CN105651771A - 一种集成颜色传感-时间温度指示的农产品品质监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法。其中，所述方法包括：对农产品按照一定的规则分类，每类农产品选择一种代表性的农产品；根据活化能匹配原则和理化试验，选择与农产品活化能匹配的时间温度指示器；建立时间温度指示器颜色信息与农产品对应的品质数据库；集成颜色传感—时间温度指示的设计及优化；根据实时传输得到的颜色信息，得到品质数据。本发明提供了一种新的设计方法及理念，在把装置集成后，能够用它实现动态地追踪农产品的品质功能，提高农产品质量追溯体系的透明度与可追溯性，形成绿色可控、低能耗的质量追溯体系。

Description

一种集成颜色传感-时间温度指示的农产品品质监测方法

技术领域

本发明涉及无线传输领域，具体地，涉及一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法。

背景技术

时间温度指示器(TimeTemperatureIndicator，简称TTI)是一种通过机械形变、颜色变化或颜色移动等响应值反映被监测生鲜农产品品质的质量记录装置。TTI具有成本低、结构简单、可靠性高的特点，这使得TTI广泛用于农产品冷链物流中的品质监测。

光纤颜色传感器(Opticalfibercolorsensor)中的光纤是一个敏感元件，光在光纤中传输时，光的特性如振幅、波长、相位、偏振态等将随检测对象的变化而相应变化。光从光纤射出时，光的特性得到调制，通过对调制光的检测，便能感知外界的信息。为充分发挥光纤的这一特性，自70年代中期以来出现了许多特殊的光纤传感器，如光纤强度、相位、颜色传感器等。光源发出的光由透镜耦合到光纤束，在光纤束的出射端经分光板反射到达被测物，RGB标准滤色片同装在一个旋转盘上，当旋转盘转动时，物体反射的不同波长的光相继经过滤色片到达光探测器，从光敏管电流的强弱，即可反映被测物体的颜色。与传统传感器相比它具有以下优点：(1)解决了光源散热的问题；(2)环境适应能力强，集成度高，可实现实时监测；(3)快速响应能力。

然而，TTI主要通过颜色变化表征时间温度历史，颜色信息与时间温度历史信息相对照。颜色信息无法实时传输和监测，仅能通过肉眼进行识别判断。这导致TTI仅能够采集时间温度历史信息，无法传输时间温度历史信息，导致TTI在应用中存在很大的功能障碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法。其中，所述方法通过获取与农产品品质对应的颜色信息；以及根据所述颜色信息在数据库中查找与所述颜色信息对应的农产品货架期，获得农产品品质，能够实现动态地追踪农产品的品质功能，提高农产品质量追溯体系的透明度与可追溯性，形成绿色可控、低能耗的质量追溯体系。

为了实现上述目的，本发明提供一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法。所述方法包括以下步骤：

