雞蛋新鮮度可見(jiàn)-近紅外光譜在線檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、雞蛋新鮮度是衡量雞蛋內(nèi)部品質(zhì)的核心指標(biāo)，不同新鮮度級(jí)別的雞蛋內(nèi)部所富含的營(yíng)養(yǎng)元素存在著一定的差異，根據(jù)農(nóng)業(yè)部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，新鮮度低于B級(jí)以下的雞蛋不宜食用。目前我國(guó)在雞蛋品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)方面，僅僅對(duì)質(zhì)量、裂紋等外部品質(zhì)檢測(cè)有著實(shí)際的應(yīng)用，而在其內(nèi)部品質(zhì)方面多半采用“人工照蛋”的方式，該檢測(cè)方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、且準(zhǔn)確率不高。
　　不同新鮮度級(jí)別的雞蛋所含的C-H、O-H、N-H等含氫基團(tuán)數(shù)量也不同，從而所獲得的可見(jiàn)-近紅外光譜數(shù)據(jù)信息存

2、在著差異。因此，利用可見(jiàn)-近紅外光譜技術(shù)結(jié)合合適的數(shù)據(jù)處理方法，無(wú)損、智能的判別出雞蛋新鮮度等級(jí)，不僅有著重要的科學(xué)研究意義，也對(duì)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用起著積極指導(dǎo)意義。
　　本研究以不同新鮮度級(jí)別的雞蛋作為研究對(duì)象，搭建了雞蛋透射光譜的在線采集系統(tǒng)，對(duì)采集后的光譜進(jìn)行平滑去噪、波長(zhǎng)篩選并建立了雞蛋新鮮度判別模型。具體的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)分析出動(dòng)態(tài)采集光譜所存在的問(wèn)題，并根據(jù)這些問(wèn)題，搭建合理的雞蛋透射光譜在線采集系統(tǒng)。

3、動(dòng)態(tài)采集的光譜存在著不平滑、噪聲大、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定等問(wèn)題，經(jīng)分析主要是由于漏光、機(jī)器震動(dòng)兩大因素所造成。為此，設(shè)計(jì)了一個(gè)橫跨在雞蛋傳送流水線之上的檢測(cè)暗箱，保證所有的光譜檢測(cè)設(shè)備都不與傳送流水線裝置接觸，在暗箱檢測(cè)的內(nèi)周?chē)捎酶舭?、黑膠布進(jìn)行密封和防光照影響。將可調(diào)節(jié)的鹵素?zé)艄庵糜陔u蛋傳送裝置的下方，接收器置于雞蛋的上方，光電傳感器置于側(cè)邊。當(dāng)雞蛋到達(dá)指定位置時(shí)，觸發(fā)傳感器，傳感器給控制器一個(gè)“有蛋”的信號(hào)，控制器將信號(hào)反饋給電腦串口，電腦

4、的光譜采集軟件監(jiān)聽(tīng)到串口信號(hào)，驅(qū)使光譜儀采集雞蛋的透射光譜。
　　(2)對(duì)采集后的光譜，進(jìn)行合適的數(shù)據(jù)處理。將雞蛋分成散黃蛋和非散黃蛋兩類(lèi)，然后在非散黃蛋類(lèi)中設(shè)定AA級(jí)、A級(jí)、B級(jí)及以下三個(gè)等級(jí)。對(duì)原始光譜進(jìn)行多元散射校正(MSC)平滑、去噪，并利用連續(xù)投影法(SPA)特征波長(zhǎng)挑選的方法，篩選了14個(gè)特征波長(zhǎng)，建立了偏最小二乘(PLS-DA)散黃蛋的判別模型，模型的校正集準(zhǔn)確率為99.21％，預(yù)測(cè)集準(zhǔn)確率100％。剔除散黃蛋后，對(duì)

5、剩余的非散黃蛋光譜進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換(SNV)預(yù)處理，使用多模式共識(shí)特征波長(zhǎng)挑選的方法，篩選了39個(gè)波長(zhǎng)，建立了偏最小二乘雞蛋新鮮度等級(jí)的判別模型，模型的校正集準(zhǔn)確率92.31％，預(yù)測(cè)集的準(zhǔn)確率為91.23％。
　　(3)建立了上位機(jī)電腦與下位機(jī)PLC之間的通信，實(shí)現(xiàn)了兩者數(shù)據(jù)交互。PLC將“有蛋”的信號(hào)傳遞到電腦串口，采集軟件監(jiān)聽(tīng)到電腦串口的信號(hào)后，實(shí)時(shí)采集雞蛋的可見(jiàn)-近紅外透射光譜。電腦開(kāi)發(fā)的軟件能夠利用已經(jīng)建立好的判別模型對(duì)采

6、集光譜文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和變換，實(shí)現(xiàn)雞蛋新鮮度的判別，并將雞蛋新鮮度“等級(jí)信號(hào)”傳遞給PLC，PLC根據(jù)等級(jí)信號(hào)去控制分級(jí)通道的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成分級(jí)操作。
　　(4)利用微軟公司的VS2010軟件，開(kāi)發(fā)了雞蛋新鮮度判別可視化軟件，該軟件主要的功能:自動(dòng)讀取光譜儀采集后的文本文件數(shù)據(jù)，并顯示雞蛋透射圖譜;對(duì)文本文件的數(shù)據(jù)按照已經(jīng)利用Matlab軟件建立好的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行植入;建立與PLC之間的通信，能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)聽(tīng)和發(fā)送信號(hào);整個(gè)采集及模