CN109827991A - 一种水果甜度无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水果甜度无损检测方法，包括如下步骤：建立中心数据库，收集水果内部品质参数信息及电子束辐照后水果的红外热像特征图，提交至中心数据库中，作为对照值，并依次划分水果成熟度等级；对目标水果进行实测,将水果传送至真空检验室，电子束经过加速、聚焦成极细束流，沿着水果表面辐照，用红外探测器和光学成像物镜接收水果反映到红外探测器的红外辐射能量，从而获得红外热像图；将目标水果的红外热像图传送到中心数据库，与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，得出预测水果内部品质参数。该发明提供了一种快速、准确、可靠地对水果糖酸度的检测方法，并能够依据检测值来对水果的内部品质、尤其是口感进行相对可靠的分级。
Description
技术领域
本发明涉及农产品无损检测领域，尤其是涉及一种水果甜度无损检测方法。
背景技术
日常生活中购买水果时，通常需要判断水果的成熟度，一般采用看、摸、敲、闻等经验来判断，不仅效率低，而且准确度不高。因此，在农业生产过程中，对还未摘取的水果进行成熟度判断，也是一个重要的环节。现有的水果品质检测技术可分为有损检测和无损检测两种。有损检测技术费时费力、对环境造成污染以及对水果造成损伤，目前有逐渐被无损检测技术所取代的趋势。无损检测技术包括近 X 射线法、电学法、红外光谱法、电子鼻法、机器视觉法等，在不破坏水果外观、不改变水果风味的前提下通过水果的光学、电学、气味、动力学特性等对水果实现内部品质的检测。
目前市场上探熟水果的方式有很多，申请号为201410173206.4的专利提供了一种水果内部品质检测装置及检测方法，该水果内部品质检测装置包括检测传感器、放大器，所述检测传感器包括激磁元件、接收器，所述激磁元件与接收器输入端相连，所述接收器输出端与所述放大器相连，该发明虽然能够无损检测水果内部品质，但是无法依据水果内部品质预测值对水果口感进行分级，因此，急需研究一种预测精度更高、更稳定的水果内部品质的检测方法。
申请号 201310340098.0发明公开了一种水果品质声学无损检测装置，步进电机通过安装座固定在横梁的一端，安装座上端与叉形传感器支架的柄部连接，叉形传感器支架的两臂垂直向下分别装有激光发射管和接收管，在叉形传感器支架的任一臂上装有麦克风，敲击杆通过联轴器与步进电机轴端相连，横梁的另一端固定在垂直滑杆上端的滑槽中，垂直滑杆下端固定于底座边框上，控制器固定在横梁上，放有水果的托盘位于敲击杆下方，敲击杆和叉形传感器支架均位于水果的同一侧，敲击杆敲击落在水果的赤道部位上，能在叉形传感器支架的两臂内运动。该发明利用水果受到撞击时产生的声音信号的共振频率与水果品质之间的关系实现无损检测，但是针对水果内部化学成分的难以辨认，检测精度不够高，因此，急需一种快速、准确、可靠地对水果糖酸度的检测方法。
发明内容
本发明提供了一种水果甜度无损检测方法，利用不同品质的水果经过电子束辐照后，会产生温度和热量差异的特征，通过红外热像图判断水果成熟度，其不仅能够有效地对水果进行无损检测，并能够依据检测值来对水果的内部品质、尤其是口感进行相对可靠的分级。
本发明的技术方案：
一种水果甜度无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1) 建立中心数据库：选取一组水果为样品，用电子束辐照每个样品，通过红外探测器和光学成像物镜接收样品的热能，从而获得红外热像特征图；同时通过理化方法收集这批水果内部品质参数信息，包括检测水果中的糖分、酸度、水分的具体含量；将每个样品的品质参数信息对应红外热像特征图提交至中心数据库中，作为对照值，并依次划分水果成熟度等级，水果成熟度等级至少包括5个等级；
2) 对目标水果进行实测，实测步骤包括：将水果传送至真空检验室，电子束经过加速、聚焦成极细束流，沿着水果表面辐照，用红外探测器和光学成像物镜接收水果反映到红外探测器的光敏元件上的红外辐射能量，从而获得红外热像图；
3) 将目标水果的红外热像图传送到中心数据库，与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，中心数据库得出预测水果内部品质参数；
其中，待测水果测试之前在水果周围贴上导电胶；
其中，电子束辐照环境为真空条件下。
进一步的，水果检测步骤中使用的装置包括电子束发生装置、红外探测器、图像视频系统和真空装置。
进一步的，所述电子束发生装置包括电子枪、样品室、电磁透镜和扫描线圈。
