[发明专利]基于近红外光谱的双光路水果无损检测系统及方法

说明书

本发明公开了基于近红外光谱的双光路水果无损检测系统及方法，属于近红外光谱无损检测技术领域，包括顺序连接的电源模块、LED光源、光路模块和电路模块；所述电源模块供电给LED光源，LED光源产生近红外光谱进入光路模块，光路模块将近红外光谱分为两路，一路作为参照进行采集，另一路对待测物进行照射采集，并将两路采集数据传入电路模块，电路模块对采集数据进行校正处理后，再存储，解决了现有近红外光谱水果无损检测设备存在光源抖动的影响，难以正确反映待测物的吸收光谱和不能将检测结果定量化输出，以及使用场景限制较大，使用方法繁琐的问题。

技术领域

本发明属于近红外光谱无损检测技术领域，涉及一种基于近红外光谱的双光路水果无损检测系统及方法。

背景技术

我国的水果栽培历史悠久，资源丰富，水果在国内已经成为第三大种植业，我国的水果产量居世界首位，而水果贮藏能力只有10％。与发达国家相比，我国水果处理水平较低，烂果率高，检测与分选技术落后，导致同批水果良莠不齐，在世界市场上缺乏竞争力。传统的人工分拣方法效率低下，错误率高，劳动强度大，因此发展一种无损、简单、高效、准确率高的水果检测系统是极其必要的。

近红外光谱无损检测技术始于20世纪80年代，与传统的检测方法相比，具有快速、高效、无损、成本低、无污染和无需预处理等优点，该技术被广泛应用于农业、食品、制药、化工等行业中。近红外光谱是由于分子振动的非谐振性，分子振动从基态向高能级跃迁产生的，反映了含氢基团(C-H、N-H、O-H)伸缩振动的倍频和合频吸收。当入射光照射水果表面时，入射光产生漫反射光，一部分穿过果皮发生透射，还有一部分被果肉吸收。水果内部的物质分子选择性地吸收入射光中的特定频率光，引起水果分子中化学键的振动，当分子中原子之间振动的频率与近红外谱区的频率相一致时发生共振，产生吸收光谱。基于近红外光谱对物质的特殊吸收性，近红外光谱可获得水果内部的化学成分和结构信息，从而实现对于水果内部组分的无损检测。

如图1所示为现有的水果无损检测扫描枪，包括扫描枪体1，扫描枪体1前部设有一透光板15，透光板15用于防尘防水，扫描枪体1内设有一近红外光谱发射器2和一检测探头3，近红外光谱发射器2用于扫描水果样品，可以获取水果样品的有机分子的相关特征信息，具有方便、快速、高效、准确及成本低的特点，同时可以不破坏样品，不消化化学试剂，不污染环境，检测探头3用于收集扫描的反馈数据信号，近红外光谱发射器2和检测探头3连接一电路板5，电路板5包括信号接收模块51、数据处理模块52、数据存储模块53及数据输出模块54，检测探头3将收集的数据信号输入至信号接收模块51内，信号接收模块51完成与数据处理模块52的数据信号传输，数据处理模块52完成数据信号的处理及反馈，数据存储模块53完成数据收集存储，数据处理模块52将完成处理的数据信号反馈至数据输出模块54，数据输出模块54与一信号灯14连接，信号灯14依据数据输出模块54完成信号判读，通过判读数据，得出合格或不合格的检测结果，有利于检测水果样品，信号灯14位于扫描枪体1上部，扫描枪体1下端设有一手柄11，手柄11上设有防滑纹，手柄11上包括一启动开关16，手柄11底部设有一连接端口13，连接端口13与电路板12连接，还包括一USB数据连接线4，USB数据连接线4一端与连接端口13配合连接，USB数据连接线4另一端可以与计算机6终端连接完成数据导出，有利于数据的分析检测，方便与计算机完成有效连接。

但是，上述水果无损检测扫描枪还存在一些缺陷：

1.由于光谱数据除了包含化学键强度、化学组成、电负性和氢键的信息外，光源的抖动、强度变化也被同时加载进去，使用单个光源直接进行近红外光谱采集，光源的非均匀性、光源的抖动等非化学因素将影响光谱的准确度，难以正确反映待测物的吸收光谱，对检测造成了偏移影响；

2.仅仅通过警示灯的闪烁反映最终的检测结果，未将水果检测的分析结果定量化，给检测员的直观感受不够清晰，对后续的数据汇总、分析带来困难；