S1、对农产品按照一定的规则分类，每类农产品选择一种代表性的农产品；

S2、根据活化能匹配原则和理化试验，选择与农产品活化能匹配的时间温度指示器；

S3、建立时间温度指示器颜色信息与农产品对应的品质数据库；

S4、集成颜色传感—时间温度指示的设计及优化；

S5、根据实时传输得到的颜色信息，得到品质数据。

可选地，步骤S1具体包括：

根据果蔬、禽蛋产品、水产品等不同种类的农产品分类，每个种类的农产品选择一个代表性的产品。

可选地，步骤S2具体包括：

S21、确定农产品的活化能等理化指标；

S22、通过物理化学等试验方法，确定农产品的活化能匹配结果；

S23、根据匹配结果，确定最终每类农产品的时间温度指示器。

可选地，步骤S3具体包括：

S31、确定时间温度指示器的颜色信息范围、适用条件等相关信息；

S32、系统整理时间温度指示器的颜色信息变化范围、适用条件等相关信息，构建时间温度指示器颜色知识库；

S33、根据步骤S1所选择的代表性农产品，抽取其中的关键理化指标、货架期等信息，构建农产品货架期品质数据库；

S34、根据所建立的时间温度指示器颜色知识库与农产品货架期品质数据库进行颜色与农产品货架期品质关联；

S35、建立时间温度指示器颜色信息与农产品对应的品质数据库。

可选地，步骤S4具体包括：

S41、系统包括时间温度指示器、光纤颜色传感器、无线装置；

S42、所述光纤颜色传感器包括光纤、根据经济性和实用性及集成性原则选择的内置光源、RGB颜色识别系统、光电转换器件以及信号处理电路；

S43、所述无线装置包括RFID无线装置；

S44、将所述温度指示器、光纤颜色传感器以及无线装置进行总体集成。

可选地，所述光纤包括单模光纤。

可选地，所述光电转换器件包括光敏电阻。

可选地，步骤S5具体包括：

S51、光纤颜色传感器对所检测的农产品进行颜色信息的采集；

S52、无线装置将光纤颜色传感器采集的信息进行实时传送；

S53、将所接收到的颜色信息自动地与数据库进行对比，得到农产品的品质数据。

通过上述技术方案，对农产品按照一定的规则分类，每类农产品选择一种代表性的农产品；根据活化能匹配原则和理化试验，选择与农产品活化能匹配的时间温度指示器；建立时间温度指示器颜色信息与农产品对应的品质数据库；集成颜色传感—时间温度指示的设计及优化；以及根据实时传输得到的颜色信息，得到品质数据，能够实现动态地追踪农产品的品质功能，提高农产品质量追溯体系的透明度与可追溯性，形成绿色可控、低能耗的质量追溯体系。

附图说明

图1是本发明提供的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法的流程图；

图2是制作数据库的流程图；

图3是一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测设备的结构示意图

图4是光纤传感原理和光纤结构的示意图；

图5是一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测系统的结构示意图。

附图标记说明

10时间温度指示器20传感器30RFID无线装置

40第一设备50监测设备

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明提供的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法的流程图。如图1所示，本发明提供的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法包括以下步骤：

S1、对农产品按照一定的规则分类，每类农产品选择一种代表性的农产品；

S2、根据活化能匹配原则和理化试验，选择与农产品活化能匹配的时间温度指示器；

S3、建立时间温度指示器颜色信息与农产品对应的品质数据库；

S4、集成颜色传感—时间温度指示的设计及优化；

S5、根据实时传输得到的颜色信息，得到品质数据。

上述方法在把装置集成后，能够用它实现动态地追踪农产品的品质功能，提高农产品质量追溯体系的透明度与可追溯性，形成绿色可控、低能耗的质量追溯体系。

上述步骤S1中对农产品按照一定的规则分类，每类农产品选择一种代表性的农产品，具体包括：

根据果蔬、禽蛋产品、水产品等不同种类的农产品分类，每个种类的农产品选择一个代表性的产品。

上述步骤S2中根据活化能匹配原则和理化试验，选择与农产品活化能匹配的时间温度指示器，具体包括：

S21、确定农产品的活化能等理化指标；

S22、通过物理化学等试验方法，确定农产品的活化能匹配结果；

S23、根据匹配结果，确定最终每类农产品的时间温度指示器。

图2是制作数据库的流程图。如图2所示，上述步骤S3中建立时间温度指示器颜色信息与农产品对应的品质数据库，具体包括：

S31、确定时间温度指示器的颜色信息范围、适用条件等相关信息；

S32、系统整理时间温度指示器的颜色信息变化范围、适用条件等相关信息，构建时间温度指示器颜色知识库；

S33、根据步骤S1所选择的代表性农产品，抽取其中的关键理化指标、货架期等信息，构建农产品货架期品质数据库；

S34、根据所建立的时间温度指示器颜色知识库与农产品货架期品质数据库进行颜色与农产品货架期品质关联；

S35、建立时间温度指示器颜色信息与农产品对应的品质数据库。

在本发明的另一种具体实施方式中，如何得到数据库包括：首先，根据活化能匹配原则选择与每类农产品的活化能匹配的时间温度指示器。具体地，根据果蔬、禽蛋产品、水产品等不同种类的农产品分类，每个种类的农产品选择一个代表性的产品，并根据活化能匹配原则，选择与每类农产品活化能接近的TTI。接着，将每类农产品与相应的时间温度指示器放在相同的实验条件下进行货架期实验。紧接着，每隔预设的时间段读取每类农产品从货架期开始到货架期结束的颜色信息。具体地，将匹配好的TTI和农产品放在相同的实验条件下进行货架期实验；在实验进行过程中，每隔4个小时观察并记录TTI的颜色，直至每种农产品货架期重点。最后，根据所述颜色信息制作所述颜色信息与农产品货架期对应的数据库。

