基于特征LED光源的苹果多品质参数无损检测装置研究.PDF

２０１９年 ４月 农 业 机 械 学 报 第 ５０卷 第 ４期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１９．０４．０３７ 基于特征ＬＥＤ光源的苹果多品质参数无损检测装置研究 １，２ １ １ １ １，３ ４ 赵　娟 　全朋坤 　张猛胜 　田世杰 　张海辉 　任小林 （１．西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌 ７１２１００；２．农业农村部农业物联网重点实验室，陕西杨凌 ７１２１００； ３．陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室，陕西杨凌 ７１２１００；４．西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 ７１２１００） 摘要：为了实现对优质果品的快速无损筛选，设计了便携式苹果多品质一体化无损检测装置。利用可见／近红外光 谱检测平台，获取苹果样本的漫反射光谱信息，采用随机蛙跳算法提取了可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉 硬度的特征波长，优选出３个参数的１０个共享特征波长。在此基础上，采用特征窄带 ＬＥＤ光源与光电二极管相结 合的检测方式，设计了漫反射检测光路、窄带 ＬＥＤ环形光源、检测探头及控制电路等硬件系统。选取 １４４个苹果样 本，通过检测装置获取漫反射特征电压强度，由传感器感光系数计算出对应的光强，建立了苹果可溶性固形物含 量、可滴定酸含量和果肉硬度的多元线性回归模型，预测集相关系数分别为０８１２９、０８０７３和０７７３６，均方根误 差为０６０３６°Ｂｒｉｘ、００６３６％和 １７３２５Ｎ。基于 ＱＴ和 Ｐｙｔｈｏｎ３开发工具，采用 Ｐｙｔｈｏｎ语言开发了装置的实时控制 与分析软件，植入苹果多品质参数预测模型，实现了多品质参数的同时检测与分析。为测试该装置的检测精度和 稳定性，另选取４６个样本，每个样本重复检测 ８次，预测苹果可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的相关 系数分别为０８０９６、０７９６２和０７５８９，均方根误差０６９７３°Ｂｒｉｘ、００７０３％和１８３２３Ｎ，装置重复采样最大变异系 数分别为００１０６、００１１６和０００６２。结果表明：基于多特征窄带 ＬＥＤ光源研发的低成本、便携式无损检测装置可 实现对苹果多品质参数的实时无损检测，可满足农户田间生产及电商销售优质果筛选要求。 关键词：苹果；多品质参数；无损检测装置；特征波长；窄带 ＬＥＤ光源 中图分类号：Ｓ２３７；Ｓ３７９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１９）０４０３２６０７ ＤｅｓｉｇｎｏｆＡｐｐｌｅＱｕａｌｉｔｙＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＮｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅＴｅｓｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅ ＢａｓｅｄｏｎＭｕｌｔｉｂａｎｄＬＥＤＬｉｇｈｔＳｏｕｒｃｅ １，２ １ １ １ １，３ ４ ＺＨＡＯＪｕａｎ 　ＱＵＡＮＰｅｎｇｋｕｎ　ＺＨＡＮＧＭｅｎｇｓｈｅｎｇ　ＴＩＡＮＳｈｉｊｉｅ　ＺＨＡＮＧＨａｉｈｕｉ　ＲＥＮＸｉａｏｌｉｎ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ ２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＲｕｒａｌＡｆｆａｉｒｓ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ ３．ＳｈａａｎｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｅｒｃｅｐｔｉｏｎａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｅｒｖｉｃｅ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ ４．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｃｏ