CN110554157A - 一种果蔬采后生理参数测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种果蔬采后生理参数测定装置及方法，通过分别在开放气路或封闭气路中，基于自动测定的待测采后果蔬的二氧化碳浓度、氧气浓度、乙烯浓度、温度、湿度、气压、果蔬重量、气体流速等参数，获取待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率，即获取采后果蔬在通入稳定气体的开放气路中的生理参数，或采后果蔬在封闭气路中的生理参数，从而获取待测采后果蔬呼吸作用、成熟与衰老作用、蒸腾作用等的生理参数，以实现果蔬采后生理作用的全面监测。本发明自动、快速、准确地测定果蔬产品的采后生理作用，可用于各种测定环境。

Description

一种果蔬采后生理参数测定装置及方法

技术领域

本发明涉及植物生理参数监测领域，尤其涉及一种果蔬采后生理参数测定装置及方法。

背景技术

果蔬在采收后，由于离开了母体，其水分、矿质以及有机物的输入均已停止，果蔬需要进行呼吸作用并消耗储藏的有机物质、释放出能量以维持正常的生命活动。同时，果蔬采收后，物质积累停止，干物质不再增加，果蔬体内物质不断转化，使固有的色、香、味、质地以及营养物质在成熟过程中逐渐达到最佳使用阶段，之后进入衰老过程并发生一系列的品质劣变。另外，果蔬采收后，还会由于蒸腾作用，使得水分很容易流失，导致果蔬的失重和失鲜。由此可知，果蔬采后的呼吸作用、成熟与衰老作用，以及蒸腾作用等综合生理作用的强弱与果蔬组织的采后生理生化变化、果蔬的采后贮藏寿命密切相关。因此，对待测采后果蔬的生理作用监控，已成为果蔬贮藏的核心问题。

其中，呼吸速率，即单位重量的植物体在单位时间内释放出的二氧化碳或吸收的氧气质量是表示呼吸作用进行快慢的指标，呼吸速率高，则表示呼吸旺盛，消耗的呼吸底物多而块。同时，乙烯释放速率，即通过测定单位重量植物体在单位时间内释放出的乙烯质量，是表示果蔬成熟与衰老作用快慢的指标。另外，蒸腾速率，即单位重量的植物体在单位时间内蒸腾的水分质量，是表示蒸腾作用强弱的指标。因此，可以通过呼吸速率、乙烯释放速率和蒸腾所用分别表示果蔬采后呼吸作用、成熟与衰老作用和蒸腾作用的指标。

目前，已有用于测定二氧化碳、氧气、乙烯的气体分析仪器，但是这些气体分析仪器不能满足待测采后果蔬呼吸作用、成熟与衰老作用、蒸腾作用等采后生理活动进行监测的需求，无法全面掌握果蔬采后的生理状态。另外，现有的仪器智能化程度低、功能不完善，需由人工测量果蔬体积、果蔬重量等参数，且不具备数据存储、自动处理和数据传输等功能。气谱法原理的仪器价格高，也不便于携带至实验室外测量；近红外原理的仪器操作费时，预热时间往往达到0.5小时至2小时。由此可见，这些测定仪器在操作性、准确性、成本、以及便捷性等性能方面各有优劣，但这些测定仪器的性能无法同时满足果蔬采后生理参数的监测。

因此亟需一种智能化、准确性好、成本低、响应快的果蔬采后生理参数监测装置，以更好地满足研究果蔬贮运保鲜作业的需要。

发明内容

为了解决目前的测定仪器无法同时满足果蔬采后生理参数的监测的问题，第一方面，本发明实施例提供一种开放气路果蔬采后生理参数测定装置，该装置包括：依次连接的稳定气瓶、气室、第一传感器组、流量传感器、电磁阀和调速气泵，两端分别与稳定气瓶和电磁阀连接的第二传感器组，设于气室内部的第三传感器组，以及分别与第一传感器组、第二传感器组、第三传感器组、流量传感器、电磁阀和调速气泵连接的处理控制模块；相应地，稳定气瓶与气室的进气口相连，气室的出气口与第一传感器组相连；流量传感器和电磁阀的第一进气口相连，第二传感器组与电磁阀的第二进气口相连，调速气泵的进气口与电磁阀的出气口相连；其中，待测采后果蔬放置于气室内部，处理控制模块基于第一传感器组检测的气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，第二传感器组检测的气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，第三传感器组检测的气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及流量传感器检测的气体流速，测量待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

