一种中药材灭菌系统的制作方法

技术特征：

1.一种中药材灭菌系统，其特征在于，该中药材灭菌系统包括：

用于对灭菌箱内中药材成分进行检测的红外光谱模块；所述红外光谱模块在室温下用红外光谱仪对灭菌箱内中药材进行扫描，采集所有样本的红外光谱，每个样本平均分成两份，每份重复扫描五次，取平均值为吸收值，获得中药材样本集的红外光谱，其中一大部分样本作为校正集样本，用于建立近红外光谱校正模型，另一部分作为检验集样本，用以检验模型的预测结果；用标准分析方法测定样本中指标性成分的含量，然后，将含量数据同样本光谱预处理后的红外光谱相结合，采用偏最小二乘回归PLS方法对光谱进行分析，建立红外光谱校正模型；建立红外光谱校正模型包括：先把浓度矩阵和光谱矩阵分解成载荷矩阵和得分矩阵，然后做主成分分析，滤除光谱矩阵和浓度矩阵中的噪声，最后，利用回归分析求出关联系数矩阵，并将浓度矩阵信息引入光谱矩阵分解过程中，在计算一个新成分之前，将浓度得分矩阵和光谱得分矩阵进行交换，使光谱矩阵主成分和浓度矩阵关联，其关联式为：A＝TP+E，其中A为光谱矩阵主成分吸收值矩阵，T为A矩阵的得分矩阵，P为A矩阵的载荷矩阵，E为系统模型不能解释的随机误差矩阵；各样本中各组分浓度数据构成浓度矩阵C：C＝UQ+F，其中U为C矩阵的得分矩阵，Q为C矩阵的载荷矩阵，F为系统模型不能解释的随机误差矩阵；U＝TB，B为一对角矩阵：C＝TB Q+F，对于未知样本，由未知样本的矩阵A_未知利用A＝TP的关系及其在校正步骤中存储的P，算出T_未知，继而与校正步骤中存储的B求出U，由存储的Q，求出C_未知；扫描检验集样本的近红外图谱，将该图谱输入所建立的定量分析模型，预测出检验集样本的指标性成分含量，与用标准分析方法测得之值进行比较，来评价红外光谱校正模型，评价参数有：1)内部交叉验证决定系数R²：R²越接近1，表示校正模型的预测值与标准对照方法分析值之间的相关性越强；2)交叉检验误差均方根为：该RMSECV值表示预测值与实际值间的偏差，RMSECV愈小，红外光谱校正模型的预测精度愈高；3)预测误差均方根RMSEP为：上式中：Ci为标准分析方法测量值；Ci’为通过红外光谱校正模型的预测值；Cm为Ci均值；n为校正集样本数；p为主成分数，即Rank值；m为检验集样本数；采集未知样本的红外光谱，用建立的红外光谱校正模型预测出该未知中药材样本中指标性成分的含量；

用于对灭菌箱内腔的温度进行采集的温度传感器；

用于对灭菌箱内腔的湿度进行采集的湿度传感器；

用于对灭菌箱内腔的压力进行采集的压力传感器；

分别与温度传感器、湿度传感器、压力传感器和红外光谱模块相连接，用于对接收的数据进行分析和处理的PLC控制器；所述PLC控制器对红外光谱模块预测的未知中药材样本中指标性成分的含量的图像采用适合处理组织类图像信息的脉冲耦合神经网络模型对未知中药材显微图像进行检测；未知中药材显微图像受到密度较小的脉冲噪声污染通过自适应加权滤波处理；未知中药材微图像受到密度较大的脉冲噪声污染采用保持边缘细节信息的引入双结构元素数学形态学进行二次滤波；适合处理组织类图像信息的脉冲耦合神经网络模型为：F_ij[n]＝S_ij；U_ij[n]＝F_ij[n](1+β_ij[n]L_ij[n])；θ_ij[n]＝θ₀e^-αθ(n-1)；其中，β_ij[n]为自适应链接强度系数；S_ij、F_ij[n]、L_ij[n]、U_ij[n]、θ_ij[n]分别为输入图像信号、反馈输入、链接输入、内部活动项及动态阈值，N_w为所选待处理窗口W中的像素总数，Δ为调节系数，选取1～3；脉冲耦合神经网络模型对未知中药材显微图像进行检测时，利用网络特性使灰度为S_ijmax的像素点火激活，再进行第二次脉冲耦合神经网络迭代处理，把介于[S_ijmax/1+β_ijL_ij,S_ijmax]间的像素捕获激活，使两次激活的像素点对应的Y ij输出为1；然后对原噪声污染图像反白处理，再对处理后的图像S ij按前述进行迭代处理，并使对应的输出Y_ij＝1，利用图像噪声像素与周围像素相关性小，灰度差别大特性，当一个神经元的激发没有引起所在区域附近大多数神经元的激发时，就说明该神经元对应像素可能是噪声点；初步甄别出Y_ij＝0对应的像素点为未知中药材显微图像的信号点，予以保护；对Y_ij输出为1的像素点在3*3模板B范围内统计以输出Y_ij＝1为中心邻域元素值为1的个数N_Y判别归类：1≤N_Y≤8，为噪声点，当N_Y＝9，判定为图像像素点；

