禽蛋新鮮度的光纖光譜分級(jí)檢測(cè)裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及禽蛋內(nèi)部品質(zhì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)分級(jí)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種禽蛋新鮮度的光纖光譜分級(jí)檢測(cè)裝置及其方法。本發(fā)明主要利用便攜式的光纖光譜儀動(dòng)態(tài)采集禽蛋的光譜數(shù)據(jù)，通過(guò)一系列數(shù)據(jù)處理的方法，提取新鮮禽蛋與不新鮮禽蛋差異性較為大的特征波段，建立了新鮮禽蛋與不新鮮禽蛋的分級(jí)檢測(cè)模型，為禽蛋內(nèi)部品質(zhì)的自動(dòng)檢測(cè)分級(jí)提供了一種智能無(wú)損快速的檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]禽蛋中富含著大量的蛋白質(zhì)、脂肪和維生素等營(yíng)養(yǎng)元素，并因其味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)。而且，我國(guó)是禽蛋生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，禽蛋的總產(chǎn)量占據(jù)著世界禽蛋總產(chǎn)量的40%以上，并且人均年食用蛋約20.lkg。
[0003]禽蛋的新鮮程度是衡量禽蛋品質(zhì)的一個(gè)最為重要的指標(biāo)。目前絕大部分有關(guān)禽蛋新鮮程度的檢測(cè)仍然依靠人工照蛋的方式，通常在光照透射的情況下，劣質(zhì)禽蛋會(huì)呈現(xiàn)蛋黃變大且顏色較深。依據(jù)此經(jīng)驗(yàn)判斷存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、鑒別速度慢且準(zhǔn)確率不高等缺點(diǎn)。
[0004]光纖光譜在500-1000nm的范圍內(nèi)對(duì)CH、0H、NH等含氫基團(tuán)吸收譜帶尤為敏感，而禽蛋內(nèi)部物質(zhì)存在著大量的CH、0H、NH等含氫基團(tuán)，禽蛋隨著時(shí)間的儲(chǔ)藏和細(xì)菌的侵入，內(nèi)部的含氫基團(tuán)也會(huì)產(chǎn)生一定程度上的化學(xué)變化，因此利用光纖光譜技術(shù)去檢測(cè)禽蛋的新鮮品質(zhì)有著切實(shí)可行的理論意義。
[0005]目前隨著智能無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的興起，越來(lái)越多的研究者開始利用光譜技術(shù)來(lái)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品、水果、禽蛋、魚和醫(yī)藥等物質(zhì)進(jìn)行品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)。祝志慧、謝德君等利用光纖光譜技術(shù)靜態(tài)檢測(cè)雞蛋內(nèi)部的血斑和肉斑異物，建立了多分類器融合判別模型，最后血斑蛋和肉斑蛋的檢測(cè)正確率分別為92.86%和91.07%【祝志慧、謝德君、李婉清、王巧華、馬美湖，基于光譜技術(shù)和多分類器融合的異物蛋檢測(cè)，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)[幻，2015，31(02)】。黃濤、李小昱等搭建了淡水魚新鮮度近紅外光譜的采集裝置，對(duì)采集的光譜數(shù)據(jù)建立了支持向量機(jī)判別模型，得出了訓(xùn)練集和預(yù)測(cè)集的淡水魚新鮮度檢測(cè)準(zhǔn)確率分別為100%和93.88%【黃濤、李小昱、彭毅、陶海龍、李鵬、熊百善，基于近紅外光譜的淡水魚新鮮度在線檢測(cè)方法研究，光譜學(xué)與光譜分析[幻，2014，34(10)】。