其中，还包括设于稳定气瓶的出气口处的减压气阀，减压气阀用于控制稳定气瓶输出的稳定气源的流量；稳定气源为空气。

其中，还包括供电模块，处理控制模块、第一传感器组、第二传感器组、第三传感器组、流量传感器、电磁阀和调速气泵分别与供电模块相连。

优选地，处理控制模块包括数据存储单元、数据处理单元和触摸显示单元；其中，数据存储单元用于存储气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及气体流速；数据处理单元用于基于气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及气体流速，测量待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率；触摸显示单元用于显示气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，气体流速，以及待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于开放气路果蔬采后生理参数测定装置的开放气路果蔬采后生理参数测定方法，该方法包括：将待测采后果蔬放置于气室内部，将稳定气瓶中的稳定气体输入气室内并使得稳定气体在开放气路中流通；通过第一传感器组检测气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，通过第二传感器组检测气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，通过第三传感器组检测气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，通过流量传感器检测稳定气体的流速；利用处理控制模块基于气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及稳定气体的流速，建立待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型、氧气吸收速率的模型、乙烯释放速率的模型和蒸腾速率的模型，并分别获取开放气路中待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

优选地，待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型为：

其中，QC_i为二氧化碳释放速率，C_i为第一传感器组采样的二氧化碳浓度，C_j为第二传感器组采样的二氧化碳浓度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₁为二氧化碳释放速率常数；

待测采后果蔬的氧气吸收速率的模型为：

其中，QO_i为氧气吸收速率，O_i为第一传感器组采样的氧气浓度，O_j为第二传感器组采样的氧气浓度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₂为氧气吸收速率常数；

乙烯释放速率的模型为：

其中，QE_i为乙烯释放速率，E_i为第一传感器组采样的乙烯浓度，E_j为传感器组二采样的乙烯浓度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₃为乙烯释放速率常数；

蒸腾速率的模型为：

其中，TR_i为蒸腾速率，RH_i为第一传感器组采样的湿度，RH_j为第二传感器组采样的湿度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₄为蒸腾速率常数。

第三方面，本发明还提供一种封闭气路果蔬采后生理参数测定装置，该装置包括：依次相连的气室、第一传感器组、流量传感器、电磁阀和调速气泵，与电磁阀相连的第二传感器组，设于气室内部的第三传感器组，以及分别与第一传感器组、第二传感器组、第三传感器组、流量传感器、电磁阀和调速气泵连接的处理控制模块；相应地，气室的进气口和调速气泵的出气口相连，气室的出气口和第一传感器组相连；流量传感器和电磁阀的第一进气口相连，第二传感器组与电磁阀的第二进气口相连，调速气泵的进气口与电磁阀的出气口相连；其中，待测采后果蔬放置于气室内部，处理控制模块基于第一传感器组检测的气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，第三传感器组检测的气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及流量传感器检测的气体流速，测量待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

其中，还包括供电模块，处理控制模块、第一传感器组、第二传感器组、第三传感器组、流量传感器、电磁阀和调速气泵分别与供电模块相连。

优选地，处理控制模块包括数据存储单元、数据处理单元和触摸显示单元；其中，数据存储单元用于存储气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及气体流速；数据处理单元用于基于气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及气体流速，测量待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率；触摸显示单元用于显示气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，气体流速，以及待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

第四方面，本发明实施例还提供一种基于封闭气路果蔬采后生理参数测定装置的封闭气路果蔬采后生理参数测定方法，该方法包括：将待测采后果蔬放置于气室内部通过第一传感器组检测气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，通过第三传感器组检测气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，通过流量传感器检测稳定气体的流速；利用处理控制模块基于气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及稳定气体的流速，建立待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型、氧气吸收速率的模型、乙烯释放速率的模型和蒸腾速率的模型，并分别获取封闭气路中待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

