[发明专利]一种水果内部品质评价的光谱仪及衰减斜率计算方法

说明书

本发明提供了一种水果内部品质评价的光谱仪及衰减斜率计算方法，其中，一种水果内部品质评价的光谱仪包括计算机、半导体激光器、准直镜、多模光纤、非接触式探头、单模光纤、单光子探测器、数据采集卡、光衰减器；半导体激光器出光口前设置准直镜，半导体激光器发射的激光经准直镜准直后的导入光衰减器；光衰减器出光口采用FC接口接多模光纤的一端；多模光纤的另一端通过FC接口垂直固定于非接触式探头；单模光纤的一端通过FC接口垂直固定于非接触式探头，另一端连接单光子探测器；单光子探测器与数据采集卡的输入端电性连接；数据采集卡的输出端电性连接至计算机。该仪器受环境影响小，稳定性好，成本低，能够灵活设置参数。

技术领域

本发明涉及食品/农产品品质检测技术领域，尤其涉及一种水果内部品质评价的光谱仪及衰减斜率计算方法。

背景技术

水果产业是我国种植业中位列粮食、蔬菜之后的第三大产业，是我国农村经济发展的支柱产业之一，也是农民就业、增收的重要途径。尽管我国是水果生产大国，并且出口量总体也在上升，但是水果消费市场仍然主要集中在国内。水果增产、优果俏销、劣果滞销成为近年中国水果销售的典型特征，主要原因是果农在生产中片面追求高产，忽视品质，水果商品化处理水平低，平均质量较差。消费者往往宁可购买价格贵的水果，也不愿意购买有损伤甚至腐烂的水果，这直接导致水果产业巨大的经济损失，同时还带来了严重的食品安全隐患和环境污染等问题。因此，采后的各个环节中，及时地将对水果品质检测并分级，对提高我国水果质量，减小水果产业的经济损失，增强国际竞争力，具有非常重要的现实意义。发展一种能够进行水果品质检测并分级的精确、可靠、快速的自动检测技术已经成为水果产业的重要科研目标。水果品质分级分为外观品质分级和内部品质分级。光学分级技术结合机器视觉技术是水果的外观品质分级的热点和主要发展方向。遗憾的是外观品质分级只能解决对水果的品相需求，无法确定内部品质。随着消费者对水果口感好坏关注度越来越高，水果内部品质检测显得尤为重要。目前，介电特性检测技术、核磁共振检测技术、电子舌与电子鼻技术、声学及超声波检测技术、光学检测技术等都尝试用于水果内部品质检测。其中光学检测技术(尤其是可见光/近红外光谱技术和高光谱成像技术)，因其具有非接触、稳定性强、高精度、受环境影响小、无损伤、可自动化产业化等优点，成为主要的手段和方法。然而，光谱技术本质上是一种经验技术，它是用统计方法将光谱特征与样品的化学或者物理性质建立相关联系，并不能反映水果内部散射、水果表面蒸发、水果内部微粒的布朗运动等物理变化，也不能反映细胞器的运动、细胞质流、细胞内物质的运输、细胞分裂和生长等生理变化，而且光在水果组织内部的传播也不完全遵循Beer-Lambert定律，因此，可见光/近红外光谱技术存在分析模型不稳定、适应性不好、分析精度难于进一步提高等问题。高光谱成像技术将图像技术和光谱技术结合起来实现水果品质的检测，依靠光谱信息来反映样品内部的物理结构、化学成分的差异，也存在光谱技术一样的困难。

近红外扩散相关光谱(Diffuse correlation spectroscopy，DCS)是一种无损检测生物组织深层物理变化过程和生理变化过程的新方法，目前在生物医学领域中已经广泛采用，在癌症成像、诊断和治疗检测，中风的检测和诊断，线粒体疾病检测，癫痫症检测，脑功能活动和大脑受伤的检测，肌肉活性检测等方面得到了很好的应用。DCS技术借助快速单光子检测技术和光纤技术，通过计算表面组织散斑光斑光强度的时间相关函数，从而进行组织内部深层物理变化和生理变化的定量检测。水果内部物理变化和生理状态变化与水果散斑活性有关。水果散斑活性是指采用相干光照射水果组织，与水果组织相互作用产生生物散斑的现象。生物散斑图像实际上是组织内部变化引起的光强波动散斑的混合图像。目前，国内外尚未有采用近红外扩散相关光谱检测水果内部品质的方法及设备。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种水果内部品质评价的光谱仪及衰减斜率计算方法；一种水果内部品质评价的光谱仪，包括计算机、半导体激光器、准直镜、多模光纤、非接触式探头、单模光纤、单光子探测器、数据采集卡和光衰减器；

其中，半导体激光器出光口前设置准直镜，半导体激光器发射的激光经准直镜准直后的导入光衰减器，通过光衰减器调节入射激光的强度；