一种近红外光谱的标定方法及其应用的水果品质检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种近红外光谱的标定方法及其应用的水果品质检测系统，标定方法通过预先对多种对固定波长具有特征吸收峰的标准品进行标定，为0号标准机台设置标准参考板0并对其进行光谱标定；依据标准参考板0的光谱参数为随机台配套标准参考板i，对新机台进行光谱出厂标定，使得出厂的不同机台的光谱初始参数一致；在机台使用时，根据需要依据其对应的随机台配置标准参考板i对机台进行光谱参数校正，使得水果的检测模型0可以在不同机台进行随机迁移；通过应用本发明专利技术可以实现在不同机台的检测系统中进行随机迁移，不会影响其检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种近红外光谱的标定方法及其应用的水果品质检测系统
本专利技术涉及一种光谱分析
，特别涉及一种近红外光谱的标定方法，本专利技术还涉及了该近红外光谱的标定方法应用的水果品质检测系统。
技术介绍
近红外光谱分析技术是一种快速、无损的绿色分析技术，非常适合于过程分析领域。同时，它也是一种二次测量技术，它的成功应用依赖于性能优良的校正模型的建立，而校正模型的性能又取决于实验设计的合理性、数据处理方法和校正模型建立方法的科学性。水果内部组分十分丰富，不同组分含氢基团较多，水果主要内部品质的可溶性固形物(糖度)约占9％～16％，含量高，信号强，适宜通过光谱采集和分析来实现其品质检测。光谱采集和分析的主要工作原理包括：当水果内部的可溶性固形物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，可以得到具有特征吸收峰的图谱，由于不同物质在近红外区域均有丰富的吸收光谱，每种成分均有其对应的特定吸收特征，因此这为通过近红外光谱定量分析对水果进行品质检测提供了技术基础。通过单一可见的近红外光谱采集系统，然后采用合理的试验方法，获取稳定的水果光谱和正确的水果内部品质的理化指标，最后采用科学的数据处理方法建立校正模型，可以对水果内部品质进行比较稳定的检测效果，这方面的报道在国内外众多文献和专利中都有公开介绍。然而申请人发现在实际生产应用中，检测效果优异的检测模型往往不能直接迁移到其他近红外光谱采集设备中，或迁移过去后所实现的检测结果很差，这主要是因为不同水果品质检测系统的近红外光谱采集系体硬件通常具有差异性，具体包括有分光传感器的差异、光源的差异以及电路系统的差异等。为了消除不同仪器之间的台间差以利于模型迁移，已有技术提出在光谱采集过程中做实时参比，例如：专利号为ZL201210545938.2的专利技术专利介绍了一种通过在采集探头的光路内设计可自动切换的白板、黑板和通孔，自动采集全反射参考光谱、暗光谱和样品光谱，进行光谱的自动标定。然而该方法存在光路结构复杂、在内部结构运动的过程中容易引入新的信号干扰问题。因此，有必要提出寻求新的技术方案来解决以上技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种近红外光谱的标定方法及其应用的水果品质检测系统，通过应用本专利技术可以实现在不同机台的检测系统中进行随机迁移，不会影响其检测精度。本专利技术采用的技术方案如下：一种近红外光谱的标定方法，用于水果品质检测系统，通过预先对多种对固定波长具有特征吸收峰的标准品进行标定，为0号标准机台设置标准参考板0并对其进行光谱标定；依据标准参考板0的光谱参数为随机台配套标准参考板i，对新机台进行光谱出厂标定，使得出厂的不同机台的光谱初始参数一致；在机台使用时，根据需要依据其对应的随机台配置标准参考板i对机台进行光谱参数校正，使得水果的检测模型0可以在不同机台进行随机迁移。优选地，包括如下操作步骤：S10)、预先对分光光度传感器的波长进行标定，其标定样品包括多种对固定波长具有特征吸收峰的标准品；S20)、对0号标准机台进行光谱标定：将0号标准机台在光源亮度参数为PWM0条件下采集标准参考板0的参考能量光谱和暗能量光谱，依据该光谱数据建立水果检测模型0，所述PWM0包括固定的曝光时间和光源的亮度参数；S30)、为新机台配置标准参考板i，依据水果检测模型0，对新机台进行出厂标定，将该标定参数进行保存作为后续使用标定时的计算依据；S40)、采用新机台配置标准参考板i以及保存的标定参数在水果检测模型0下对各机台在使用过程中进行标定。优选地，在所述步骤S10)中，标定的波长范围为500-1010nm。优选地，在所述步骤S10)中，所述波长的标定方程公式为：WaveLength＝A0+B1x+B2x2+...+Bnxn；其中，WaveLength表示标定波长、A0表示偏差，B1，B2，Bn分别代表待标定样品对应的标定系数，x为分光光度传感器输出的检测点序号，该序号的范围为1-256。优选地，所述步骤S20)的标定计算步骤包括：0号标准机台在光源亮度参数为PWM0的条件下采集标准参考板0的参考能量谱Rref0和暗光谱的差值Rdark0，并计算参考能量谱Rref0和暗光谱Rdark0的差值Rcal0，其计算公式如下：Rcal0＝Rref0-Rdark0。优选地，所述步骤S30)的标定计算步骤包括：S31)、通过新机台在光源亮度参数为PWM0的条件下再次采集标准参考板0的参考能量谱Rref1和暗光谱的差值Rdark1，并计算参考能量谱Rref1和暗光谱Rdark1的差值Rcal1，其计算公式如下：Rcal1＝Rref1-Rdark1；S32)、基于差值Rcal0和差值Rcal1，通过调整光源亮度参数PWM1使得新机台的差值与0号标准机台差值一致，其计算公式如下：PWM1＝PWM0×Rcal0÷Rcal1；S33)、为新机台配置标准参考板i，采用光源亮度参数PWM1来对新机台进行标定，采集标准参考板i的标准参考光谱Rref2和暗能量光谱Rdark2，并计算二者的差值Rcal2作为新机台的出厂标定参考标准，其计算公式如下：Rcal2＝Rref2-Rdark2；S34)、将相应的光源亮度参数PWM1、差值Rcal2作为后续出厂后使用标定时的参数保存在本地机台和云端服务器中，云端服务器记录有对应新机台的设备号。优选地，所述步骤S40)的标定计算步骤包括：S41)、使用待标定机台在出厂标定时配置的标准参考板i，采用光源亮度参数PWM1采集标准参考板i的标准参考光谱Rref3和暗能量光谱Rdark3，并计算二者的差值Rcal3，其计算公式如下：Rcal3＝Rref3-Rdark3。S42)、计算机台因使用而光源衰减后标定时所需的光源亮度参数PWM2，其计算公式如下：PWM2＝PWM1×Rcal2÷Rcal3；S43)、在采用光源亮度参数PWM2条件下，使用其他机台采集其对应配置的标准参考板i的标准参考光谱Rref4和暗能量光谱Rdark4，并计算二者的差值Rcal4，其计算公式如下：Rcal4＝Rref4-Rdark4；该差值Rcal4接近与差值Rcal0，实现对不同机台的光谱校正；不同机台可采用光源亮度参数PWM2条件对水果进行漫透射光谱采集和暗光谱采集，通过水果检测模型0，对水果内部品质进行预测。优选地，所述标准参考板0和标准参考板i均采用特氟龙材质。优选地，一种如上所述的水果品质检测系统，包括分别安装在壳体上的光源以及接收光源发光经过水果后的光信息的分光光度传感器。优选地，所述壳体包括固定安装为一体的上壳体和下壳体。本专利技术创造性地提出预先通过采用具有特征吸收峰的标准品物质对机台的波长进行出厂标定，同时通过固定0号标准机台的标准参考板0和随机台配套的标准参考板i，对出厂机台进行出厂标定，使得不同机台的初本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近红外光谱的标定方法，用于水果品质检测系统，其特征在于，通过预先对多种对固定波长具有特征吸收峰的标准品进行标定，为0号标准机台设置标准参考板0并对其进行光谱标定；依据标准参考板0的光谱参数为随机台配套标准参考板i，对新机台进行光谱出厂标定，使得出厂的不同机台的光谱初始参数一致；在机台使用时，根据需要依据其对应的随机台配置标准参考板i对机台进行光谱参数校正，使得水果的检测模型0可以在不同机台进行随机迁移。/n