优选地，待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型为：

其中，QC_i为二氧化碳释放速率，C_i为第一传感器组采样的二氧化碳浓度，C_i-1为第一传感器组上一次采样的二氧化碳浓度，V₁为气室容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₁为二氧化碳释放速率常数。

待测采后果蔬的氧气吸收速率的模型为：

其中，QO_i为氧气吸收速率，O_i为第一传感器组采样的氧气浓度，O_i-1为第一传感器组上一次采样的氧气浓度，V₁为气室容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₂为氧气吸收速率常数。

乙烯释放速率的模型为：

其中，QE_i为乙烯释放速率，E_i为第一传感器组采样的乙烯浓度，E_i-1为第一传感器组上一次采样的乙烯浓度，V₁为气室容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₃为乙烯释放速率常数。

蒸腾速率的模型为：

其中，TR_i为蒸腾速率，RH_i为第一传感器组采样的湿度，RH_i-1为第一传感器组上一次采样的湿度，V₁为气室容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₄为蒸腾速率常数。

本发明实施例提供了一种果蔬采后生理参数测定装置及方法，通过分别在开放气路或封闭气路中，基于自动测定的待测采后果蔬的二氧化碳浓度、氧气浓度、乙烯浓度、温度、湿度、气压、果蔬重量、气体流速等参数，获取待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率，即在获取采后果蔬在通入稳定气体的开放气路中的生理参数，或采后果蔬在封闭气路中的生理参数，从而获取待测采后果蔬呼吸作用、成熟与衰老作用、蒸腾作用等的生理参数，以实现果蔬采后生理作用的全面监测。本发明自动、快速、准确地测定果蔬产品的采后生理作用，可用于各种测定环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的开放气路果蔬采后生理参数测定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的气室的结构示意图；

图3为本发明实施例的封闭气路果蔬采后生理参数测定装置的结构示意图；

其中：

1、气室 2、气室的进气口 3、气室的出气口

41、温度传感器 42、湿度传感器 5、气压传感器

6、称重传感器 7、待测采后果蔬 8、稳定气瓶

9、减压气阀 10、软管 11、第一传感器组

12、流量传感器 13、电磁阀 14、调速气泵

15、第二传感器组 16、处理控制模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的开放气路果蔬采后生理参数测定装置的结构示意图，图2为本发明实施例的气室的结构示意图，如图1和图2所示，本发明实施例提供一种开放气路果蔬采后生理参数测定装置，该装置包括：依次连接的稳定气瓶8、气室1、第一传感器组11、流量传感器12、电磁阀13和调速气泵14，以及两端分别与稳定气瓶8和电磁阀13连接的第二传感器组15，与设于气室1内部的第三传感器组，还有分别与第一传感器组11、第二传感器组15、第三传感器组、流量传感器12、电磁阀13和调速气泵14连接的处理控制模块16；相应地，稳定气瓶8与气室的进气口2相连，气室的出气口3与第一传感器组11相连；流量传感器12和电磁阀13的第一进气口相连，第二传感器组15与电磁阀13的第二进气口相连，调速气泵14的进气口与电磁阀13的出气口相连；其中，待测采后果蔬7放置于气室1内部，处理控制模块16基于气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，以及气体流速，测量待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

具体地，将果蔬设于气室1内部，并在气室1内部设置第三传感器组；同时将稳定气瓶8、气室的进气口2、气室的出气口3、第一传感器组11、流量传感器12、电磁阀13的第一进气口，电磁阀13的出气口和调速气泵14的进气口依次连接，并将第二传感器组15的一端和稳定气瓶8连接，另一端和电磁阀13的第二进气口连接，由此组成开放气路。然后，通过第一传感器组11检测气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，并通过第二传感器组15检测气室1输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，用流量传感器12检测系统中的气体流速，最后通过处理控制模块16基于气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，以及气体流速，测量待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

