农产品无损检测方法介绍 PPT课件

农产品品质无损检测的 几种方法介绍
Contents
目
录
1 近红外光谱分析技术
2 电子鼻技术
3 机器视觉技术
4 核磁共振和声震动技术
近红外光谱分析技术
红外计算技术的发展
50年代 70年代
Norris对谷物分析是采用单波长线性 回归或多波长多元线性回归的方法得 到定量结果
Kowalski教授开始化学计量学的研究 赋予了近红外技术新的发展点
❖ 第二是测量功能，也就是能够自动测量产品的外观尺寸， 比如外形轮廓、孔径、高度、面积测量等。
❖ 第三是缺陷检测功能，这是视觉系统用的最多的一项功能， 它可以检测产品表面的相关信息，如：包装正误，包装是 否正确、印刷有无错误、表面有无刮伤或颗粒、破损、有 无油污、灰尘、塑料件有无穿孔、雨雾注塑不良等。
❖ 在中国，其应用主要在基础研究方面，企业和商 业应用普及率不高，主要原因是产品开发不够、 使用成本较高。但在石油化工、医疗诊断方法应 用较多。
❖ 在分子结构的测定，有机化合物的结构解析和食 品分析可以运用于农产品的检测，但是任然在起 步阶段。
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可以同时测定同一样品的多个不同组分含量,而水 果的许多品质指标，如农药残留，糖度、酸度、坚 实度，以及蔬菜的病变、维生素等物质含量，恰恰 需要无损检测因此近几年来,利用近红外光谱分析技 术进行果品品质的研究正在形成一个新的热点研究 领域。
电子鼻技术
• 电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来
识别气味的电子系统，它可以在几小时、几
近红外光谱学中化学计量学的内容
光谱数据预处理
多元线性回归（MLR）
wk.baidu.com定量校正 模式识别定性方法
模型传递
主成分回归法（PCR）
偏最小二乘法（PLS）
人工神经网络法（ANN） 标准正交变量变换 （SNV）
近红外光谱分析技术的特点
与传统的检测方法相比，近红外光谱法可以不经 过样品分离,直接由近红外光谱测定出其中的多种成 分含量,省去了化学分析方法中的称量、 定容等繁琐 步骤,具有速度快、效率高、成本低、重现性好、方 便等特点。
核磁共振发展历史
❖ 1946年，哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)用吸收发首次 观测到石蜡中质子的核磁共振（NMR），几乎同时美国斯 坦福大学布洛赫(F.Block)用感应法发现液态水的核磁共 振现象。为此，他们分享拉1952年的诺贝尔物理学奖金。
❖ 早期的核磁共振主要采取连续波技术，灵敏度较低， 1966年发展起来的脉冲傅立叶变换核磁共振技术，使信 号采集由频域变为时域，大大提高拉检测灵敏度，使研究 底自然丰度的核成为现实。
90年代
非线性校正在光谱分析中的应用逐 渐增多
近红外光谱分析技术
近红外光谱分析技术的原理
近红外光谱分析技术是随着计算机技术的迅速发展以及 化学计量学方法研究的日益深入而发展起来的，近红外光 NIR(Near Infrared)是介于可见光谱区和中红外光谱区 之间的电磁波,其波长范围约为780-2526nm, 有机物以及 部 分 无 机 物 分 子 中 化 学 键 结 合 的 各 种 基 团 ( 如 C-C,N-C,OC,O-H,N-H)的运动(伸缩、振动、弯曲等)都有它固定的振 动频率。当分子受到红外线照射时,被激发产生共振,同时光的 能量一部分被吸收,测量其吸收光,可以得到极为复杂的图谱。 这种图谱就表示被测物质的特征。不同物质在近红外区域有 丰富的吸收光谱,每种成分都有特定的吸收特征,这为近红外光 谱定量分析提供了基础。
电子鼻技术的研究现状
在电子鼻系统的研究中,目前十分引人关注 的3个方面:
A. 研究对微量气体分子瞬时敏感的检测器, 以得到与气体化学成分相对应的信号
B. 研究对检测得到的信号进行识别与分类的 数据处理器,以便将有用信号与噪声加以 分离
C. 研究将测量数据转换为感官评定指标的智 能解释器,以得到与人的感官感受相符的 结果
电子鼻技术的应用前景
❖ 电子鼻具有便携及实时、在线、原位分析等特点, 可用于气味鉴别、复杂环境下气体浓度鉴别和可燃 气体、有机挥发物或有毒气体的鉴别,具有广泛的 应用前景。