【技术特征摘要】
1.一种近红外光谱的标定方法，用于水果品质检测系统，其特征在于，通过预先对多种对固定波长具有特征吸收峰的标准品进行标定，为0号标准机台设置标准参考板0并对其进行光谱标定；依据标准参考板0的光谱参数为随机台配套标准参考板i，对新机台进行光谱出厂标定，使得出厂的不同机台的光谱初始参数一致；在机台使用时，根据需要依据其对应的随机台配置标准参考板i对机台进行光谱参数校正，使得水果的检测模型0可以在不同机台进行随机迁移。


2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S10)、预先对分光光度传感器的波长进行标定，其标定样品包括多种对固定波长具有特征吸收峰的标准品；
S20)、对0号标准机台进行光谱标定：将0号标准机台在光源亮度参数为PWM0条件下采集标准参考板0的参考能量光谱和暗能量光谱，依据该光谱数据建立水果检测模型0，所述PWM0包括固定的曝光时间和光源的亮度参数；
S30)、为新机台配置标准参考板i，依据水果检测模型0，对新机台进行出厂标定，将该标定参数进行保存作为后续使用标定时的计算依据；
S40)、采用新机台配置标准参考板i以及保存的标定参数在水果检测模型0下对各机台在使用过程中进行标定。


3.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，在所述步骤S10)中，标定的波长范围为500-1010nm。


4.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，在所述步骤S10)中，所述波长的标定方程公式为：
WaveLength＝A0+B1x+B2x2+...+Bnxn；
其中，WaveLength表示标定波长、A0表示偏差，B1，B2，Bn分别代表待标定样品对应的标定系数，x为分光光度传感器输出的检测点序号，该序号的范围为1-256。


5.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，所述步骤S20)的标定计算步骤包括：0号标准机台在光源亮度参数为PWM0的条件下采集标准参考板0的参考能量谱Rref0和暗光谱的差值Rdark0，并计算参考能量谱Rref0和暗光谱Rdark0的差值Rcal0，其计算公式如下：
Rcal0＝Rref0-Rdark0。


6.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，所述步骤S30)的标定计算步骤包括：
S31)、通过新机台在光源亮度参数为PWM0的条件下再次采集标准参考板0的参考能量谱R...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏飞，王宗银，殷晓平，陈玮，石吉勇，
申请(专利权)人：苏州晓创光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32