其中，第一传感器组11包括封装于第一外壳内的第一二氧化碳传感器、第一氧气传感器和第一乙烯传感器，第一二氧化碳传感器、第一氧气传感器和第一乙烯传感器分别用于检测气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度；第二传感器组15包括封装于第二外壳内的第二二氧化碳传感器、第二氧气传感器和第二乙烯传感器，第二二氧化碳传感器、第二氧气传感器和第二乙烯传感器分别用于检测气室1输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度；第三传感器组包括温度传感器41、湿度传感器42、气压传感器5和称重传感器6分别用于测量气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量。

其中，还包括设于稳定气瓶8的出气口处的减压气阀9，减压气阀9用于控制稳定气瓶8输出的稳定气源的流量；稳定气源为空气。

其中，还包括供电模块，处理控制模块16、第一传感器组11、第二传感器组15、第三传感器组、流量传感器12、电磁阀13和调速气泵14分别与供电模块相连。

基于上述实施例，处理控制模块16包括数据存储单元、数据处理单元和触摸显示单元；其中，数据存储单元用于存储气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，以及气体流速；数据处理单元用于基于气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，以及气体流速，测量待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率；触摸显示单元用于显示气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，气体流速，以及待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

进一步地，处理控制模块16还包括数据传输单元，以有线通信和/或无线通信的方式传输各传感器检测的参数数据以及检测时的实时时间。

基于上述实施例，本发明实施例还提供一种基于开放气路果蔬采后生理参数测定装置的开放气路果蔬采后生理参数测定方法，该方法包括：将待测采后果蔬放置于气室内部，将稳定气瓶中的稳定气体输入气室内并使得稳定气体在开放气路中流通；通过第一传感器组检测气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，通过第二传感器组检测气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，通过第三传感器组检测气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，通过流量传感器检测稳定气体的流速；利用处理控制模块基于气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及稳定气体的流速，建立待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型、氧气吸收速率的模型、乙烯释放速率的模型和蒸腾速率的模型，并分别获取开放气路中待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

基于上述实施例，在开放气路果蔬采后生理参数测定方法中，待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率的模型为：

其中，QC_i为二氧化碳释放速率，C_i为第一传感器组11采样的二氧化碳浓度，C_j为第二传感器组15采样的二氧化碳浓度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室1内温度，P_i为气室1内气压，K₁为二氧化碳释放速率常数。

待测采后果蔬7的氧气吸收速率的模型为：

其中，QO_i为氧气吸收速率，O_i为第一传感器组11采样的氧气浓度，O_j为第二传感器组15采样的氧气浓度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室1内温度，P_i为气室1内气压，K₂为氧气吸收速率常数。

乙烯释放速率的模型为：

其中，QE_i为乙烯释放速率，E_i为第一传感器组11采样的乙烯浓度，E_j为传感器组二采样的乙烯浓度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室1内温度，P_i为气室1内气压，K₃为乙烯释放速率常数。

蒸腾速率的模型为：

其中，TR_i为蒸腾速率，RH_i为第一传感器组11采样的湿度，RH_j为第二传感器组15采样的湿度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室1内温度，P_i为气室1内气压，K₄为蒸腾速率常数。

需要说明的是，利用处理控制模块16的触摸显示单元，还可以选择开放气路还是封闭气路，以及设置待测采后果蔬7的名称、实验时间、采样间隔、气体流速。

下面给出该开放气路果蔬采后生理参数测定方法的操作流程，以详细解释其运行步骤。

A1：打开供电模块提供工作电压和电流，处理控制模块16向调速气泵14发送指令开始将稳定气瓶8内的稳定气体抽入开放气路，装置开始预热，待预热时间结束后关闭调速气泵14；

