本发明涉及农产品无损检测领域，特别涉及一种便携式猕猴桃膨大果快速无损检测方法和装置。
背景技术：
猕猴桃果实柔嫩多汁，营养丰富，深受消费者的喜爱。我国猕猴桃种植面积世界第一。自20世纪90年代初，外源性植物生长调节剂（俗称膨大剂，如氯吡脲、吡效隆等）作为一项重要的增产技术，在猕猴桃上大面积施用。经膨大剂处理的猕猴桃虽然产量提高30%~50%，但却使果实品质下降、不耐贮藏、烂果率高、库损严重，而且氯吡脲属于低毒植物生长调节剂，潜在的安全隐患不容忽视，各地方政府纷纷规定严禁在猕猴桃生产过程中施用膨大剂。但由于没有快速无损、体积小、低成本的猕猴桃膨大果检测方法和装置，各猕猴桃生产地在实际生产过程中依然大规模违规施用膨大剂。
“猕猴桃膨大果的近红外漫反射光谱无损识别”（郭文川，刘大洋；农业机械学报）一文中指出：选取形状比较规则、无伤痕的猕猴桃膨大果和正常果，采用德国bruker公司的mpa型傅里叶变换近红外光谱仪采集猕猴桃的近红外漫反射光谱，基于主成分分析法所建的偏最小二乘法模型对校正集和预测集中猕猴桃膨大果和正常果的正确识别率均达到100%。该技术利用mpa型傅里叶变换近红外光谱仪采集猕猴桃的近红外漫反射光谱，存在成本高、操作复杂等问题。
中国专利公告号cn202066859u，公开日2011年12月07日，专利名称为“一种氯吡脲快速检测卡”，该申请公开了“一种氯吡脲快速检测卡”，其特征在于：“在长条扁平薄壳状的检测卡外壳（1）中设置测试条（2），检测卡外壳表面有检测窗孔（3）和加样孔（4）；测试条（2）是由支承背板（5）上通过不干胶在其上依次粘贴样品垫（8）、胶体金膜或乳胶颗粒膜（7）、硝酸纤维素膜（6）、和吸水膜（9）所组成；支承背板中部叠置粘贴硝酸纤维素膜（6），支承背板一端叠置粘贴吸水膜（9），另一端叠置粘贴样品垫（8），吸水膜内端与样品垫内端各自分别与硝酸纤维素膜搭接，在样品垫与硝酸纤维素膜的搭接部，两者之间夹置粘贴一段含抗氯吡脲抗体的胶体金膜或乳胶颗粒膜（7）；硝酸纤维素膜上有一条检测带和一条质控带，依次是：含氯吡脲蛋白质偶联物的检测带（10），含抗兔抗体或抗鼠抗体的质控带（11），测试条（2）置入检测卡外壳（1）内，样品垫（8）正对加样孔（4），硝酸纤维素膜（6）正对检测窗孔（3）”。该“氯吡脲快速检测卡用于检测水果样品中的氯吡脲”，但使用该氯吡脲快速检测卡时需要“采集待测样本，粉碎均匀；称取5g粉碎后的样品，加入10ml样品抽提液充分搅拌混合均匀，震荡反应30min;4000r/min离心10min,取离心后的上清液按1:3的比例稀释，即取上清液100µl加入300µl样品稀释液，混合后测定”，可见该氯吡脲快速检测卡有需要破坏待测样本的不足，属于有损检测。
中国专利公开号cn103837492a，公开日2014年6月4日，发明名称为“一种基于近红外光谱技术的猕猴桃膨大果无损检测方法”，该申请公开了“一种基于近红外光谱技术的猕猴桃膨大果无损检测方法，该方法以近红外漫反射光谱仪为检测工具，通过扫描一批猕猴桃膨大果和非膨大果样品的近红外漫反射光谱获取样本的光谱数据，建立猕猴桃膨大果的线性或非线性检测模型，并对模型进行检验。”该“基于近红外光谱技术的猕猴桃膨大果无损检测方法”的特征在于采用德国bruker公司的mpa型傅里叶变换近红外漫反射光谱仪采集猕猴桃样品的近红外漫反射光谱，光谱采集范围为833~2500nm的近红外光谱，采集间隔0.804nm，扫描次数32次，探头场视角为90°。该方法存在的问题在于：光谱采集未包括可见光部分，没有考虑可见光所包含的猕猴桃内部品质特性信息，降低了检测精度；光谱数据的获取为光谱仪，检测成本高；实验平台的搭建和光谱数据的采集均需要专业技术人员完成，操作复杂、费时。
