一种检测肉类系水力的方法
【专利摘要】本发明涉及一种检测肉类系水力的方法，包括如下步骤：S1、采集位移变化数据；S2、理化实验测系水力值；S3、对S1中的位移曲线提取6个参数；S4、采用多元函数对S1中的位移曲线进行拟合，得到6个多元函数拟合特征参数；S5、对S3和S4中提取的一共12个特征参数采用主成分分析，选取累计贡献率大于等于85％的主成分作为后续建立模型的主成分；S6、建立样品集，按比例分为校正集和验证集；利用校正集建立样品系水力的预测模型；利用验证集评价预测模型的准确度。本发明，基于气流脉冲检测禽畜肉类系水力，通过激光位移传感器采集位移变化数据，建立系水力和位移变化曲线之间的预测模型，用于最终检测，具有非破坏性、快速无损的优点。
【专利说明】
一种检测肉类系水力的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及禽畜肉类的无损检测领域，具体说是一种检测肉类系水力的方法。尤 指基于气流脉冲检测禽畜肉类系水力的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，针对禽畜肉类的系水力检测方法，早期的研究主要分为两种:一种是对肉品 本身施加外部力来衡量系水力值，另一种是不对肉品本身施加外部力而是通过测定肉品本 身的成分和特性来衡量系水力值;不论是否对肉品本身施加外部力，检测过程中都会对肉 品造成一定程度的破坏，影响肉品后续食用价值。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种检测肉类系水力的方 法，基于气流脉冲检测禽畜肉类系水力，具有非破坏性、快速无损的优点。
[0004] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
[0005] -种检测肉类系水力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006] S1、应用融合了气流脉冲和激光测距的禽畜肉黏弹性无损检测系统，采集不少于 10个样品的位移随时间变化的数据，并形成位移曲线；
[0007] S2、对S1中的每个样品通过理化实验测得其系水力化学测定值；
[0008] S3、对S1中的位移曲线提取以下6个参数：
[0009] 位移曲线加载部分的位移曲线面积S1，
[0010] 位移曲线卸载部分的位移曲线面积S2，
[0011 ] 最大压缩位移dl，
[0012] 回复位移d2，
[0013]瞬时加载位移变化量L1，
[0014] 瞬时卸载位移变化量L2;
[0015] S4、采用多元函数对S1中的位移曲线进行拟合，得到6个多元函数拟合特征参数；
[0016]所述多元函数为：
[0019] 式中：t为时间，y为位移值，ti为加载时间，即在ti时刻气流开始作用于样品表面， 为多元函数拟合特征参数，参与后述研究；
[0020] S5、对S3和S4中提取的一共12个特征参数采用主成分分析，选取累计贡献率大于 等于85%的主成分作为后续建立模型的主成分；
[0021] S6、将S5中选取的所有样品的主成分与系水力化学测定值一一对应建立样品集， 按比例分为校正集和验证集；
[0022]利用校正集的主成分数据信息和系水力化学测定值，建立样品系水力的预测模 型；
[0023] 利用验证集的主成分数据信息、系水力的化学测定值和模型参数评价预测模型的 准确度，确定针对肉类系水力的位移变化信息最佳预测模型。
[0024] 在上述技术方案的基础上，所述禽畜肉黏弹性无损检测系统中，气流脉冲由气栗 提供，并对样品表面产生作用力;激光位移传感器用于测量位移变化数据，采集每个样品的 位移随时间变化信息。
[0025] 在上述技术方案的基础上，气栗压力为30kPa~80kPa，采样频率为50Hz，采样时间 不少于12s。
[0026] 在上述技术方案的基础上，在步骤S2中，系水力化学测定值采用滴水损失法、蒸煮 损失法或压力法测得。
[0027] 在上述技术方案的基础上，在步骤S5中，参与主成分分析的12个特征参数分别是 SI、S2、dl、d2、Ll、L2、al、bl、cl、a2、b2、c2〇
[0028] 在上述技术方案的基础上，在步骤S6中，校正集和验证集的比例为2~3:1。