A2：将待测采后果蔬7放入气室1，并通过触摸显示单元选择开放气路实验；

A3：用户以软管10连接稳定气瓶8和气室的进气口2，以软管10连接稳定气瓶8和第二传感器组15的进气口；

A4：用户通过触摸显示单元设置待测采后果蔬7的名称、实验时间、采样间隔、气体流速，设置二氧化碳释放速率的模型、氧气吸收速率的模型、乙烯释放速率的模型、蒸腾速率的模型；

A5：处理控制模块16根据设置的气体流速，发送指令到调速气泵14，将气体流速调整到相应大小，根据设置的采样间隔发出采样指令，各传感器组采集电信号并传输给处理控制模块16；

A6：处理控制模块16将第一传感器组11中的各传感器的电信号分别转化为第一传感器组11采样的二氧化碳浓度C_i、氧气浓度O_i、乙烯浓度E_i，将第二传感器组15中的各传感器的电信号分别转化为第二传感器组15采样的二氧化碳浓度C_i、氧气浓度O_i、乙烯浓度E_i，将第三传感器组中的各传感器的电信号分别转化为气室1内温度T_i、气室1内湿度RH_i、气室1内气压P_i、果蔬重量M_i，将流量传感器12的电信号转化为气体流速值F_i；

A7：处理控制模块16将各参数值代入二氧化碳释放速率的模型、氧气吸收速率的模型、乙烯释放速率的模型、蒸腾速率的模型，分别计算开放气路中的待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率QC_i、氧气吸收速率QO_i、乙烯释放速率QE_i、蒸腾速率TR_i；

A8：处理控制模块16将各参数值、二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率、蒸腾速率传输到触摸显示单元、数据存储单元、数据传输单元，实现数据的显示、存储和传输；

A9：如果实验时间还未结束，进入A10，否则进入A11；

A10：如果采样间隔结束，进入A5，否则返回A9；

A11：实验时间结束，处理控制模块16向调速气泵14发送关闭指令，装置进入等待状态。

图3为本发明实施例的封闭气路果蔬采后生理参数测定装置的结构示意图，如图2和图3所示，本发明还提供一种封闭气路果蔬采后生理参数测定装置，该装置包括：依次相连的气室1、第一传感器组11、流量传感器12、电磁阀13和调速气泵14，与电磁阀13相连的第二传感器组15，以及设于气室1内部的第三传感器组，还有分别与第一传感器组11、第二传感器组15、第三传感器组、流量传感器12、电磁阀13和调速气泵14连接的处理控制模块16；相应地，气室的进气口2和调速气泵14的出气口相连，气室的出气口3和第一传感器组11相连；流量传感器12和电磁阀13的第一进气口相连，第二传感器组15与电磁阀13的第二进气口相连，调速气泵14的进气口与电磁阀13的出气口相连；其中，待测采后果蔬7放置于气室1内部，处理控制模块16基于气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，以及气体流速，测量待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

具体地，将果蔬设于气室1内部，并在气室1内部设置第三传感器组；同时将稳定气瓶8、气室的进气口2、气室的出气口3、第一传感器组11、流量传感器12、电磁阀13的第一进气口，电磁阀13的出气口和调速气泵14的进气口依次连接，并将第二传感器组15的一端和稳定气瓶8连接，另一端和电磁阀13的第二进气口连接，由此组成开放气路。然后，通过第一传感器组11检测气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，用流量传感器12检测系统中的气体流速，最后通过处理控制模块16基于气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，以及气体流速，测量待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

其中，第一传感器组11包括封装于第一外壳内的第一二氧化碳传感器、第一氧气传感器和第一乙烯传感器，第一二氧化碳传感器、第一氧气传感器和第一乙烯传感器分别用于检测气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度；第二传感器组15包括封装于第二外壳内的第二二氧化碳传感器、第二氧气传感器和第二乙烯传感器，需要说明的是，第二传感器组15不参与试验；第三传感器组包括温度传感器41、湿度传感器42、气压传感器5和称重传感器6分别用于测量气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量。