中国专利公开号cn103822879a，公开日2014年5月28日，发明名称为“一种基于高光谱成像技术的猕猴桃膨大果无损检测方法”，该申请公开了“一种基于高光谱成像技术的猕猴桃膨大果无损检测方法，该方法以高光谱成像系统为工具，通过扫描猕猴桃膨大果和非膨大果样品的高光谱图像获取样本的高光谱图像信息，提取整个果实区域的平均光谱并进行预处理、划分校正集与测试集、对光谱数据进行降维进而提取反映猕猴桃膨大果的特定波长或特征变量，建立识别猕猴桃膨大果的线性或非线性模型。”其特征在于猕猴桃高光谱图像采集系统相机的曝光时间是10ms，载物台的移动速度是20mm/s，ccd相机镜头和载物台之间的距离是65cm，光谱采集范围865.11~1711.71nm，光谱图像的大小为320×250像素，光谱波段256个，光谱采样间隔3.32nm，用于光谱分析的有效范围为941.47~1668.55nm，含波段220个，光源4个100w的漫反射卤素灯。该方法存在的问题在于：光源为4个100w的漫反射卤素灯，功率太大，需要良好的散热措施，检测系统体积庞大；高光谱成像检测系统的搭建和操作步骤都过于复杂，成本高、需要专业的操作技能。
综上所述，虽然近红外光谱技术在检测猕猴桃膨大果研究中取得了许多成果，但是还没有将该方法应用于实践生产的便携式猕猴桃膨大果快速无损检测装置。并且，传统的近红外光谱检测装置包括光谱仪、光纤、光源等，检测装置不仅体积大、价格昂贵，而且对操作者专业知识要求高，仅适用于科研院所、企业等。
现有技术方法存在有损检测、操作复杂、体积大、成本高等问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种快速无损、操作简单、体积小、低成本的便携式猕猴桃膨大果快速无损检测方法和装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
便携式猕猴桃膨大果快速无损检测装置，包括外壳、信号处理模块、散热风扇、散热模块、光电二极管底座、光电二极管、窄带滤光片底座、窄带滤光片、窄带滤光片顶盖、支架、光源探头、电源模块、运算控制器、测量按键、参考白板、锂电池、按钮、电源开关、显示器、光源；所述光电二极管和窄带滤光片各有五个，五个电二极管均固定在所述光电二极管底座内，五个窄带滤光片均固定在所述窄带滤光片底座和所述窄带滤光片顶盖之间；所述信号处理模块、散热风扇、散热模块、光电二极管底座、支架、电源模块、运算控制器、测量按键、锂电池、按钮、电源开关、显示器均固定在外壳上；所述光源固定在光源探头内；所述光源探头固定在散热模块内；所述信号处理模块、电源模块、测量按键、按钮、显示器均与运算控制器相连；所述电源模块与锂电池和光源相连；所述光源和运算控制器均受电源开关控制。
所述光电二极管底座、窄带滤光片底座、窄带滤光片顶盖均依次穿过所述光源探头并同轴心固定在所述外壳上；所述支架与所述光源探头同轴心；所述五个光电二极管和所述五个窄带滤光片以所述光源探头为圆心，等角度分布在以所述圆心组成的圆周上；所述光电二极管测量所述窄带滤光片过滤出特定波长的可见/近红外漫反射光并将其转换为电信号；所述信号处理模块对所述电信号进行滤波和放大处理；所述运算控制器具备把所述信号处理模块处理后的电信号进行模数转换功能，并且可以计算所述阈值n和检测结果发送至显示器；所述电源模块能够给信号处理模块、散热风扇、运算控制器、测量按键、按钮、显示器、光源提供合适的工作电压与工作电流，并且可以完成锂电池的充电和放电；
所述支架外表面和内表面均进行遮光处理；所述光源为波长340nm~2400nm的可见/近红外微型卤素灯；所述五个窄带滤光片过滤出的特定波长是：660±5nm、940±5nm、1064±5nm、1250±5nm、1445±5nm，半峰值带宽均为20±5nm；所述五个光电二极管为ingaas和硅材质，最大响应峰值分别在所述窄带滤光片过滤出光的特定波长附近。
本发明检测方法包括以下步骤：
（1）选取完好无损的猕猴桃膨大果和非膨大果作为样本；
（2）将待测对象参考白板的中心部位对准并紧贴支架，光电二极管测量从窄带滤光片过滤出参考白板的可见/近红外漫反射特定波长并转换为电信号，信号处理模块对所述电信号进行滤波和放大，作为修正波长c保存；
（3）重复步骤（2），将猕猴桃果实赤道部位对准并紧贴支架，测量每个猕猴桃果实的可见/近红外漫反射特定波长，作为原始波长x保存；
