一种脐橙糖度快速无损检测方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于果品品质检测领域，涉及一种脐橙糖度快速无损检测方法和装置。
【背景技术】
[0002] 脐橙营养丰富，果肉细嫩而脆、口感清甜，是深受人们欢迎的水果。随着人们生活 水平的不断提高，人们在选购脐橙时不仅关注其外观品质如大小、颜色、果形、表面缺陷等， 而且对脐橙的内部品质如糖度和酸度等也极为重视。
[0003] 近红外光谱技术是一种快速、无损、绿色的现代分析技术。目前，近红外光谱技术 对脐橙及其他水果的糖度快速无损检测已有一些报道，如中国专利CN 101308086 A公开了 一种基于近红外光谱技术的水果内部品质在线检测方法及装置；中国专利CN 103487396 A 公开了一种光照参数可调的近红外水果糖度无损检测装置；中国专利CN 103940744 A公 开了一种小型水果可见/近红外光谱动态在线采集装置。上述专利中，均未考虑水果大小 及果皮因素对糖度检测精度的影响。实际检测中，水果大小不一，相同糖度而大小不同的水 果由于对近红外光的吸收程度不同，其近红外光谱将存在差异，因此将对糖度检测精度产 生较大影响。此外，水果糖度近红外检测属于非破坏性检测，在检测过程中，采集的近红外 光谱包含果皮和果肉信息，而我们所需要的是果肉的糖度光谱信息，果皮的光谱信息则属 于干扰光谱信息，会影响糖度检测精度，而果皮越厚则影响越大。脐橙属于中厚型果皮，果 皮对糖度检测的影响较大，而相对于朝向光源的入射侧果皮，对应近红外光谱探头一侧的 出射侧果皮对光谱信息干扰尤为大，由于初始光源的光线在经过入射侧果皮、果肉部分的 衰减后，本身光能就衰减到相对较低的程度，而且此时的果肉光谱信息量比较完整，此时再 经过一层果皮衰减，果肉近红外光谱信息会受到很大的干扰。针对现有水果糖度近红外检 测的缺陷，本发明提出一种脐橙糖度快速无损检测方法和装置，校正和消除水果大小及果 皮对糖度检测的影响，提高脐橙糖度的检测精度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有的脐橙近红外光谱检测技术未考虑果皮对光谱的干 扰以及水果大小重量的影响，检测精度较低的问题，提供一种脐橙糖度快速无损检测方法 和装置，校正和消除水果大小及果皮对脐橙糖度检测的影响，提高脐橙糖度的检测精度。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种脐橙糖度快速无损检测方法， 该方法的步骤如下： 步骤1 :建立脐橙糖度的线性回归方程； 步骤1. 1，采集η个脐橙样本分别记为M^MpM3、…、Mn; 步骤1. 2,对于每一个脐橙样本M1, l〈i〈n，将光源对准脐橙样本M1的赤道中心，由近红 外光谱仪与光源间隔90度的方向对准脐橙样本M1的赤道中心，采集透过脐橙样本的光谱 A11，将脐橙样本M1转动90度、180度、270度分别采集光谱A J、AJ、Aj，对A11、Aj、AJ、AJ 取平均值作为脐橙样本M1的近红外光谱，其能量值记为A i，脐橙样本M1转动过程中，光源、 近红外光谱仪的中心线均保持与脐橙样本赤道面位于同一平面； 步骤1. 3,利用重量传感器测定脐橙样本M1的重量（记为G J，利用超声波传感器测定 脐橙样本的高度（记为H1)，利用超声波传感器测定脐橙样本赤道平面上两个相互垂直方向 的赤道直径，以采集光谱A 1I过程中与近红外光谱仪中心线重合的赤道直径记为D1U与光 源中心线重合的赤道直径记为DJ ; 步骤1. 4,环绕脐橙样本％的赤道圈，分别去除脐橙样本相对两侧面90度扇形区域的 果皮，然后按步骤1. 2中的近红外光谱仪和光源布置方式，对去除部分果皮的脐橙样本每 转动90度采集一次光谱，依次记为B1U 、BJ、B 1I其中，B1U 采集过程中脐橙样本朝 向光源一侧有果皮、朝向近红外光谱仪一侧无果皮，Bj、Bj采集过程中脐橙样本朝向光源 一侧无果皮、朝向近红外光谱仪一侧有果皮； 步骤1. 5,将脐橙样本M1完全去除果皮，对脐橙样本M 1果肉采用国家标准方法测定其 糖度值，作为脐橙样本％的糖度真实值； 步骤1.6,消除果皮光谱信息对糖度检测的影响，保留果肉的光谱信息，将能量值