其中，还包括供电模块，处理控制模块16、第一传感器组11、第二传感器组15、第三传感器组、流量传感器12、电磁阀13和调速气泵14分别与供电模块相连。

基于上述实施例，处理控制模块16包括数据存储单元、数据处理单元和触摸显示单元；其中，数据存储单元用于存储气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，以及气体流速；数据处理单元用于基于气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，以及气体流速，测量待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率；触摸显示单元用于显示气室1输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室1内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬7的重量，气体流速，以及待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

进一步地，处理控制模块16还包括数据传输单元，以有线通信和/或无线通信的方式传输各传感器检测的参数数据以及检测时的实时时间。

基于上述实施例，本发明实施例还提供一种基于封闭气路果蔬采后生理参数测定装置的封闭气路果蔬采后生理参数测定方法，该方法包括：将待测采后果蔬放置于气室内部；通过第一传感器组检测气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，通过第三传感器组检测气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，通过流量传感器检测稳定气体的流速；利用处理控制模块基于气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及稳定气体的流速，建立待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型、氧气吸收速率的模型、乙烯释放速率的模型和蒸腾速率的模型，并分别获取封闭气路中待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

基于上述实施例，在开放气路果蔬采后生理参数测定方法中，待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率的模型为：

其中，QC_i为二氧化碳释放速率，C_i为第一传感器组11采样的二氧化碳浓度，C_i-1为第一传感器组11上一次采样的二氧化碳浓度，V₁为气室1容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室1内温度，P_i为气室1内气压，K₁为二氧化碳释放速率常数。

待测采后果蔬7的氧气吸收速率的模型为：

其中，QO_i为氧气吸收速率，O_i为第一传感器组11采样的氧气浓度，O_i-1为第一传感器组11上一次采样的氧气浓度，V₁为气室1容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室1内温度，P_i为气室1内气压，K₂为氧气吸收速率常数。

乙烯释放速率的模型为：

其中，QE_i为乙烯释放速率，E_i为第一传感器组11采样的乙烯浓度，E_i-1为第一传感器组11上一次采样的乙烯浓度，V₁为气室1容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室1内温度，P_i为气室1内气压，K₃为乙烯释放速率常数。

蒸腾速率的模型为：

其中，TR_i为蒸腾速率，RH_i为第一传感器组11采样的湿度，RH_i-1为第一传感器组11上一次采样的湿度，V₁为气室1容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室1内温度，P_i为气室1内气压，K₄为蒸腾速率常数。

下面给出该封闭气路果蔬采后生理参数测定方法的操作流程，以详细解释其运行步骤。

B1：打开供电模块提供工作电压和电流，处理控制模块16向调速气泵14发送指令开始将循环气体抽入该封闭气路，装置开始预热，待预热时间结束后关闭调速气泵14；

B2：将待测采后果蔬7放入气室1，并通过触摸显示单元选择开放气路实验；

B3：用户以软管10连接以软管10连接调速气泵14的出气口和气室的进气口2；

B4：用户通过触摸显示单元设置待测采后果蔬7的名称、实验时间、采样间隔、气体流速、气室1容积、系统容积、水果体积，设置二氧化碳释放速率的模型、氧气吸收速率的模型、乙烯释放速率的模型、蒸腾速率的模型；

B5：处理控制模块16发送指令到电磁阀13，关闭电磁阀13的第二进气口，根据设置的气体流速，发送指令到调速气泵14，将气体流速调整到相应大小，根据设置的采样间隔发出采样指令，各传感器、流量传感器12采集电信号并传输给处理控制模块16；

B6：处理控制模块16将第一传感器组11中的各传感器的电信号分别转化为第一传感器组11采样的二氧化碳浓度C_i、氧气浓度O_i、乙烯浓度E_i，将第三传感器组中的各传感器的电信号分别转化为气室1内温度T_i、气室1内湿度RH_i、气室1内气压P_i、果蔬重量M_i，将流量传感器12的电信号转化为气体流速值F_i；

B7：处理控制模块16将各参数值代入二氧化碳释放速率模型、氧气吸收速率模型、乙烯释放速率模型、蒸腾速率模型，分别计算开放气路中的待测采后果蔬7的二氧化碳释放速率QC_i、氧气吸收速率QO_i、乙烯释放速率QE_i、蒸腾速率TR_i；