所述步骤（2）测量参考白板的修正波长c和所述步骤（3）测量每个猕猴桃果实的原始波长x的测量条件是：窄带滤光片中心波长依次是660±5nm、940±5nm、1064±5nm、1250±5nm、1445±5nm，半峰值带宽均是20±5nm，光源波长是340nm~2400nm；
（4）以步骤（2）和步骤（3）测量的修正波长c和原始波长x的差值（c-x）为输入参数，以避免环境光和工作电压变化引起的测量误差，以猕猴桃膨大果标签和非膨大果标签作为输出参数，采用偏最小二乘判别分析法建立识别猕猴桃膨大果和非膨大果检测模型；
（5）利用所述模型计算猕猴桃果实的阈值n并输出检测结果，计算所述阈值n的算法为：
n＝k（c－x）+b
式中k为检测模型系数矩阵，c为修正波长，x为原始波长，b为常数项；
如果n<0.5，输出检测结果，是否施用膨大剂：是，否则，输出检测结果，是否施用膨大剂：否。
本发明的检测原理：
施用和未施用膨大剂的猕猴桃果实在成熟过程中，其内部组织形态存在差异，进而影响其可见/近红外漫反射光谱，可见/近红外漫反射光谱中的特定波长（猕猴桃果实对光的特定吸收波长）能够体现猕猴桃内部组织形态的差异，使用本发明所述便携式猕猴桃膨大果快速无损检测装置能够采集猕猴桃果实可见/近红外漫反射光谱中的特定波长，并通过偏最小二乘判别分析法检测猕猴桃果实是否施用过膨大剂。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
a.本发明在检测过程中不需要将待测猕猴桃破坏，属于无损检测；
b.本发明配套软件内置猕猴桃膨大果检测所需所有特定波长处理算法，检测速度快；
c.本发明利用窄带滤光片、光电二极管、信号处理模块结合猕猴桃果实的特定波长，代替了传统采集光谱信息的光纤和光谱仪，操作简单、成本低、体积小；
附图标记
1.外壳；2.信号处理模块；3.散热风扇；4.散热模块；5.光电二极管底座；6.光电二极管；7.窄带滤光片底座；8.窄带滤光片；9.窄带滤光片顶盖；10.支架；11.光源探头；12.电源模块；13.运算控制器；14.测量按键；15.参考白板；16.锂电池；17.按钮；18.电源开关；19.显示器；20.光源；21.猕猴桃果实。
附图说明
图1是便携式猕猴桃膨大果快速无损检测装置结构图；
图2是提取特定波长原理图；
图3是便携式猕猴桃膨大果快速无损检测方法流程图；
图4是便携式猕猴桃膨大果快速无损检测装置工作示意图。
具体实施方式
下面结合一个优选的实施例和附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，便携式猕猴桃膨大果快速无损检测装置，组成包括外壳1、信号处理模块2、散热风扇3、散热模块4、光电二极管底座5、光电二极管6、窄带滤光片底座7、窄带滤光片8、窄带滤光片顶盖9、支架10、光源探头11、电源模块12、运算控制器13、测量按键14、参考白板15、锂电池16、按钮17、电源开关18、显示器19、光源20；所述光电二极管6和窄带滤光片8各有五个，五个电二极管6均固定安装在所述光电二极管底座5内，五个窄带滤光片8均固定安装在所述窄带滤光片底座7和所述窄带滤光片顶盖9之间；所述光电二极管底座5、窄带滤光片底座7、窄带滤光片顶盖9均依次穿过所述光源探头11并同轴心固定安装在所述外壳1上；所述支架10与所述光源探头11同轴心；所述五个光电二极管6和所述五个窄带滤光片8以所述光源探头11为圆心，等角度分布在以所述圆心组成的圆周上；所述信号处理模块2、散热风扇3、散热模块4、光电二极管底座5、支架10、电源模块12、运算控制器13、测量按键14、锂电池16、按钮17、电源开关18、显示器19均固定安装在外壳1上；所述光源20固定安装在光源探头11内；所述光源探头11固定安装在散热模块4内；所述信号处理模块2、电源模块12、测量按键14、按钮17、显示器19均与运算控制器13相连；所述电源模块12与锂电池16和光源20相连；所述光源20和运算控制器13均受电源开关18控制；所述信号处理模块2对所述电信号进行滤波和放大处理；所述运算控制器13具备把所述信号处理模块2处理后的电信号进行模数转换功能，并且可以将检测结果发送至显示器19；所述电源模块12能够给信号处理模块2、散热风扇3、运算控制器13、测量按键14、按钮17、显示器19、光源20提供合适的工作电压与工作电流，并且可以完成锂电池16的充电和放电。
