人工神经网络建立了最优预测模型。当鳐鱼鱼体阻抗幅值达到129．谤Q或相位达到5。430，鲢鱼鱼体阻抗幅值达到91．26Q或相位达到1．480，均可判定鲫鱼或鲢鱼腐败。以阻抗幅值和相位为输入，TVB-N为输崽，确定鲫鱼最优神经网络结构为冬l1．1型，预测TVB-N与实测TVB-N的相关系数为0．95621，模型检验的准确率为94．44％；确定鲢鱼最优神经网络结构为2．10-1型，预测TVB-N与实测TvB．N的相关系数为0．

4、99282，模型检验的准确率为97．44％。6．首次提出和构建了基于仿生嗅觉技术和虚拟仪器技术的淡水鱼电子鼻测量系统，测量系统包括电子鼻容器、4气体传感爨阵列(曩3S822乙酵类及有机溶剂气体型、TGS825硫化氢型、TGS826氨气及氨类型和TGS832卤烃型气体传感器)、调理电路等硬件部分与基于虑拟仪器的数据采集、信号分析和文件保存模块等软件部分。试验结果表明，电子鼻的响应随鱼肉新鲜度的变化而变化。采样方法将传统的静态顶空生成法改进成了自由扩散的顶空方法，简化了取样设备，为进一步研究便携式淡水鱼电子募测量系统奠定了理论基委il；期提供了技术支撑7．以鲢鱼为

5、研究对象，采用PCA(主成分)分析方法，确定了顶空时间为5min、样品重量为609为患子鼻评价鲢鱼新鲜度的最优测量条件。8．通过试验研究，确定了人工神经网络为电子鼻模型识别的最优建模方法，确定了TGS822，TGS826和TGS832为最优淡水鱼电子鼻传感器阵列组合。采用PCR(主成分暖归)、PLS(偏最小二乘法)和BP-ANN(后向反馈人工神经网络)进行建模分析，各模型预测结果与实测TVB．N的最优相关系数为分别为0．89778，0．92250和0．97613，试验结果表明，采用BP．ANN建模精度最高，其最优藤终结构ll华中农业大学2008届博士学位论文；

6、基于复阻抗特性和电了鼻的淡水鱼新鲜度快速榆测方法的研究为4．11．1型；在此基础上进一步采用ANN建模方法对传感器阵列进行优化，试验结果表明采用3传感器(TGS822，TGS826和TGS832)和原有4传感器测量结果的BP-ANN建模预测结果与实测TVB．N的相关系数均为0．976。9．最优3气体传感器阵列所建立的淡水鱼新鲜度等级预测模型中，人工神经网络网络模型结构为3．11．2时，模型对新鲜、次新鲜、半腐败以及腐败的预测准确率为97．32％，当采用复阻抗特性对电子鼻误判结果进行辅助判断，可将电子鼻的准确率提高到100％。论文创新之处在于：1．论文提出采用医

7、学领域的生物阻抗技术进行淡水鱼新鲜度的检测，并验证了生物阻抗技术用于检测淡水鱼新鲜的的可行性，在此基础上开发了基于虚拟仪器的淡水鱼复阻抗测量系统，测量系统在100Hz一100kHz范围内阻抗幅值的最大误差为0．58％，在50kHz～100kHz相位最大误差为O．3l。，而在频率小于50kHz的范围内，系统的相位的最大误差仅为0．076，具有较高的测量精度。2．采用自行研制的淡水鱼鱼体复阻抗测量系统进行了大量的试验研究，确定了激励电流、测量电极、激励频率、测量部位和测量方向对鱼体复阻抗特性的影响，确定了混合电极电极、鱼体鳃部位和0．3mA的激励电流为最优测量条件

8、，建立了评价淡水鱼新鲜度的复阻抗特性指