专利名称：基于12个特征波长的无损快速检测茶叶含水率的方法
技术领域：
本发明属于茶叶加工检测领域，具体涉及一种无损快速检测茶叶含水率的方法。
背景技术：
水分是茶树生命活动中必不可少的成分，是制茶过程一系列化学变化的重要介质。制茶过程中茶叶色香味的变化就是伴随着水分变化而变化的。因此，在制茶时常将水分的变化作为控制品质的重要生化指标。以杀青工序为例，杀青的关键技术是要针对叶片的含水率确定杀青时间和杀青温度。而目前茶叶含水率的准确测量都是采用烘干称质量法， 这种方法测量时间长，至少需要1 2小时，而且高温烘干过程破坏了茶叶的营养成分，导致了测试样本不能再食用，无法满足茶叶加工过程实时检测的需要。
发明内容
本发明提供了一种基于12个特征波长的无损快速检测茶叶含水率的方法，可快速有效地监测茶叶加工过程中含水率的动态变化，实现茶叶加工过程中含水率的快速、无损、低成本检测。一种基于12个特征波长的无损快速检测茶叶含水率的方法，包括以下步骤(1)获取茶叶样本在12个特征波长处的漫反射光谱反射率，所述12个特征波长包括 420nm、428nm、520nm、546nm、575nm、600nm、703nm、717nm、736nm、921nm、979nm 和 1049nm ；(2)基于公式A = log(l/R)将所述茶叶样本在12个特征波长处的漫反射光谱反射率转换成吸光度，得到所述茶叶样本在12个特征波长处的吸光度值，其中，A为吸光度，R 为漫反射光谱反射率；(3)把所述茶叶样本在12个特征波长处的吸光度值代入公式(I)，计算得到所述茶叶样本的含水率Y 含水率=0. 339-0. 810 λ 42(ι+0. 540 λ 428+1. 378 λ 52(ι-3. 108 λ 546+4. 043 λ 575-2. 454 λ 6 00+ (I) 0. 927 λ 703-2. 227 λ 717+3. 339 λ 736-26. 024 λ 921+30. 881 λ 979-6. 191 λ 1049式(I)中，为茶叶样本的含水率的检测值，λ 420为茶叶样本在波长420nm处的吸光度，为茶叶样本在波长428nm处的吸光度，λ52(1为茶叶样本在波长520nm处的吸光度，λ 546为茶叶样本在波长M6nm处的吸光度，λ 575为茶叶样本在波长575nm处的吸光度，λ _为茶叶样本在波长600nm处的吸光度，λ 703为茶叶样本在波长703nm处的吸光度， 入717为茶叶样本在波长717nm处的吸光度，Xra6为茶叶样本在波长736nm处的吸光度，λ921 为茶叶样本在波长921nm处的吸光度，λ 为茶叶样本在波长979nm处的吸光度，λ 1(149为茶叶样本在波长1049nm处的吸光度。本发明中，所述茶叶样本为鲜叶、加工过程中原料叶或加工后茶叶成品。本发明中，选用 420nm、428nm、520nm、546nm、575nm、600nm、703nm、717nm、736nm、 921nm、979nm和1049nm共12个特征波长，是通过投影算法对整个可见短波近红外光谱范围内波长进行逐步筛选和并采用粒子群优化法进行群体智能优化来找到的。这12个特征波长反应了水分子的伸缩和弯曲倍频、组合频振动吸收特征。其中波长736nm对应水分子的伸缩振动二级倍频吸收，979nm对应水分子的反对称伸缩振动组合频吸收。本发明还进一步以这12个特征波长处的漫反射光谱吸光度作为自变量，茶叶含水率作为因变量，建立了多元线性回归模型，从而实现茶叶含水率的无损、快速检测。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果①快速，本发明方法是基于12个特征波长处的光谱反射率来实现的，所以相对于全波段光谱测量法测量时间更短。而且近红外光谱扫描速度快，可在Is内完成整个红外波段范围的扫描。②简单，本发明方法步骤少、操作简单，避免了传统烘干称质量法的漫长的烘干过程，和繁琐的多次称量过程。③低成本，本发明方法仅采用12个特征波长实现检测，所以基于本发明方法的仪器结构和原理比较简单，体积较小，故对应的仪器价格相对便宜，维护的成本也低。④具有良好的经济效益，传统的测量手段在取样、制样、测定等方面需要耗费大量的人力、财力、物力，本发明方法因步骤简单、使用方便，可以快速、准确的检测茶叶的含水率，故具有良好的经济效益。
图1为实施例中建模集样本的含水率的检测值与实际值的散点分布图。图2为实施例中预测集样本的含水率的检测值与实际值的散点分布图。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
如图ι所示，一种基于12个特征波长的无损快速检测茶叶含水率的方法，包括以
(1)收集茶叶样本
收集具有代表性的多种茶叶样本共738个，包括五个品种鲜叶样本，如表1所示；
下步骤
七个等级茶叶样本，如表2所示；八类绿茶初制工艺中原料样本，如表3所示.
