太赫茲時(shí)域光譜檢測儲糧害蟲的研究.pdf

1、糧食與國家的安穩(wěn)和人民的生活有密切聯(lián)系，是重要的戰(zhàn)略物質(zhì)，儲糧的安全高效管理歷來備受各國重視。中國糧食年總產(chǎn)量為4500～5000億公斤，其中儲糧害蟲造成的損失高達(dá)45～150億公斤，組成儲糧損失的主要部分。因此儲藏糧食時(shí)，必須防范害蟲，否則害蟲為害造成儲糧大量損失。隨著半導(dǎo)體材料科學(xué)和超快激光技術(shù)的迅速發(fā)展，太赫茲(THz)光譜系統(tǒng)可以提供儲糧害蟲在太赫茲波段的新的生物特征信息和鑒別依據(jù)，并建立新的研究方法和與兼顧優(yōu)勢互補(bǔ)的其他檢測技

2、術(shù)進(jìn)行鑒別，實(shí)現(xiàn)對儲糧害蟲及其種類進(jìn)行快捷方便檢測;調(diào)查和監(jiān)測儲糧害蟲的蟲情，提高儲糧害蟲的準(zhǔn)確檢測肩有重大實(shí)踐意義。本文以谷粒和小麥為代表，研究象蟲科玉米象、谷粒和小麥的THz時(shí)域譜、吸收譜、折射譜和頻域譜，為儲糧害蟲在THz波段的指紋圖譜庫提供初步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以尋求一種基于THz波的儲糧害蟲的檢測方法，并建立和驗(yàn)證識別模型。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對論文的研究背景及進(jìn)展進(jìn)行介紹，主要包括兩方面，一是國內(nèi)外儲糧害蟲的檢測方法

3、的現(xiàn)狀，并分析了太赫茲科學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)以及在農(nóng)產(chǎn)品及食品檢測中研究現(xiàn)狀與進(jìn)展，闡明對太赫茲時(shí)域光譜檢測儲糧害蟲進(jìn)行研究的重要性和重大意義;二是詳述太赫茲的典型系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)搭建的透射式太赫茲系統(tǒng)、光學(xué)參數(shù)提取原理、系統(tǒng)信噪比及動態(tài)特性的評估。⑵對玉米象粉、谷殼粉、米粉三種純樣品進(jìn)行光譜分析，結(jié)果表明由于谷殼、米粉和玉米象內(nèi)部成分的不同導(dǎo)致對THz波不同程度的吸收，從而在時(shí)域圖中三種樣品有大幅度的信號衰減和不同的時(shí)間延時(shí)。三種樣品的吸收譜均在0

4、.28THz有吸收峰，玉米象的吸收譜在1.46THz存在區(qū)別于其他兩種樣品的明顯吸收峰。因此，樣品中是否含有玉米象可以從時(shí)域圖的時(shí)間延時(shí)、吸收譜的特征吸收峰進(jìn)行判斷。⑶對蟲粉含量比重由0％、15％、25％、35％、45％、55％、65％、75％的8種米粉和玉米象粉混合樣品進(jìn)行光譜分析，結(jié)果表明隨著蟲粉含量比重增高，頻率域譜圖的峰值也隨之增加，說明米粉對太赫茲光譜的吸收比玉米象粉的要強(qiáng)，分析結(jié)果與純樣品的一致。對上述8種樣品的吸收系數(shù)譜進(jìn)

5、行分析，結(jié)果表明樣品在0.28THz處均有吸收峰，且在1.36THz～1.42THz內(nèi)有一個(gè)明顯的吸收峰，此處是由于玉米象的存在而引起的吸收峰，因此可作為樣品中是否有玉米象判斷依據(jù)。⑷對玉米象粉、谷殼粉、米粉三種純樣品進(jìn)行光譜進(jìn)行HHT分析，結(jié)果表明在-1.5～0.5ps對應(yīng)0.85～1.8THz及-1.5～0.5ps對應(yīng)0.5～0.75THz區(qū)域范圍內(nèi)能量值可作為米粉的特征譜圖，-5～-1.5ps區(qū)域內(nèi)的能量譜圖可作為谷殼粉的特征譜圖

6、，因此可以通過單一時(shí)頻圖更快速便捷地將3種純樣品識別出來，無需把三種樣品的時(shí)域圖或頻域圖放在一起進(jìn)行比較。分析米粉和玉米象混合樣品，當(dāng)米粉含量較大時(shí)，米粉的HHT譜圖特征信息較顯著，當(dāng)玉米象粉含量較大時(shí)，玉米象粉的HHT譜圖特征信息較顯著，與純樣品的分析一致。⑸利用偏最小二乘判別分析法(PLS-DA)方法對樣品是否含玉米象成分進(jìn)行模型建立和鑒別，判別準(zhǔn)確率高達(dá)100％，其由玉米象的特征吸收峰決定。利用PCA（主成分分析法）與k階鄰近法結(jié)