❖ 电子鼻技术的长处在于对气体进行定性分析。近 20年来，电子鼻研究取得了长足进展。尽管受敏 感膜材料、制造工艺、数据处理方法等方面的限制， 电子鼻的检测与识别范围与人们的期望还存在距离， 但是，将之应用于食品、化妆品、香料香精等轻工 业品香气质量评定的时机已经成熟了。
❖ 1971年，琴纳（E。JEENER）提出拉具有两个独立时 间变量的二维核磁共振概念。随后，1971年，恩斯特（R。 ERNST ） 等 首 次 成 功 实 现 拉 二 维 核 磁 共 振 实 验 ， 从 此 核 磁共振技术进入拉一个新时代。
核磁共振的应用
❖ 在欧美等发达国家核磁共振技术被运用于化工、 石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、 环保、纺织及其它工业部门，其用途日益广泛。
机器视觉的发展趋势
技术方面的趋势是数字化、实 时化、智能化
基于嵌入式的产品将取代板卡 式产品
价格持续下降，市场份额迅速 扩大
核磁共振技术
❖ 核磁共振是处于静磁场中的原子核在另一交变磁 场作用下发生的物理现象。通常人们所说的核磁 共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人 体内部结构信息的技术。
❖ 并不是是所有原子核都能产生这种现象，原子核 能产生核磁共振现象是因为具有核自旋。原子核 自旋产生磁矩，当核磁矩处于静止外磁场中时产 生核进动和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋 核会吸收特定频率的电磁波，从较低的能级跃迁 到较高能级。
什么是电子 天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特
鼻？
定位置的气味状况。
• 电子鼻主要由气味取样操作器、气体传感器
电子鼻组成 阵列和信号处理系统三种功能器件组成。
电子鼻的工作原理
电子鼻识别的主要机理是在阵列中的每个传感器 对被测气体都有不同的灵敏度，例如，一号气体可 在某个传感器上产生高响应，而对其他传感器则是 低响应；同样，二号气体产生高响应的传感器对一 号气体则不敏感，归根结底，整个传感器阵列对不 同气体的响应图案是不同的，正是这种区别，才使 系统能根据传感器的响应图案来识别气体。
传感器阵列数据采集系统 将模拟信号转换成数字 信号
❖ 传感器阵列的模拟输出经Ａ/Ｄ转换为数字信号输入计 算机中的数据处理和模式识别系统 被测嗅觉的强度既 可用每个传感器的输出的绝对电压、电阻或电导来表 示,也可用相对信号值如归一化的电阻或电导值,即它 们的变化率来比较嗅味的性质。
传感器阵列的数据采集系统
机器视觉技术
机器视觉就是是指用摄影机和电脑代替人眼对 目标进行识别、跟踪和测量等，并进一步做图形处 理，用电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器 检测的图像。
各种摄像头
• 获取被检 测物体的 面积、数 量、位置、 长度
图像分析
• 提取多类 颜色信息
构建模型
• 利用各种 建模软件 构建模型
机器视觉的工作原理
机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的 目标标转换成图像信号，传送给专用的图像处理 系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变 成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各 种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、 长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果， 包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无 等，实现自动识别功能。
机器视觉的关键性技术
➢ （1）光照照明技术 ➢ （2）光学镜头 ➢ （3）CCD摄像机 ➢ （4）图像采集卡 ➢ （5）视觉传感器
机器视觉系统的工作原理
机器视觉技术的应用
❖ 第一是定位功能，能够自动判断感兴趣的物体、产品在什 么位置，并将位置信息通过一定的通讯协议输出，此功能 多用于全自动装配和生产，如自动组装、自动焊接、自动 包装、自动灌装、自动喷涂，多配合自动执行机构（机械 手、焊枪、喷嘴等）。