B8：处理控制模块16将各参数值、二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率、蒸腾速率传输到触摸显示单元、数据存储单元、数据传输单元，实现数据的显示、存储和传输；

B9：如果实验时间还未结束，进入B10，否则进入B11；

B10：如果采样间隔结束，进入B5，否则返回B9；

B11：实验时间结束，处理控制模块16向调速气泵14发送关闭指令，装置进入等待状态。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种开放气路果蔬采后生理参数测定装置，其特征在于，包括：依次连接的稳定气瓶、气室、第一传感器组、流量传感器、电磁阀和调速气泵，两端分别与所述稳定气瓶和所述电磁阀连接的第二传感器组，与设于所述气室内部的第三传感器组，以及分别与所述第一传感器组、所述第二传感器组、所述第三传感器组、所述流量传感器、所述电磁阀和所述调速气泵连接的处理控制模块；

相应地，所述稳定气瓶与所述气室的进气口相连，所述气室的出气口与所述第一传感器组相连；所述流量传感器和所述电磁阀的第一进气口相连，所述第二传感器组与所述电磁阀的第二进气口相连，所述调速气泵的进气口与所述电磁阀的出气口相连；

其中，待测采后果蔬放置于所述气室内部，所述处理控制模块基于所述第一传感器组检测的所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述第二传感器组检测的所述气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述第三传感器组检测的所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及所述流量传感器检测的稳定气体流速，测量待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

2.根据权利要求1所述的开放气路果蔬采后生理参数测定装置，其特征在于，所述第一传感器组包括封装于第一外壳内的第一二氧化碳传感器、第一氧气传感器和第一乙烯传感器，所述第一二氧化碳传感器、第一氧气传感器和第一乙烯传感器分别用于检测所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度；

所述第二传感器组包括封装于第二外壳内的第二二氧化碳传感器、第二氧气传感器和第二乙烯传感器，所述第二二氧化碳传感器、第二氧气传感器和第二乙烯传感器分别用于检测所述气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度；

所述第三传感器组包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器和称重传感器分别用于测量所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量。

3.根据权利要求1所述的开放气路果蔬采后生理参数测定装置，其特征在于，所述处理控制模块包括数据存储单元、数据处理单元和触摸显示单元；

其中，所述数据存储单元用于存储所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及所述气体流速；

所述数据处理单元用于基于所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及所述气体流速，测量待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率；

所述触摸显示单元用于显示所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，所述气体流速，以及待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的开放气路果蔬采后生理参数测定装置的开放气路果蔬采后生理参数测定方法，其特征在于，包括：

将待测采后果蔬放置于所述气室内部，将稳定气瓶中的稳定气体输入所述气室内并使得所述稳定气体在所述开放气路中流通；

通过第一传感器组检测所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，通过第二传感器组检测所述气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，通过第三传感器组检测所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，通过流量传感器检测所述稳定气体的流速；

利用处理控制模块基于所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室输入的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及所述稳定气体的流速，建立所述待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型、氧气吸收速率的模型、乙烯释放速率的模型和蒸腾速率的模型，并分别获取所述开放气路中待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

5.根据权利要求4所述的开放气路果蔬采后生理参数测定方法，其特征在于，所述待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型为：

其中，QC_i为二氧化碳释放速率，C_i为第一传感器组采样的二氧化碳浓度，C_j为第二传感器组采样的二氧化碳浓度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₁为二氧化碳释放速率常数；

所述待测采后果蔬的氧气吸收速率的模型为：

其中，QO_i为氧气吸收速率，O_i为第一传感器组采样的氧气浓度，O_j为第二传感器组采样的氧气浓度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₂为氧气吸收速率常数；

所述乙烯释放速率的模型为：

其中，QE_i为乙烯释放速率，E_i为第一传感器组采样的乙烯浓度，E_j为传感器组二采样的乙烯浓度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₃为乙烯释放速率常数；