上述步骤S4中集成颜色传感—时间温度指示的设计及优化，具体包括：

S41、系统包括时间温度指示器、光纤颜色传感器、无线装置；

S42、所述光纤颜色传感器包括光纤、根据经济性和实用性及集成性原则选择的内置光源、RGB颜色识别系统、光电转换器件以及信号处理电路；

S43、所述无线装置包括RFID无线装置；

S44、将所述温度指示器、光纤颜色传感器以及无线装置进行总体集成。

图3是一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测设备的结构示意图。如图3所示，一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测设备包括：时间温度指示器10，设置于农产品中，用于指示与农产品品质对应的颜色信息；传感器20，用于采集所述时间温度指示器指示的颜色信息；以及RFID无线装置30，与所述传感器20连接，用于以射频信号发送所述颜色信息。藉此，解决了TTI的颜色信息无法实时传输和无法实时监测农产品品质的问题。

在具体的应用中，所述时间温度指示器(TTI)10包括时间温度指示器，所述传感器20包括光纤颜色传感器，将时间温度指示器、光纤颜色传感器以及RFID无线装置30进行总体集成便可得到一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测设备。

其中，所述光纤颜色传感器包括：内置光源、光纤、RGB颜色识别系统、光电转换器件以及信号处理电路，所述内置光源，位于所述光纤的一端，用于提供光源；所述光纤，用于将所述内置光源提供的第一光信号传输至被测物；所述RGB颜色识别系统，用于识别所述被测物反射的第二光信号；所述光电转换器件，用于接收所述第二光信号，并将所述第二光信号转换成相应的电信号；以及所述信号处理电路，与所述光电转换器件连接，用于对所述电信号进行放大及运算调制，以使得所述电信号适于传输或测量。在具体的实施方式中，所述光纤包括单模光纤，所述光电转换器件包括光敏电阻。

具体地，外界的太阳光以及杂散光都会对光的传输精度产生影响，在本申请中，申请人选择采用内置光源来提高传输的精度。光纤颜色传感器所用光纤有单模光纤和多模光纤。对于光纤，数值孔径NA是一个重要的参数，它是指光纤的集光能力，即指光纤接受光量的多少。图4是光纤传感原理和光纤结构的示意图。如图4所示，当射入端面的光在2θ_c内，光纤才能够工作。如果过大，不能满足(a和b分别表示光纤包层和光纤纤芯的折射率)的要求，会产生漏光的情况。因此选择合适大小的数值孔径很重要，大的数值孔径有利于耦合效率的提高，数值孔径过大，会造成光信号的畸变，所以要选择适当孔径的光纤很重要。下面讲解一下数值孔径的计算。如图4所示，把一束光以于轴线成θ角射入，根据折射定律，在光纤内部折射成θ′，然后在以α角入射到纤芯与包层的界面。若要发生全反射，则纤芯与界面的光线入射角α应大于临界角β，

$\mathrm{\α}\≥\mathrm{\β}=arcsin\frac{a}{b}---\left(1.1\right)$

光在光纤中重复反射直到到达另一个端面。为满足光在光纤内的全内反射,光入射到光纤端面的临界入射角θ_c应满足下式，其中b和a分别表示纤芯和包层的折射率:

所以，n₀sinθ_c＝(b²-a²)^1/2(1.3)

光纤在实际应用时，只要满足全反射的条件，光就可以一直前进。本申请所用光纤是在空气中，在空气中n₀＝1。所以光纤端面的入射角为：

θ≤θ_c＝arcsin(b²-a²)^1/2(1.4)

即,

NA＝sinθ_c＝(b²-a²)^1/2(1.5)

在经过上述计算，根据集成性、经济性、实用性的原则，在满足需要的前提下，本申请人选择使用单模光纤。

在具体的应用中，光纤颜色传感器有两种基本的类型：其一是RGB颜色传感器，检测的是三刺激值；其二是色差传感器，检测被测物体与标准颜色的色差。根据经济性及可用性原则，本申请采用RGB颜色识别系统。

光电转换器件是将光能转换为电能的一种传感器件,它是构成光电式传感器最主要的部件。光电转换器件响应快、结构简单、使用方便,而且有较高的可靠性,因此，在自动检测、计算机和控制系统中,应用非常广泛。光电转换器件工作的物理基础是光电效应。在光线作用下,物体的电导性能改变的现象称为内光电效应,如光敏电阻等就属于这类光电器件，本申请中选择光敏电阻作为光电转换器件。