[0029]在上述技术方案的基础上，在步骤S6中，利用校正集的主成分数据信息和系水力 化学测定值，建立样品系水力的预测模型，建立预测模型采用偏最小二乘回归和多元线性 回归建模；
[0030] 利用验证集的主成分数据信息、系水力的化学测定值和模型参数评价预测模型的 准确度，确定针对肉类系水力的位移变化信息最佳预测模型。
[0031] 本发明所述的检测肉类系水力的方法，基于气流脉冲检测禽畜肉类系水力，通过 激光位移传感器采集位移变化数据，建立系水力和位移变化曲线之间的预测模型，用于最 终检测，具有非破坏性、快速无损的优点。
【附图说明】
[0032] 本发明有如下附图：
[0033]图1本发明的流程图。
[0034]图2实验采集位移曲线。
[0035] 图3面积特征。
[0036] 图4位移特征。
[0037] 图5瞬时位移特征。
[0038]图6加载曲线。
[0039]图7加载拟合曲线。
[0040] 图8卸载曲线。
[00411图9卸载拟合曲线。
【具体实施方式】
[0042] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0043] 如图1所示，本发明所述的检测肉类系水力的方法，包括如下步骤：
[0044] S1、采集位移变化数据:应用融合了气流脉冲和激光测距的禽畜肉黏弹性无损检 测系统，采集不少于10个样品的位移随时间变化的数据，并形成位移曲线；
[0045] S2、理化实验测系水力值:对S1中的每个样品通过理化实验测得其系水力化学测 定值；
[0046] S3、对S1中的位移曲线提取以下6个参数：
[0047] 位移曲线加载部分的位移曲线面积S1，
[0048] 位移曲线卸载部分的位移曲线面积S2，
[0049] 最大压缩位移dl，
[0050] 回复位移d2，
[00511瞬时加载位移变化量L1，
[0052] 瞬时卸载位移变化量L2;
[0053] S4、采用多元函数对S1中的位移曲线进行拟合，得到6个多元函数拟合特征参数；
[0054]所述多元函数为：
[0057]式中：t为时间，y为位移值，t为加载时间，即在t时刻气流开始作用于样品表面， 为多元函数拟合特征参数，参与后述研究；
[0058] S5、对S3和S4中提取的一共12个特征参数采用主成分分析，选取累计贡献率大于 等于85%的主成分作为后续建立模型的主成分；
[0059] S6、将S5中选取的所有样品的主成分与系水力化学测定值一一对应建立样品集， 按比例分为校正集和验证集；
[0060] 利用校正集的主成分数据信息和系水力化学测定值，建立样品系水力的预测模 型；
[0061] 利用验证集的主成分数据信息、系水力的化学测定值和模型参数评价预测模型的 准确度，确定针对肉类系水力的位移变化信息最佳预测模型。
[0062] 在上述技术方案的基础上，所述禽畜肉黏弹性无损检测系统，优选申请（专利）号 CN201410770806.9中所述畜禽肉黏弹性无损检测系统，该无损检测系统融合了气流脉冲和 激光测距，其中：
[0063]气流脉冲由气栗提供，并对样品表面产生作用力；
[0064]激光位移传感器用于测量位移变化数据，采集每个样品的位移随时间变化信息； [0065]该无损检测系统的工作条件为:气栗压力为30kPa~80kPa，采样频率为50Hz，采样 时间不少于12s。
[0066] 在上述技术方案的基础上，在步骤S2中，系水力化学测定值采用滴水损失法、蒸煮 损失法或压力法测得。
[0067] 在上述技术方案的基础上，如图3所示，在步骤S3中，位移曲线加载部分的位移曲 线面积S1为气流开始作用至气流停止作用时间内位移曲线与y = 0所围成的面积，位移曲线 卸载部分的位移曲线面积S2为气流停止作用至位移曲线趋于平行(位移值趋于一恒定值） 的时间（t不少于7s)内位移曲线与y = 0所围成的面积，易知位移曲线加载部分的位移曲线 面积S1和位移曲线卸载部分的位移曲线面积S2与作用时间相关；
[0068] 如图4所示，在步骤S3中，最大压缩位移dl是未加载时位移值与位移最低点的位移 差，回复位移d2是卸载后位移逐渐恢复为一恒定值与位移最低点的位移差；