所述蒸腾速率的模型为：

其中，TR_i为蒸腾速率，RH_i为第一传感器组采样的湿度，RH_j为第二传感器组采样的湿度，F_i为气体流速，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₄为蒸腾速率常数。

6.一种封闭气路果蔬采后生理参数测定装置，其特征在于，包括：依次相连的气室、第一传感器组、流量传感器、电磁阀和调速气泵，与所述电磁阀相连的第二传感器组，设于所述气室内部的第三传感器组，以及分别与所述第一传感器组、所述第二传感器组、所述第三传感器组、所述流量传感器、所述电磁阀和所述调速气泵连接的处理控制模块；

相应地，所述气室的进气口和所述调速气泵的出气口相连，所述气室的出气口和所述第一传感器组相连；所述流量传感器和所述电磁阀的第一进气口相连，所述第二传感器组与所述电磁阀的第二进气口相连，所述调速气泵的进气口与所述电磁阀的出气口相连；

其中，待测采后果蔬放置于所述气室内部，所述处理控制模块基于所述第一传感器组检测的所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述第三传感器组检测的所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及所述流量传感器检测的稳定气体流速，测量待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

7.根据权利要求6所述的封闭气路果蔬采后生理参数测定装置，其特征在于，所述第一传感器组包括封装于第一外壳内的第一二氧化碳传感器、第一氧气传感器和第一乙烯传感器，所述第一二氧化碳传感器、第一氧气传感器和第一乙烯传感器分别用于检测所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度；

所述第三传感器组包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器和称重传感器分别用于测量所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量。

8.根据权利要求6所述的封闭气路果蔬采后生理参数测定装置，其特征在于，所述处理控制模块包括数据存储单元、数据处理单元和触摸显示单元；

其中，所述数据存储单元用于存储所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及所述气体流速；

所述数据处理单元用于基于所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及所述气体流速，测量待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率；

所述触摸显示单元用于显示所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，所述气体流速，以及待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

9.一种基于权利要求6-8任一项所述的封闭气路果蔬采后生理参数测定装置的封闭气路果蔬采后生理参数测定方法，其特征在于，包括：

将待测采后果蔬放置于所述气室内部；

通过第一传感器组检测所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，通过第三传感器组检测所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，通过流量传感器检测所述稳定气体的流速；

利用处理控制模块基于所述气室输出的二氧化碳浓度、氧气浓度和乙烯浓度，所述气室内部的温度、湿度、气压和待测采后果蔬的重量，以及所述稳定气体的流速，建立所述待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型、氧气吸收速率的模型、乙烯释放速率的模型和蒸腾速率的模型，并分别获取所述封闭气路中待测采后果蔬的二氧化碳释放速率、氧气吸收速率、乙烯释放速率和蒸腾速率。

10.根据权利要求9所述的封闭气路果蔬采后生理参数测定方法，其特征在于，所述待测采后果蔬的二氧化碳释放速率的模型为：

其中，QC_i为二氧化碳释放速率，C_i为第一传感器组采样的二氧化碳浓度，C_i-1为第一传感器组上一次采样的二氧化碳浓度，V₁为气室容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₁为二氧化碳释放速率常数；

所述待测采后果蔬的氧气吸收速率的模型为：

其中，QO_i为氧气吸收速率，O_i为第一传感器组采样的氧气浓度，O_i-1为第一传感器组上一次采样的氧气浓度，V₁为气室容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₂为氧气吸收速率常数；

所述乙烯释放速率的模型为：

其中，QE_i为乙烯释放速率，E_i为第一传感器组采样的乙烯浓度，E_i-1为第一传感器组上一次采样的乙烯浓度，V₁为气室容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₃为乙烯释放速率常数；

所述蒸腾速率的模型为：

其中，TR_i为蒸腾速率，RH_i为第一传感器组采样的湿度，RH_i-1为第一传感器组上一次采样的湿度，V₁为气室容积、V₂为系统容积、V₃为果蔬体积，M_i为果蔬重量，T_i为气室内温度，P_i为气室内气压，K₄为蒸腾速率常数。