彳作为去除果皮光谱信息后的脐橙样本M1的果肉近红外光谱； 步骤1. 7,校正水果大小对糖度检测的影响，将脐橙样本的近红外光谱C1采用水果大小 校正因子
作为脐橙样本％的果肉近 红外校正光谱； 步骤1. 8,选取720nm、756nm、782nm、840nm、886nm、942nm波长为脐橙糖度的特征波长， 并获取脐橙样本M1的果肉近红外校正光谱中的特征波长的光谱值； 步骤1. 9,采用多元线性回归将步骤1. 8中的特征波长的光谱值与步骤1. 5中的脐橙样 本的真实糖度值进行关联，建立脐橙糖度的线性回归方程，线性回归方程为 y = -8. 95*10 5* λ 72。-3. 7*10 3* λ 756+7 · 9*10 3* λ 782-5· 8*10 3* λ _+ ， I. 7*10 3* λ SS6+6. 73*10 4* λ 942+5· 16 步骤1. 10,按脐橙样本重量对果皮光谱能量衰减信息进行区间统计，脐橙样品果皮光 谱能量衰减信息为由果皮吸收光能造成的果皮入射和出射光之间的光能衰减值，对于脐橙 Λ Jr 0 -L 4 样本M1，其果皮光谱能量衰减信息I1S I1= 1 1 ."i^ " 1 -24,将脐橙样本吣、Μ2、 2 M3、…、照重量划分为4个等跨度的重量区间，分别统计每个区间内所有脐橙样品果皮 衰减信息的平均值，分别记为I1、I2、I3、I4; 步骤2 :待测脐橙样本的糖度快速无损检测； 步骤2. 1，选取待测脐橙样本N，按照步骤1. 2获取透过待测脐橙样本N的光，作为待测 脐橙样本的近红外光谱，其能量值记为a ; 步骤2. 2,按照步骤1. 3测定待测脐橙样本N的重量、高度及两个相互垂直方向的赤道 直径，分别记为g、h、dl及d2; 步骤2. 3,根据步骤2. 2中的待测脐橙样本N的重量g，判断待测脐橙样本N的重量属 于步骤1. 10中的区间位置，若属于一区间，则选取一区间的果皮衰减信息的平均值I1作为 待测脐橙样本N的果皮衰减信息，并将能量值c = a+I1作为去除果皮光谱信息后的待测脐 橙样本N的果肉近红外光谱； 步骤2. 4,校正水果大小对糖度检测的影响，将待测脐橙样本N的果肉近红外光谱c采
用水果大小校正因子 Σ作为待测脐橙样本 N的果肉近红外校正光谱； 步骤2. 5,对于待测脐橙样本N的果肉近红外校正光谱，获取特征波长720nm、756nm、 782nm、840nm、886nm、942nm 的光谱值； 步骤2. 6,将步骤2. 5中的待测脐橙样本N特征波长的光谱值代入步骤1. 9的线性回归 方程中，从而获得待测脐橙样本N的糖度值预测值，实现脐橙糖度的快速无损检测。
[0006] 本方法分别测量整个脐橙的近红外光谱信息、单独去掉朝向光源的入射侧果皮的 近红外光谱信息、单独去掉朝向近红外光谱仪的出射侧果皮的近红外光谱信息，然后将三 者相互消除，从而获得果皮对光谱信息的干扰值，在建模和预测过程中，对干扰信息进行排 除，从而获得更为准确的果肉近红外光谱信息，能更好地跟果肉糖度真实值建立对应模型， 提高检测精度。检测过程中，采用只剥除入射或出射一侧的果皮，是为了减少两侧果皮互相 干扰造成的误差。
[0007] -种实现上述脐橙糖度快速无损检测方法的检测装置，包括工作台、光源、近红外 光谱仪，其特征在于，所述工作台上放置脐橙样品，近红外光谱仪连接有作为光谱数据获取 探头的准直透镜，所述准直透镜竖直向下设置在工作台的正上方，所述工作台上方两侧分 别设有光源，光源朝工作台方向水平设置，工作台上设有重量传感器，所述准直透镜的一 侧、光源的一侧均设有用于测量距离的超声波传感器，准直透镜、光源分别通过各自的可调 节支架