[0069]如图5所示，在步骤S3中，瞬时加载位移变化量L1是指样品在气流作用下某一固定 时间（时间t在0.02s-0.06s之间）内的瞬时位移压缩量，瞬时卸载位移变化量L2是指样品在 气流消失作用后的同一固定时间（时间t在0.02s-0.06s之间）内的瞬时位移回复量。
[0070] 在上述技术方案的基础上，在步骤S5中，参与主成分分析的12个特征参数分别是 SI、S2、dl、d2、Ll、L2、al、bl、cl、a2、b2、c2〇
[0071] 在上述技术方案的基础上，在步骤S6中，校正集和验证集的比例为2~3:1，优选3: 1〇
[0072]在上述技术方案的基础上，在步骤S6中，利用校正集的主成分数据信息和系水力 化学测定值，建立样品系水力的预测模型，建立预测模型采用偏最小二乘回归和多元线性 回归建模；
[0073] 利用验证集的主成分数据信息、系水力的化学测定值和模型参数评价预测模型的 准确度，确定针对肉类系水力的位移变化信息最佳预测模型。
[0074] 本发明的上述技术方案具有以下有益效果:样品位移数据形成的曲线分为加载曲 线和卸载曲线两部分，经过分别提取位移曲线特征参数以及曲线拟合的方法，对所有特征 参数采用主成分分析的方法提取贡献率超过85 %的主成分，建立系水力化学测定值与位移 变化曲线之间的预测模型，并最终用于未知系水力肉品的检测。该方法可以建立肉类系水 力新的检测方法，通过该方法直接得到肉类系水力值。
[0075] 以下通过60个样品的实例进行说明：
[0076] (1)、样品位移彳目息米集
[0077]步骤S1中，应用申请号为201410770806.9的禽畜肉黏弹性无损检测系统，该系统 融合气流脉冲和激光测距的方法，其中气流脉冲由气栗提供，并对样品表面产生作用力;激 光位移传感器用于测量位移变化，采集每个样品的位移随时间变化信息。气栗压力为 70kPa，采样频率为50Hz，即采集装置每隔0.02s采集一个位移数据，采集时间为15s，从第3s 开始气流对样品产生作用，第5s气流停止，位移开始恢复，共采集15s的数据作为待分析数 据。以0mm作为位移基准，激光位移传感器采集的是位移变化绝对值，形成的曲线为负向位 移曲线，如图2所示。
[0078] (2)系水力理化值测定
[0079] 步骤S2中，对采集完位移曲线的样品用滴水损失法测定系水力理化值，最好尽快， 以避免样品在空气中放置太久影响结果。
[0080] (3)曲线参数提取
[0081] 步骤S3中，根据气流加载、卸载时间，将采集的位移曲线分为加载曲线(3s~5s)和 卸载曲线（5s~15s)两部分，如图2所示，位移曲线加载部分的位移曲线面积S1为3s~5#寸 间内位移曲线与y = 〇所围成的面积，位移曲线卸载部分的位移曲线面积S2为5s~15s内位 移曲线与y = 0所围成的面积。位移的最大压缩量dl、最大回复量d2由曲线图形特征直接提 取。
[0082] 瞬时位移取的是在气流开始作用下0.04s内的瞬时位移压缩量L1和在气流消失作 用(第5s)后的0.04s内的瞬时位移回复量L2。
[0083] (4)多元函数拟合
[0084]步骤S4中，对曲线进行多元函数拟合，具体采用的多元函数如下：
[0087] 式中：t为时间，y为位移值，为加载时间，即在t时刻气流开始作用于样品表面， ai、bi、ci、a2、b2、C2为多元函数拟合特征参数，参与后述研究。
[0088] 加载曲线和拟合后加载曲线分别如图6、图7所示，卸载曲线和拟合后卸载曲线分 别如图8、图9所示。
[0089] (5)主成分分析
[0090]步骤S5中，对步骤S3和步骤S4中提取的所有特征参数应用主成分分析，提取出前3 个主成分，贡献率分别为45.42%、33.99%、10.92%，累计贡献率达90.32%。
[0091] (6)校正集和验证集的划分
[0092] 步骤S6中，对样品主成分进行分组，按照3:1的比例，两组分别为45个和15个。
[0093] (7)模型的评价
[0094]步骤S6中，在建模前，先对步骤S5中提取出的主成分进行还原，对还原后的主成分 进行建模，建模采用偏最小二乘回归建模(PLSR)和多元线性回归(MLR)两种方法，建模结果 如下表1所示。一般校正集相关系数(R。）、验证集相关系数(R v)值越大越好，校正集标准偏差 (SEC )、验证集标准偏差（SEP)值越小越好。由表1结果可得偏最小二乘回归建模结果更好， 故而偏最小二乘回归建立的模型可以用于预测肉类系水力。
