基于LED组合光源水晶梨可溶性固形物和大小在线检测

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1、第26卷第11期农业工程学报Vol.26No.113382010年11月TransactionsoftheCSAENov.2010基于LED组合光源的水晶梨可溶性固形物和大小在线检测刘燕德，彭彦颖，高荣杰,孙旭东，郝勇（华东交通大学机电学院光机电技术及应用研究所，南昌330013）摘要：该文探讨了近红外光谱技术结合发光二极管（LED）组合光源探头在线检测水晶梨的可溶性固形物和大小的可行性。试验中采用850、880和940nm3盏LED组成组合光源探头，每个水晶梨在均匀成单列的输送线上以每秒5个梨的速度运

2、动，采用漫反射方式采集水晶梨的漫反射光谱。应用偏最小二乘（PLS）和最小二乘支持向量机（LS-SVM）方法建立了可溶性固形物和大小2个理化参数的校正模型，同时对不同光谱预处理方法（平滑、一阶微分、二阶微分）建立的模型的预测性能进行了对比分析，并通过外部验证来检验模型预测的准确性。利用平滑处理光谱建立偏最小二乘（PLS）模型的预测效果最优，可溶性固形物和大小的相关系数分别为0.86和0.90，预测均方根误差分别为0.58%和1.93mm。试验研究表明：应用近红外光谱技术结合LED组合光源探头在线检测水晶梨

3、可溶性固形物和大小具有可行性。关键词：近红外光谱，大小分布，农产品，在线检测，可溶性固形物doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.11.057中图分类号：O433.5，S661.2文献标志码：A文章编号：1002-6819(2010)-11-0338-06刘燕德，彭彦颖，高荣杰，等.基于LED组合光源的水晶梨可溶性固形物和大小在线检测[J].农业工程学报，2010，26(11)：338－343.LiuYande,PengYanying,GaoRongjie,etal.Onli

4、nedetectionofsolublesolidscontentandsizeofcrystalpearbasedonLEDslightsource-detector[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(11):338－343.(inChinesewithEnglishabstract)述对于梨的可溶性固形物检测研究报道，仍以静态检测0引言为主，在线检测的研究报道相对较少。本研究中应用近水晶梨由于其果肉细，汁多、味甜，且具有很高的红外光谱技术结合发光二极管（lightem

5、ittingdiode，LED）营养价值一直深受消费者的喜爱，可溶性固形物是梨的组合光源探头在线检测水晶梨的可溶性固形物含量和大主要内部品质指标之一，而大小也是决定梨外部品质的小，并对不同建模算法进行对比分析，为实现梨品质近主要因素之一。在以梨为产业支柱地区分级工作目前基红外光谱在线检测装置研制提供一定的参考，同时为实本仍靠人工完成，劳动量大、生产率低，迫切需要一种现水果样品在线分级成可能提供一定的依据。快速无损的在线检测与分选技术。1材料与方法近红外光谱技术因其快速无损、可同时测量多组成分等优点，已广

6、泛用于水果营养内部品质的无损检测和1.1样品采集[1-2][3][4-5]水果品质自动化在线分级中如苹果、柑桔、脐橙试验所采用的水晶梨（新高品种芽变）样品分3次等。微型光谱仪因其廉价、耐用、对振动不敏感等优点，从水果批发市场购买来，将购买的梨表皮清理干净，依[6-8]已被用于水果营养成分的快速测量。目前国内外已有次编号，并置于20℃，60%相对湿度的实验室内环境下专家开始利用近红外光谱技术对梨的品质做了相应研究24h，待测样品温度达到室温（20℃）后，采集在线光谱，报道，刘燕德等利用可见/近红外漫反射光

7、谱检测梨的表光谱采集时尽量避免擦伤或伤疤等缺陷部位。共200个[9]面色泽。韩东海等利用近红外光谱结合遗传算法法对砂试验样品分为校正集和预测集，其中136个样品作为校[10]梨的糖度进行了检测研究。纪淑娟等测量了南国梨的正样品集，剩余64个未参与建模的样品作为预测样品集，[11]可溶性固形物。应义斌等利用近红外漫反射对香梨类用于评价模型的预测能力和稳定性。[12]别进行了定性研究。孙通等在线测量梨可溶性固形物1.2试验装置及光谱采集[13]含量，模型的相关系数为0.95。Paz等利用3种不同的试验中近红

8、外在线检测装置（如图1a所示）主要包[14]光谱扫描仪对梨的内部品质进行了检测。Nicolaï等对括：光纤光谱仪USB4000（美国海洋光学公司）、LED[15]梨的可溶性固形物含量和坚实度进行了检测研究。上组合光源探头、光纤、可编程控制器（programmablelogiccontroller，PLC）、可移动样品输送线。经前期研究工作得出[16]，其输送线传送速度约每秒5个梨，由变频器和收稿日期：2010-05-18修订日期：2010-