[发明专利]一种快速无损检测绿茶成分含量的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光电检测技术领域，特别地，涉及一种绿茶常规成分含量无损快速检测的装置和方法。

背景技术

近红外光是指波长介于可见区与中红外区之间的电磁波，波长范围780nm～2500nm，还可将其划分为短波近红外(780nm～1100nm)和长波近红外(1100nm～2500nm)两个区域。近红外光谱(NIR)的信息主要来源于分子内部振动引起光子吸收，主要反映分子中C-H，N-H与O-H等含氢基团的倍频与合频振动吸收。近红外光谱分析技术是利用近红外谱区所包含的信息对物质进行定性和定量的分析，是光谱分析技术与化学计量学方法的有机结合，通过接收反射光谱或透射光谱，并以现代化学计量学方法对其进行解析，就可以对物质成分进行定性或定量分析，在理论研究和技术应用上也已经趋于成熟。近红外光谱分析技术具有检测过程无需或很少进行样品预处理、检测速度快、不消耗任何试剂、对环境不造成污染以及容易实现在线分析等显著优点。

从上世纪50年代起，各国广泛开展了茶叶理化审评的研究，探讨茶叶的物理性状和分析茶叶各种有效化学成分的含量，试从计量的数据来寻求理化审评方法鉴定茶叶优劣。而茶叶色、香、味的形成是极其复杂的，茶叶的优劣往往是许多成分的适量适比，综合作用的结果。因此，目前各国和国际贸易中对于茶叶优劣等级鉴定，仍普遍采用感官审评法，并辅助测定重要的理化指标，如水、茶多酚、儿茶素、氨基酸、咖啡碱、水浸出物和灰分等。

国内外茶叶评定一般采用感官和理化审评相结合的方法，目前主要采用理化方法检测茶叶主要成分的含量。我国国家标准中检测评价茶叶的成分是氨基酸、咖啡碱、茶多酚、水分等常规检测项目。相应的国家标准分别是GB/T8314-2002、GB/T 8312-2002、GB/T 8348-2002、GB/T 8304-2002、GB/T 8305-2002。我国是茶叶的生产和消费大国，每年用于其成分检测的费用和工作量十分巨大。茶制品从其初加工到深加工和销售的各个环节，就涉及多次的成分检测。目前常规茶叶成分理化检验具有较高的准确度和可靠性，但茶叶样品的预处理过程繁琐、测试耗时、成本较高以及对样品的破坏性，此外还必需配备专业检测人员，因此茶叶成分理化检验方法不能很好满足实际生产贸易需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种快速无损检测绿茶成分含量的装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种绿茶成分含量快速无损检测的装置，它主要由光电信号检测系统和嵌入式DSP数字信号处理系统组成。所述光电信号检测系统和嵌入式DSP数字信号处理系统均封装在外壳内。

光电信号检测系统主要由光源、第一透镜、圆形光孔、第二透镜、调制盘、磁滞同步电机、滤光片轮、干涉滤光片、步进电机、二次光阑、反光镜、标准漫反射白板、样品池、旋转平台和近红外探测器组成。所述光源、第一透镜(2)、圆形光孔、第二透镜、调制盘、滤光片轮和二次光阑依次排列，所述光源、第一透镜、圆形光孔、第二透镜同轴，且它们的轴线与调制盘和滤光片轮的轴线平行，与样品池的旋转中心轴线垂直，磁滞同步电机的驱动轴与调制盘相连，干涉滤光片按照圆形排列均匀分布在滤光片轮上，滤光片轮与步进电机的驱动轴相连，样品池底部是一块透红外石英玻璃片，样品池内部嵌入标准漫反射白板，样品池放置旋转平台上，旋转平台固定在外壳上，探测器光学工作面的中心轴线与旋转样品池旋转中心轴线成45°夹角。反光镜光学工作面与旋转样品池旋转中心轴线成45°夹角。样品池外在标准漫反射白板工作面处安装磁体，在旋转平台上安装霍尔传感器。

嵌入式DSP数字信号处理系统主要由仪表放大器、低通滤波器和24位高精度Delta-Sigma A/D转换器、DSP数字信号处理器、MSP430单片机、USB2.0通信接口和液晶显示屏组成。所述仪表放大器、低通滤波器和24位高精度Delta-Sigma A/D转换器和DSP数字信号处理器依次电连接，MSP430单片机和USB2.0通信接口分别与DSP数字信号处理器相连。

一种快速无损检测绿茶成分含量的检测方法，主要包括以下步骤：

(1)室温条件下建立分析模型，它由以下两步实现：

(a)利用绿茶全波段近红外光谱，根据光谱特性及遗传算法等特征波长选择方法，提取绿茶四种常规成分的近红外特征波长。

(b)利用多元线性回归建立绿茶中四种常规成分的模型。模型以所选近红外特征波长处的吸光度为光谱参数，模型形式为：