[0095]表1系水力建模结果
[0096]
[0097] 综上所述，本发明提供一种检测肉类系水力的方法，应用融合气流脉冲和激光传 感器的方法采集样品位移数据，对位移曲线进行拟合，得到多元函数特征参数，并提取曲线 其他特征参数，对所有参数提取主成分并进行分组，对校正集建立系水力值与被提取主成 分之间的模型，并应用于验证集进行预测，通过比较得到偏最小二乘方法建模效果更佳，验 证集相关系数达到0.8077。该方法可以建立系水力与位移曲线之间的模型，并可以对样品 系水力值进行判定。
[0098] 本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发 明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选 择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员 能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
[0099] 本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1. 一种检测肉类系水力的方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 应用融合了气流脉冲和激光测距的禽畜肉黏弹性无损检测系统，采集不少于10个 样品的位移随时间变化的数据，并形成位移曲线； 52、 对S1中的每个样品通过理化实验测得其系水力化学测定值； 53、 对S1中的位移曲线提取以下6个参数： 位移曲线加载部分的位移曲线面积S1， 位移曲线卸载部分的位移曲线面积S2， 最大压缩位移dl， 回复位移d2， 瞬时加载位移变化量L1， 瞬时卸载位移变化量L2; 54、 采用多元函数对S1中的位移曲线进行拟合，得到6个多元函数拟合特征参数； 所述多元函数为：式中：t为时间，y为位移值，ti为加载时间，即在ti时刻气流开始作用于样品表面，ai、bi、 (^、&2、132、(32为多元函数拟合特征参数，参与后述研究； 55、 对S3和S4中提取的一共12个特征参数采用主成分分析，选取累计贡献率大于等于 85%的主成分作为后续建立模型的主成分； 56、 将S5中选取的所有样品的主成分与系水力化学测定值一一对应建立样品集，按比 例分为校正集和验证集； 利用校正集的主成分数据信息和系水力化学测定值，建立样品系水力的预测模型； 利用验证集的主成分数据信息、系水力的化学测定值和模型参数评价预测模型的准确 度，确定针对肉类系水力的位移变化信息最佳预测模型。2. 如权利要求1所述的检测肉类系水力的方法，其特征在于:所述禽畜肉黏弹性无损检 测系统中，气流脉冲由气栗提供，并对样品表面产生作用力;激光位移传感器用于测量位移 变化数据，采集每个样品的位移随时间变化信息。3. 如权利要求2所述的检测肉类系水力的方法，其特征在于：气栗压力为30kPa~ 80kPa，采样频率为50Hz，采样时间不少于12s。4. 如权利要求1所述的检测肉类系水力的方法，其特征在于:在步骤S2中，系水力化学 测定值采用滴水损失法、蒸煮损失法或压力法测得。5. 如权利要求1所述的检测肉类系水力的方法，其特征在于:在步骤S5中，参与主成分 分析的 12 个特征参数分别是 Sl、S2、dl、d2、Ll、L2、al、bl、cl、a2、b2、c2。6. 如权利要求1所述的检测肉类系水力的方法，其特征在于:在步骤S6中，校正集和验 证集的比例为2~3:1。7. 如权利要求1所述的检测肉类系水力的方法，其特征在于:在步骤S6中，利用校正集 的主成分数据信息和系水力化学测定值，建立样品系水力的预测模型，建立预测模型采用 偏最小二乘回归和多元线性回归建模； 利用验证集的主成分数据信息、系水力的化学测定值和模型参数评价预测模型的准确 度，确定针对肉类系水力的位移变化信息最佳预测模型。
【文档编号】G01N33/12GK105866360SQ201610196151
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】汤修映, 王文娟, 龙园, 彭彦昆, 康熙龙, 徐杨
【申请人】中国农业大学