劉燕德等基于近紅外漫反射光譜技術(shù)建立了雞蛋的哈夫單位、蛋白PH值、蛋形指標(biāo)等雞蛋品質(zhì)和貯藏時(shí)間天數(shù)的主成分回歸模型，結(jié)果表明模型經(jīng)優(yōu)化后哈夫單位、蛋白PH值、蛋形指標(biāo)和存儲(chǔ)時(shí)間光譜模型的交叉驗(yàn)證均方根相關(guān)系數(shù)R2cv分別為0.86、0.84、0.26和0.92，交叉驗(yàn)證均方根誤差RMSECV分別為7.52、0.17、0.05和1.37【劉燕德、周延睿、彭彥穎，基于近紅外光譜漫反射光譜檢測(cè)雞蛋品質(zhì)，光學(xué)精密工程[J]，2013，21(01)】。周竹等利用了高光譜透射、傅里葉近紅外漫反射光譜、可見/近紅外漫反射光譜和透射光譜建立主成分結(jié)合線性判別分析模型檢測(cè)了具有黑心病的馬鈴薯，其最終結(jié)果表明了透射光譜的結(jié)果要好于漫反射光譜的結(jié)果，高光譜的結(jié)果要好于近紅外光譜的結(jié)果【周竹、李小昱、高海龍、陶海龍、李鵬，漫反射和透射光譜檢測(cè)檢測(cè)馬鈴薯黑心病的比較，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)[幻，2012，28(11)】。樊書祥等自制搭建了便攜式近紅外光譜蘋果糖度檢測(cè)儀器平臺(tái)，并進(jìn)行了光譜檢測(cè)糖度實(shí)驗(yàn)。通過(guò)建立主成分回歸模型得到了預(yù)測(cè)集的相關(guān)系數(shù)Rp=0.853，預(yù)測(cè)均方根誤差RMSEP=0.534，表明了該光譜儀能夠很好的檢測(cè)蘋果糖度，也說(shuō)明了近紅外光譜能夠用于蘋果糖度的無(wú)損檢測(cè)【樊書祥、黃文倩、張保華、郭志明、趙春江，便攜式蘋果糖度光譜檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，紅外與激光工程[J]，2014，43(增刊)】。
[0006]經(jīng)相關(guān)檢索現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù):
①目前絕大部分研究者利用光譜技術(shù)靜態(tài)檢測(cè)禽蛋內(nèi)部的異物、新鮮品質(zhì)。
[0007]②目如有關(guān)新鮮雞蛋和散黃蛋的檢測(cè)正確率不尚。
[0008]目前國(guó)內(nèi)很少有人利用PLC結(jié)合光纖光譜透射儀器手段，在方法上很少使用數(shù)據(jù)降維技術(shù)，將多波段的波長(zhǎng)化簡(jiǎn)成較少波長(zhǎng)數(shù)來(lái)檢測(cè)雞蛋的新鮮程度，此技術(shù)總的說(shuō)來(lái)，有很好的抗干擾性，并減少了數(shù)據(jù)運(yùn)算的復(fù)雜量，提高了模型的檢測(cè)速率，更適用于實(shí)際工廠檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種禽蛋新鮮度的光纖光譜分級(jí)檢測(cè)裝置及其方法。
[0010]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)主要過(guò)程如下:
首先調(diào)節(jié)好整個(gè)檢測(cè)儀器的各個(gè)參數(shù)，其次將禽蛋放置在勻速運(yùn)動(dòng)的流水線上，聚焦透鏡位于傳送帶的下方，通過(guò)傳送帶相鄰輥?zhàn)娱g的空隙透射放置在傳送帶上的禽蛋，在光譜箱子側(cè)部有漫反射式光電傳感器，當(dāng)禽蛋運(yùn)動(dòng)與傳感器處同一水平位置，且在聚焦透鏡的正方向，傳感器被觸發(fā)，從而計(jì)算機(jī)識(shí)別傳感器觸發(fā)的信號(hào)，通過(guò)頂部的84UV準(zhǔn)直鏡采取禽蛋的透射光譜。再次對(duì)動(dòng)態(tài)采集的光譜進(jìn)行一系列的光譜數(shù)據(jù)處理:首先剔除異常樣本和劃分樣本集，然后對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再挑選兩類光譜的差異性較大的波段，最后建立訓(xùn)練集的判別分類模型，并用預(yù)測(cè)集數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)用性。