进一步的，所述理化方法包括使用pH计检测水果样本酸度，用折射仪检测水果样本糖度。
进一步的，所述电子束能量范围为0.5-5.0 KV，能量密度0.1-0.5J/m2。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1.本发明使用电子束辐照水果并结合热红外检测器来检测水果成熟度方法和装置目前没有文章或相似的专利公开；
2.本发明有效地对水果进行无损检测，并能够依据检测值来对水果的内部品质、尤其是口感进行相对可靠的分级；
3.本发明利用不同品质的水果经过电子束辐照后，会产生温度和热量差异的特征，通过红外热像图判断水果成熟度。
具体实施方式
一种水果甜度无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)建立中心数据库：选取一组水果为样品，用电子束辐照每个样品，通过红外探测器和光学成像物镜接收样品的热能，从而获得红外热像特征图；同时通过理化方法收集这批水果内部品质参数信息，包括检测水果中的糖分、酸度、水分的具体含量；所述理化方法包括用折射仪检测水果样本糖度，使用pH计检测水果样本酸度；将每个样品的品质参数信息对应红外热像特征图提交至中心数据库中，作为对照值，特征参数越多，样本参考价值越高，并依次划分水果成熟度等级，水果成熟度等级至少包括5个等级，等级越高，水果内糖分比重越大，水果越甜；
2)对目标水果进行实测，实测步骤包括：将水果传送至真空检验室，电子束经过电磁透镜和扫描线圈加速、聚焦成极细束流，沿着水果表面辐照，在极短的时间内，电子的大部分动能转化成热能，用红外探测器和光学成像物镜接收水果反映到红外探测器的光敏元件上的红外辐射能量，从而获得红外热像图；
3)将目标水果的红外热像图传送到中心数据库，与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，中心数据库得出预测水果内部品质参数；
其中，待测水果测试之前在水果周围贴上导电胶，导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂，它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分，通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起，形成导电通路，实现被粘材料的导电连接。由于导电胶的基体树脂是一种胶黏剂，可以选择适宜的固化温度进行粘接。本实施例中所用的导电胶，原料组成为：甲基氢基聚硅氧烷100份，导电填料80-100份，稀释剂10-20份，促进剂5-10份，醇类延迟剂1-5份，硅氧烷偶联剂1-5份，上述份数均为质量份数。导电胶固化或干燥后，由于溶剂的挥发和胶粘剂的固化而引起胶粘剂体积的收缩，使导电粒子相互间呈稳定的连续状态，因而表现出导电性。具有良好的导电
性，其寿命比一般的双面贴纸长，常温下可工作最低5年。
由于水果导电性弱，如果观察前不贴上导电胶或者导电性不好，将产生电荷累计和放电，使得入射的电子束偏离正常路径，产生的热能出现差异，最终造成红外图像有误差甚至无法观察和成像。
根据需要，电子束辐照环境为真空条件下，只有在较高的真空条件下，电子才能高速运动。之所以要用真空，主要基于以下两点原因：电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱；为了增大电子的平均自由程，从而使得用于成像的电子更多。
传统的电子枪为了能够在水果样本上产生足够的电流密度，加压电压一般为1KeV或者更高，而电子的能量大部分消耗在水果样品表面。原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。高能量电子束在对水果样品表面进行电子补偿的同时，也会引起电子与水果样品表面之间发生相互作用，可能会发生电子诱导化学反应，电子激励脱附或者电子轰击加热而破坏水果表面。为了减少电子束对水果样品表面产生的负面作用，避免水果表面被破坏，必须使用较低的入射电子束能量，较大的入射角和快速帧扫描速度，所述电子束能量范围为0.5-5.0 KV，能量密度0.1-0.5J/m2。
根据需要，水果检测步骤中使用的装置包括电子束发生装置、红外探测器、图像视频系统和真空装置；电子枪的束斑大小可调节、能量可控、扫描范围可选择；根据需要，所述水果放入样品室经过电子束辐照，样品室主要部件是样品台，能够进行三维空间的移动，还能倾斜和转动，样品台移动范围一般可达到20厘米，倾斜范围至少在50度左右，转动360度。扫描装置由两组电磁线圈组成，一组用作电子探针对水果表面进行扫描，以激发水果表面不同层次结构和化学组成的信息电子，另一组是供显像管内的电子束在视觉显示器上与水果做同步扫描用。
