[发明专利]机炒龙井茶叶水分含量在线检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于红外光谱的检测技术，尤其是可实现对茶叶水分含量的在线检测技术，具体涉及机炒龙井茶叶水分含量在线检测装置。

背景技术

茶叶水分在线检测是机炒茶叶生产过程中最重要的环节。茶叶是一种干燥的农产品。食品学理论认为，绝对干燥的食品因各类成分直接暴露于空气，易受空气中氧气的氧化。而当水分子以氢键和食品成分结合，呈单分子层状态时，似在食品表面蒙上一层保护膜，食品得到保护，使氧化进度变缓。许多研究表明，当茶叶中的含水量在3％左右时，茶叶成分与水分子几乎呈单层分子关系，对脂质与空气中氧分子起较好的隔离作用，阻止脂质的氧化变质。但当水分含量超过一定数量后，情况大变，不但不能起保护膜作用，反而起溶剂作用。溶剂的特性是使溶质扩散，加剧反应。当茶叶水分含量超过6％，或外界大气相对湿度高于6O％以上时，会使茶叶中的化学变化十分激烈，如叶绿素的变性、分解，色泽变褐变深；茶多酚、氨基酸等呈味物质迅速减少；组成新茶香气的二甲硫、苯乙醇等芳香物质锐减，而对香气不利的挥发性成分大量增加，导致茶叶品质变劣。因此，成品茶的含水量必须控制在6％以下，超过此限度则要复火烘干，才能保存。

现有技术中大多采用的是烘箱法和快速水分测定仪法，其基本原理都是通过加热方式，快速干燥样品，通过测量前后样品重量的变化从而得到茶叶水分的含量。该方法测量过程复杂，一般需要几分钟时间，故不能满足茶叶水分实时检测的要求。因此有必要设计一种简便、快速、无损坏的方法，以实时检测茶叶中的水分含量。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种结构简单、快速、易于控制、性能可靠的基于特征光谱参数的机炒龙井茶叶水分在线检测装置。

根据本发明的一个方面，提供一种机炒龙井茶叶水分含量在线检测装置，包括光源、分光镜、光电探测器、放大滤波电路、AD转换电路、单片机、显示器，其中：

所述分光镜将所述光源发出的光线分成第一路光线、以及第二路光线，其中，所述第一路光线为参考光源，所述第二路光线为照射向茶叶样品的入射光；

所述光电探测器用于根据采集到的所述参考光源生成所述参考光源的光谱信号，根据采集到的所述入射光照射茶叶样品获得的反射光生成所述反射光的光谱信号；

所述AD转换电路用于将经过所述放大滤波电路处理后的所述参考光源的光谱信号转换成参考光源光谱数字信号，将经过所述放大滤波电路处理后的所述反射光的光谱信号转换成反射光光谱数字信号；

所述单片机用于根据所述参考光源光谱数字信号和反射光光谱数字信号，得出敏感波段光谱的反射率，然后将所述敏感波段光谱的反射率代入机炒龙井茶叶水分含量和特征光谱反射率的非线性预测模型得出茶叶的水分含量；

所述显示器用于显示所述茶叶的水分含量。

优选地，还包括第一滤光片和第二滤光片，其中，所述光源包括第一光源、第二光源，所述第一光源发出的光线经所述第一滤光片到达所述分光镜，所述第二光源发出的光线经所述第二滤光片到达所述分光镜。

优选地，所述敏感波段光谱为350-2500nm波长范围的光谱。

优选地，所述敏感波段光谱为708nm和1432nm这两个波段的光谱。

优选地，所述机炒龙井茶叶水分含量和特征光谱反射率的非线性预测模型，具体为：利用敏感波段光谱的反射率，运用倒高斯模型拟合光谱曲线，求取红边参数和吸收深度两个特征参数，采用小样本非统计理论和独立分量分析方法，得到的非线性预测模型。

优选地，所述光源为红外发光二极管。

优选地，所述分光镜将光源发出的光线按照1:1的比例分成第一路光线、以及第二路光线。

下面对本发明内容的细节进行更为详细的描述。

1）全波段茶叶光谱样本的获取

利用高光谱仪获取机炒龙井茶不同采摘时期（春茶和秋茶）、不同含水量（65%、50%、45%、40%、35%、30%、20%和15%）、不同叶位（叶中和叶尖）的鲜叶和干叶350-2500nm全波段范围内的光谱数据，利用均匀设计方法确定三因素多水平的采样方案，注意每个样本光谱扫描时间限定在10s内以防止叶片氧化。

2）敏感光谱波段的确定