[0011 ]本發(fā)明主要完成以下幾點(diǎn)工作:
1、搭建動(dòng)態(tài)光譜的采集平臺(tái)；
2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得禽蛋的動(dòng)態(tài)光譜；
3、剔除一些由于隨機(jī)誤差產(chǎn)生的禽蛋光譜；
4、劃分樣本集，并對(duì)光譜樣本進(jìn)行預(yù)處理；
5、挑選出兩類禽蛋的差異性較大的波段；
6、建立自動(dòng)識(shí)別模型，判別禽蛋的新鮮程度。
[0012]具體地說(shuō):
一、禽蛋新鮮度的光纖光譜分級(jí)檢測(cè)裝置(簡(jiǎn)稱裝置)
本裝置包括檢測(cè)對(duì)象一一禽蛋；
設(shè)置有準(zhǔn)直鏡、光譜箱、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)線、計(jì)算機(jī)、聚焦透鏡、齒素?zé)粼?、玻璃光纖、光電傳感器、通訊電纜、可編程控制器和禽蛋傳送流水線；
其位置和連接關(guān)系是:
在光譜箱的底部設(shè)置有禽蛋傳送流水線，在禽蛋傳送流水線的上、下方分別設(shè)置有禽蛋和聚焦透鏡，鹵素?zé)粼?、玻璃光纖和聚焦透鏡依次連接，使被測(cè)對(duì)象一一禽蛋在禽蛋傳送流水線上傳輸和受到光照； 在光譜箱子的右側(cè)設(shè)置有光電傳感器，光電傳感器、可編程控制器、通訊電纜和計(jì)算機(jī)依次連接，將禽蛋的有/無(wú)信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)；
在光譜箱的上部設(shè)置有準(zhǔn)直鏡，準(zhǔn)直鏡、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)線和計(jì)算機(jī)依次連接，使計(jì)算機(jī)獲得禽蛋的光譜信息。
[0013]二、禽蛋新鮮度的光纖光譜分級(jí)檢測(cè)方法(簡(jiǎn)稱方法)
本方法包括下列步驟:
①調(diào)節(jié)裝置參數(shù)，包括設(shè)置光纖光譜儀的暗電流、參考電流、平滑次數(shù)、平滑寬度和積分時(shí)間參數(shù)；
②將新鮮禽蛋和不新鮮禽蛋編號(hào)并按順序依次地?cái)[放在禽蛋傳送流水線上；
③當(dāng)禽蛋運(yùn)動(dòng)到光譜箱內(nèi)且被光電傳感器觸發(fā)時(shí)獲得相應(yīng)禽蛋的光纖光譜；
④對(duì)所采集的禽蛋光纖光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0014]本發(fā)明具有下列點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)和積極效果:①利用光纖光譜透射技術(shù)，能夠完成對(duì)禽蛋新鮮度的自動(dòng)判別；
②無(wú)需破壞雞蛋，分級(jí)速度快，而且正確率高；
③利用光譜透射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)禽蛋內(nèi)部品質(zhì)的分級(jí)，解決了市場(chǎng)和工廠采用抽樣檢測(cè)的弊端。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是光譜數(shù)據(jù)處理軟件的工作流程圖。
[0016]圖中:
O—禽蛋；
I 一準(zhǔn)直鏡；
2—光譜箱；
3—光纖光譜儀；
4 一數(shù)據(jù)線；
5一計(jì)算機(jī)；
6—聚焦透鏡；
7一齒素?zé)粼矗?br> 8-玻璃光纖；
9_光電傳感器；
I O-通訊電纜；
11-可編程控制器；
12-禽蛋傳送流水線。
[0017]具體的實(shí)施方式:
下面結(jié)合附圖和實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明:
一、裝置
1、總體
如圖1，本裝置包括檢測(cè)對(duì)象一一禽蛋O; 設(shè)置有準(zhǔn)直鏡1、光譜箱2、光纖光譜儀3、數(shù)據(jù)線4、計(jì)算機(jī)5、聚焦透鏡6、齒素?zé)粼?、玻璃光纖8、光電傳感器9、通訊電纜10、可編程控制器11和禽蛋傳送流水