电子束辐照水果后成像的原理是：当电子束在真空条件下对水果表面辐照，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦成极细束流，辐照到水果表面，并在极短的时间内，将电子的动能大部分转化成热能。热是物体中分子、原子运动的宏观表现，温度是度量其运动剧烈程度的基本物理量之一。各种物理、化学现象中，往往都伴随热交换及温度变化。分子化学键的振动、转动能级对应红外辐射波段。因此，通过检测水果发射的红外辐射，能够分析水果的状态、结构、状态和组分等。只要不处于绝对零度的水果，均会发出不同波长的电磁辐射，水果的温度越高，分子或原子的热运动越剧烈，则红外辐射越强。不同水果的内部成分对于电子束的吸收及反射能力不同。
水果中的碳水化合物、淀粉、糖分等成分分子，随着水果内部成分以及各成分质量分数的不同，其产生的热量也将发生变化。水果表面反射的热量聚焦到红外探测器上，用红外探测器和光学成像物镜接收水果反映到红外探测器的光敏元件上的红外辐射能量，探测器与图像视频系统一起将热辐射信号放大并转换成视频信号，通过视频显示器播放红外热像图，热图像的上面的不同颜色代表水果的不同温度。将目标水果的红外热像图传送到中心数据库，与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，中心数据库得出预测水果内部品质参数，并进行成熟度等级预测。
本发明的有益效果：首次使用电子束结合红外探测器在线检测水果成熟度的技术，目前没有文章或相似的专利公开；本发明不仅有效地对水果进行无损检测，并能够依据检测值来对水果的内部品质、尤其是口感进行相对可靠的分级；本发明利用不同品质的水果经过电子束辐照后，会产生温度和热量差异的特征，通过红外热像图判断水果成熟度。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种水果甜度无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立中心数据库：选取一组水果为样品，用电子束辐照每个样品，通过红外探测器和光学成像物镜接收样品的热能，从而获得红外热像特征图；同时通过理化方法收集这批水果内部品质参数信息，包括检测水果中的糖分、酸度、水分的具体含量；将每个样品的品质参数信息对应红外热像特征图提交至中心数据库中，作为对照值，并依次划分水果成熟度等级，水果成熟度等级至少包括5个等级；
对目标水果进行实测，实测步骤包括：
将水果传送至真空检验室，电子束经过加速、聚焦成极细束流，沿着水果表面辐照，用红外探测器和光学成像物镜接收水果反映到红外探测器的光敏元件上的红外辐射能量，从而获得红外热像图；
将目标水果的红外热像图传送到中心数据库，与中心数据库已知的水果内部品质信息作比对，中心数据库得出预测水果内部品质参数；
其中，待测水果测试之前在水果周围贴上导电胶；
其中，电子束辐照环境为真空条件下。
2.根据权利要求1所述的一种水果甜度无损检测方法，其特征在于，水果检测步骤中使用的装置包括电子束发生装置、红外探测器、图像视频系统和真空装置。
3.根据权利要求2所述的一种水果甜度无损检测方法，其特征在于，所述电子束发生装置包括电子枪、样品室、电磁透镜和扫描线圈。
4.根据权利要求1所述的一种水果甜度无损检测方法，其特征在于，所述理化方法包括使用pH计检测水果样本酸度，用折射仪检测水果样本糖度。
5.根据权利要求1所述的一种水果甜度无损检测方法，其特征在于，所述电子束能量范围为0.5-5.0 KV，能量密度0.1-0.5J/m2。
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|---|---|---|---|---|
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| CN112240842A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-19 | 苏州市美益添生物科技有限公司 | 一种用于水果成熟度的家用食品检测采样装置 |
| CN118329847A (zh) * | 2024-06-12 | 2024-07-12 | 中国热带农业科学院南亚热带作物研究所 | 基于透射光谱检测菠萝内腐情况的检测系统及方法 |
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