如图2所示，提取特定波长的原理，所述光源20发出波长340nm~2400nm的光，照射猕猴桃果实21并发生漫反射，所述五个窄带滤光片8从波长340nm~2400nm的漫反射光中分别过滤出猕猴桃可见/近红外漫反射特定波长（660±5nm、940±5nm、1064±5nm、1250±5nm、1445±5nm，半峰值带宽均为20±5nm），所述五个光电二极管6分别测量所述猕猴桃可见/近红外漫反射特定波长并转化为电信号；
所述信号处理模块2有滤波、整流、放大的功能，运放芯片选用opa277高精度运放，0.1uf陶瓷贴片电容，16v10uf贴片钽电容；
所述散热风扇3选用jmc5010-5ls微型直流风扇；
所述散热模块4选用铝制散热块；
所述窄带滤光片8过滤出的特定波长分别为660±5nm、940±5nm、1064±5nm、1250±5nm、1445±5nm，半峰值带宽均为20±5nm；
所述光电二极管6有五个，选用ingaas和硅材质的光电二极管，每一个光电二极管6的最大响应峰值分别在所述窄带滤光片8过滤出光的特定波长附近；
所述支架10内外表面镀有遮光材料，与猕猴桃接触部位安装有硅胶垫；
所述光源探头11选用304不锈钢钢管；
所述电源模块12选用dd06cvsa型锂电池充放电模块；
所述运算控制器13选用基于armcortex-m3内核的stm32f103c8t6核心板；
所述参考白板15选用；
所述锂电池16选用两节3.7v伯朗103450聚合物锂电池；
所述按钮17由五个按键组成，每个按键对应上翻、下翻、确认、返回和主菜单；
所述显示器19选用基于ssd1306驱动芯片的1.3寸oled12864；
所述光源20选用波长340nm~2400nm的可见/近红外微型卤素灯，额定电压5v，额定电流1.2a。
如图3所示，便携式猕猴桃膨大果快速无损检测方法流程，包括以下步骤并按如下顺序执行：
a.便携式猕猴桃膨大果快速无损检测装置开机预热；
b.测量参考白板的可见/近红外漫反射特定波长作为修正波长c并保存；
c.测量猕猴桃果实的可见/近红外漫反射特定波长x并保存；
d.以（c-x）为输入参数，以猕猴桃膨大果和非膨大果标签作为输出参数，采用偏最小二乘判别分析法建立识别模型；
e.计算猕猴桃果实的阈值n，n=k（c-x）+b；
f.如果n<0.5，输出检测结果：是否施用膨大剂（是），否则，输出检测结果：是否施用膨大剂（否）。
为了完成猕猴桃膨大果和非膨大果检测功能，结合‘华优’品种猕猴桃进一步说明：
1.‘华优’品种猕猴桃膨大果和非膨大果检测模型的建立
选取完好无损的‘华优’品种猕猴桃膨大果1000个和非膨大果1000个作为建模样本，测量参考白板15的可见/近红外漫反射特定波长，作为修正波长c，每个猕猴桃果实选取位于赤道部位的两个测量点，各测量3次可见/近红外漫反射特定波长并求平均值，作为原始波长x；为了减小自然光和电源电压变化导致光源强度变化所带来的测量误差，所述支架10外表面和内表面均进行遮光处理；以所述（c-x）作为输入参数，以‘华优’品种猕猴桃膨大果标签和非膨大果标签作为输出参数，采用偏最小二乘判别分析法建立检测模型，得到‘华优’品种猕猴桃的检测模型系数，k=[-9.1358;7.8582;-3.9809;3.7086;6.9560]，b=0.2701，模型检测精度95.6%。
2.‘华优’品种猕猴桃膨大果和非膨大果检测模型的验证
选取完好无损的另外一批‘华优’品种猕猴桃膨大果300个和非膨大果300个作为验证样本，如图4所示，便携式猕猴桃膨大果快速无损检测装置的工作示意，对验证样本‘华优’品种猕猴桃膨大果和非膨大果进行检测，如果n<0.5，输出检测结果：是否施用膨大剂（是），否则，输出检测结果：是否施用膨大剂（否），验证检测精度95.8%。
以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均在本发明的保护范围之内。