信号处理电路是指将传感器中光敏电阻转换的电信号转换成适于传输或测量的电信号。由于传感器的输出信号一般都很微弱,因此，需要有信号处理电路对其进行放大、运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用,传感器的信号处理电路可能安装在传感器的壳体里或与光敏电阻一起集成在同一芯片上。此外,信号处理电路以及传感器的工作必须有辅助的电源,因此,信号处理电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。

图5是一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测系统的结构示意图。如图5所示，先根据传感器20的具体结构简要介绍一下传感器20的原理。内置光源发出的光由透镜系统1耦合到光纤束，在光纤束的出射端经分光板反射到达TTI10，RGB标准滤色片同装在一个旋转盘上，当旋转盘转动时，TTI10反射的不同波长的光相继经过滤色片和RGB颜色识别系统到达透镜系统2，由光信号接收器将接收的颜色光束发送至光电转换器，然后，光电转换器将光信号转换为电信号，电信号经信号处理电路处理后，根据电信号的电流强弱，即可反映被测图样(TTI)的颜色。

上述步骤S5中根据实时传输得到的颜色信息，得到品质数据，具体包括：

S51、光纤颜色传感器对所检测的农产品进行颜色信息的采集；

S52、无线装置将光纤颜色传感器采集的信息进行实时传送；

S53、将所接收到的颜色信息自动地与数据库进行对比，得到农产品的品质数据。

如图5所示，一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测系统包括：第一设备40；以及监测设备50，与所述第一设备40连接，用于根据所述颜色信息在数据库中查找与所述颜色信息对应的农产品货架期，获得农产品品质，从而实现监测农产品的品质。藉此，能够实现动态地追踪农产品的品质功能，提高农产品质量追溯体系的透明度与可追溯性，形成绿色可控、低能耗的质量追溯体系。

在具体的应用中，第一设备40为一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测设备。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、对农产品按照一定的规则分类，每类农产品选择一种代表性的农产品；

S2、根据活化能匹配原则和理化试验，选择与农产品活化能匹配的时间温度指示器；

S3、建立时间温度指示器颜色信息与农产品对应的品质数据库；

S4、集成颜色传感—时间温度指示的设计及优化；

S5、根据实时传输得到的颜色信息，得到品质数据。

2.根据权利要求1所述的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法，其特征在于，步骤S1具体包括：

根据果蔬、禽蛋产品、水产品等不同种类的农产品分类，每个种类的农产品选择一个代表性的产品。

3.根据权利要求1所述的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

S21、确定农产品的活化能等理化指标；

S22、通过物理化学等试验方法，确定农产品的活化能匹配结果；

S23、根据匹配结果，确定最终每类农产品的时间温度指示器。

4.根据权利要求1所述的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

S31、确定时间温度指示器的颜色信息范围、适用条件等相关信息；

S32、系统整理时间温度指示器的颜色信息变化范围、适用条件等相关信息，构建时间温度指示器颜色知识库；

S33、根据步骤S1所选择的代表性农产品，抽取其中的关键理化指标、货架期等信息，构建农产品货架期品质数据库；

S34、根据所建立的时间温度指示器颜色知识库与农产品货架期品质数据库进行颜色与农产品货架期品质关联；

S35、建立时间温度指示器颜色信息与农产品对应的品质数据库。

5.根据权利要求1所述的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法，其特征在于，步骤S4具体包括：

S41、系统包括时间温度指示器、光纤颜色传感器、无线装置；

S42、所述光纤颜色传感器包括光纤、根据经济性和实用性及集成性原则选择的内置光源、RGB颜色识别系统、光电转换器件以及信号处理电路；

S43、所述无线装置包括RFID无线装置；

S44、将所述温度指示器、光纤颜色传感器以及无线装置进行总体集成。

6.根据权利要求5所述的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法，其特征在于，所述光纤包括单模光纤。

7.根据权利要求5所述的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法，其特征在于，所述光电转换器件包括光敏电阻。

8.根据权利要求5所述的集成颜色传感—时间温度指示的农产品品质监测方法，其特征在于，步骤S5具体包括：

S51、光纤颜色传感器对所检测的农产品进行颜色信息的采集；

S52、无线装置将光纤颜色传感器采集的信息进行实时传送；

S53、将所接收到的颜色信息自动地与数据库进行对比，得到农产品的品质数据。