表1.五个品种鲜叶样本的含水率(w. b.)
品种数目范围平均值均方根龙井长叶200.54662-0.684210.629060.038广东水仙200.66029-0.697920.677150.011紫笋200.54397-0.678410.638430.031毛蟹200.51773-0.713880.629300.037龙井43200.56410-0.688890.639580.040 表2.七个等级茶叶样本的含水率(w. b.)
权利要求
1.一种基于12个特征波长的无损快速检测茶叶含水率的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)获取茶叶样本在12个特征波长处的漫反射光谱反射率，所述12个特征波长包括 420nm、428nm、520nm、546nm、575nm、600nm、703nm、717nm、736nm、921nm、979nm 和 1049nm ；(2)基于公式A= log(l/R)将所述茶叶样本在12个特征波长处的漫反射光谱反射率转换成吸光度，得到所述茶叶样本在12个特征波长处的吸光度值，其中，A为吸光度，R为漫反射光谱反射率；(3)把所述茶叶样本在12个特征波长处的吸光度值代入公式(I)，计算得到所述茶叶样本的含水率Y 含水率=0. 339-0. 810 λ 420+0· 540 λ 428+1· 378 λ 腳_3· 108 λ 546+4· 043 λ 575_2· 454 λ _+ (I) 0. 927 λ 703-2. 227 λ 717+3. 339 λ 736-26. 024 λ 921+30. 881 λ 979-6. 191 λ 1049式⑴中，为茶叶样本的含水率的检测值，λ42(ι为茶叶样本在波长420nm处的吸光度，为茶叶样本在波长428nm处的吸光度，λ 52(1为茶叶样本在波长520nm处的吸光度，λ 546为茶叶样本在波长M6nm处的吸光度，λ 575为茶叶样本在波长575nm处的吸光度， 入_为茶叶样本在波长600nm处的吸光度，λ7(13为茶叶样本在波长703nm处的吸光度，λ717 为茶叶样本在波长717nm处的吸光度，λ 为茶叶样本在波长736nm处的吸光度，λ 921为茶叶样本在波长921nm处的吸光度，λ 为茶叶样本在波长979nm处的吸光度，λ 1(149为茶叶样本在波长1049nm处的吸光度。
2.如权利要求1所述的基于12个特征波长的无损快速检测茶叶含水率的方法，其特征在于，所述茶叶样本为鲜叶、加工过程中原料叶或加工后茶叶成品。
全文摘要
本发明公开了一种基于12个特征波长的无损快速检测茶叶含水率的方法，包括以下步骤获取茶叶样本在12个特征波长处的漫反射光谱反射率，所述12个特征波长包括420nm、428nm、520nm、546nm、575nm、600nm、703nm、717nm、736nm、921nm、979nm和1049nm；并将光谱反射率转换成吸光度，得到茶叶样本在12个特征波长处的吸光度值，由此计算得到所述茶叶样本的含水率。本发明方法可快速有效地监测茶叶加工过程中含水率的动态变化，实现茶叶加工过程中含水率的快速、无损、低成本检测。
文档编号G01N21/35GK102507480SQ20111037546
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者何勇, 李晓丽, 聂鹏程, 裘正军, 鲍一丹 申请人:浙江大学