基于近红外光谱技术的饲料混合均匀度检测

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1、2015年3月农机化研究第3期基于近红外光谱技术的饲料混合均匀度检测撖淙武，王春光(内蒙古农业大学机电工程学院，呼和浩特010018)摘要:模拟了几种常用饲料原料在卧式混合机中的混合过程，通过美国ASD公司的QualitySpec5070近红外光谱仪全程采集了样本的近红外光谱数据，对样本数据进行了适当的预处理与波段选择，并建立了3种不同的有监督定性分析模型来判别饲料混合均匀状态。结果表明，模型的预测准确率均大于85%，为快速、准确、稳定地检测饲料混合均匀度提供了新的途径。关键词:近红外;混合均匀度;饲料;SIMCA;LDA;SVM中图分

2、类号:S817．11文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)03－0191－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.03.047面，近红外已经有被应用于药物均匀度检测的研究案0引言例。而关于营养价值评价当中的饲料均匀度检测所饲料混合均匀度是衡量饲料加工工艺的重要指做的研究工作还极为有限。标，混合均匀与否关系到动物采食饲料能否获得全由于配合饲料各组分对光谱反射特性的差异，本面、足够的养分;而对于占据我国饲料产品结构百分研究提出利用近红外光谱分析法来检测饲料混合均之八十(2011年)以上的配合饲料来说，

3、组分的均匀性匀度，通过对配合饲料在混合不同阶段的样本分析，［1］更关系到动物发育生长及食用肉质的安全性。目取得了光谱及均匀度变化的信息，并对比了3种不同前，我国对于饲料混合均匀度的检测主要依据混合过的近红外定性分析法对均匀度判别的效果。程中饲料组分变异系数的化学试验值—CV值来确1仪器与设备定。一般的检测方法大多依赖试验室的化学分析，如沉淀法需利用四氯化碳对样本化学分离，甲基紫法需光谱信息收集分析仪器，美国ASD生产的Quali-对示踪物甲基紫化学测定，摩尔法需配置碱性溶液、tySpecProVNIＲ/SWIＲ15070型可见近红外光

4、谱仪;［2］做滴定试验等。这些方法不仅过程相对繁琐，对操光纤(垂直测量角度:125°)白板;铅蓄电池，CAMO公作专业性与试验环境条件的要求较高，使得检测的难司的UnscramblerX化学计量学软件;仿丹麦4KB型度与成本上升了很多，导致很多饲料厂只能通过延长锤片式饲料粉碎混合机。混合时间或延缓检测周期来保证生产效率，降低成化学试验多用的仪器试剂有:HITACHIU－1200［3］本。因此，在我国饲料工业飞速发展的背景下，需分光光度计、甲基紫粉末、无水乙醇、5mm比色皿、要有一种准确、简易、无损的新型饲料混合均匀度检100μm标准筛及

5、电子天平等。测方法来克服传统方法的缺陷。2原理与方法近红外(Nearinfrared，NIＲ)光谱分析技术具有采样简单、数据分析快、无损检测等优点，近年来被广泛2．1近红外检测原理［4］应用于农牧业、食品、药品及石化等多个行业。就有机分子的含氢基团吸收光照时会改变自身的振饲料工业而言，近红外检测的应用主要集中在饲料营动能态形成各种频率的吸收谱带，根据比尔定律:对养成分的测定、营养价值的评价、饲料矿物质、微量元于同一物质，其浓度与对光吸收峰的强度成正比。由素及其他次生物物质的测定。在混合均匀度测定方于饲料混合过程中每一组份的浓度都在变化使

6、得样品产生一系列不同的光谱，将对应的光谱信息与试验收稿日期:2014－04－08基金项目:国家自然科学基金项目(50865005)真值进行关联后，就能直接通过光谱来确定其混合程作者简介:撖淙武(1988－)，男，呼和浩特人，硕士研究生，(E－mail)度。450151550@qq．com。2．2试验研究方法通讯作者:王春光(1959－)，男，内蒙古鄂尔多斯人，教授，博士生导师，(E－mail)wcgjdy@yahoo．com．cn。近红外试验方案基本流程如图1所示。·191·2015年3月农机化研究第3期分析方法，分别为簇类独立软模式(

7、SIMCA)法、线性判别法(LDA)和支持向量机(SVM)。SIMCA法在化学模式识别中被广泛应用。首先两类样本光谱建立主成分分析模型，再将未知数据与模型进行拟合，实现识别。LDA同样是一种有监督模式识别方法，区别在于其不需要预测前的PCA建模，而是直接将高维模［7－8］式样本投影到最佳鉴别矢量空间进行判别。SVM的一般步骤为:选择适当的核函数(本试验选用line-ar);求解优化方程以获得支持向量及相应的Lagrange图1光谱检测流程算子;得出最优分类面;对样本分类。Fig．1Processofspectralmeasurement

8、［5］1)采样方法:依小型卧式混合机充满系数0．6，按照某育肥羊配合饲料配比，以35∶12∶3的比例准备玉米粉、豆粕和预混料共约50kg。将测定用的甲基紫混匀并充分研磨，使其全部过100μm标准筛，按照配合