与PLC控制器相连接，用于对灭菌箱内腔的中药材进行灭菌的远红外石英加热管；

与PLC控制器相连接，用于进行操作的操作显示屏；

与PLC控制器通过驱动控制器相连接，用于对灭菌箱进行旋转的旋转电机；

与PLC控制器通过驱动控制器相连接，用于对灭菌箱内部的中药材进行搅拌的搅拌机；

与PLC控制器通过驱动控制器相连接，用于对灭菌箱进行循环风加热的鼓风机；

与PLC控制器相连接，用于发射和接收无线信号的无线射频收发模块；

与无线射频收发模块通过GPRS无线网络无线连接，用于进行远程控制的外部设备。

2.如权利要求1所述的中药材灭菌系统，其特征在于，样本光谱预处理包括：

A、平滑处理：受各种因素的影响，红外光谱仪所测得的光谱数据不可避免地伴随着随机误差和噪声，得到往往是一条不光滑的曲线，平滑能降低高频随机噪声，方法是用平均窗口平滑方法、中位值平滑方法、Savitsky-Golay平滑方法的一种将各数据点的值按权重在自身和临近点重新分配，得到较光滑的曲线；

B、导数处理：对中药材样本扫描时，由于制样条件和仪器参数对光谱的影响，谱图发生光谱基线的线性平移、线性倾斜，随着波数的变小差谱值规律上升，以及图谱的其它变形，用导数法消除信号中含有的低频背景和常数项，降低高次项的幂次，从而使高频信号显现出来，其中，一阶导数法以消除光谱基线的线性平移，二阶导数法以消除光谱基线的线性倾斜；

C、散射校正法：在近红外漫反射光谱分析中，测量对象的固体颗粒度、晶形等物理性质的不同，也会导致谱图的差异，用多元散射校正MSC消除由于样品表面性质差异和颗粒尺寸大小不同带来的光谱漂移；

D、矢量归一化法：近红外光谱仪器的本底光谱的频率-强度响应曲线应该为矩形曲线，即各频率处的光强都相等，在这种情况下测得的吸收光谱将真实的反映物质的吸收特性，但实际上这是不存在的，因为受各种因素影响，光谱响应曲线远不是一个矩形，光谱仪测得的光谱需要进行归一化处理，使测得的各光谱带的相对强度与真实光谱带的相对强度一致，方法是在样本室中不放置任何样本，首先测定一个本底光谱M，再测定样本的光谱N，然后N除以M，得到归一化的样本图。

3.如权利要求1所述的中药材灭菌系统，其特征在于，未知中药材显微图像自适应加权滤波器噪声滤波的实现方法为；

当脉冲输出Y_ij＝1且N_Y＝1～8，N_Y是当在3*3模板B中为1个数，选取滤波窗口M，对噪声污染图像f_ij的自适应滤波，滤波方程为：

$f_{ij}=\underset{r,s\∈M}{\Σ}{x}_{rs}{S}_{rs};$

式中，x_rs是滤波窗口中对应像素的系数，S_rs为滤波窗口中对应像素的灰度值，f_ij为滤波后对应窗口中心位置的输出值：

$x_{rs}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1/\{1+\max \[{\mathrm{\Ω}}_{ij},|S_{rs}-D_{ij}|\]\}}{\underset{r,s\∈M}{\Σ}1/\{1+\max \[{\mathrm{\Ω}}_{ij},|S_{rs}-D_{ij}|\]\}},& Y_{rs}=1\\ 0,& Y_{rs}=0\end{array}\right.;$

${\mathrm{\Ω}}_{ij}=\frac{\underset{r,s\∈M}{\Σ}|S_{rs}-D_{ij}|}{N_Y},Y_{rs}=1;$

式中D_ij为方形滤波窗口M中像素灰度中值，Ω_ij滤波窗口各像素与中心灰度差绝对均值，max为求最大值符号；

选取滤波窗口M选取大小为m*m的滤波窗口M，窗口大小的选取原则是：

双结构元素数学形态学第二级滤波的具体方法：

残留脉冲噪声的中药材显微图像为f，E为结构元素SE，则膨胀有如下关系式：

$f\⊕E\left(x\right)=\underset{(x-z)\∈F}{\overset{z\∈G}{\max }}\{f(x-z)+E\left(z\right)\};$

式中为膨胀运算符，F和G分别是f和E的定义域，x-z为位移参数；

上式膨胀关系是将与物体接触的所有背景点都合并到物体中，使边界向外部扩张的过程，填补物体中的洞孔；

$f\mathrm{\Θ}E\left(x\right)=\underset{(x+z)\∈F}{\overset{z\∈G}{\min }}\{f(x+z)-E\left(z\right)\};$

上式Θ为腐蚀运算符，腐蚀是消除边界点，边界向内部收缩，同时在腐蚀膨胀的基础上，再结合形态学的开闭运算：

$f\·E=(f\⊕E)\mathrm{\Θ}E.$

4.如权利要求1所述的中药材灭菌系统，其特征在于，所述PLC控制器与电源模块相连接，用于提供电源；所述灭菌箱的前侧面上安装有蜂鸣器和警示灯，蜂鸣器和警示灯均通过导线与PLC控制器相连接。

5.如权利要求1所述的中药材灭菌系统，其特征在于，所述操作显示屏具体采用多点触控的电容式触摸屏。

6.如权利要求1所述的中药材灭菌系统，其特征在于，所述旋转电机和搅拌机具有不同的旋转方向。

7.如权利要求1所述的中药材灭菌系统，其特征在于，所述外部设备包括电脑、手机等具有网络连接功能的电子产品。

8.如权利要求1所述的中药材灭菌系统，其特征在于，所述灭菌箱的夹层中充填有硅酸盐棉材料构件。