農(nóng)業(yè)物料的光學(xué)特性

1、農(nóng)業(yè)物料的光學(xué)特性第1頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一反射、吸收、透光和發(fā)光等構(gòu)成了農(nóng)業(yè)物料的光學(xué)特性。這些射線能量的大小與物體特性及入射能大小有關(guān)。第一節(jié) 光在農(nóng)業(yè)物料中的傳播及其相互作用圖 光在農(nóng)業(yè)物料中的傳播第2頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一熒光是在一定波長內(nèi)一種物料被能量激發(fā)而放射出的光能，它的波長不同于激發(fā)能的波長。延遲發(fā)光是在除去光源后由物料發(fā)射出來的光。第3頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一研究農(nóng)業(yè)物料的光學(xué)特性可了解它們的一些其他特征，例如成熟度、內(nèi)部缺陷、組成物含量等。本章主要討論諸如反射率和透光率以及它們在農(nóng)

2、業(yè)工程中的實(shí)際應(yīng)用,簡要介紹延遲發(fā)光特性.第4頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一反射光提供了農(nóng)產(chǎn)品表面特征的信息，如顏色、表面缺陷、病變和損傷等。光的吸收和透射則是農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成、內(nèi)部顏色和缺陷等信息的載體。對這些量的分析可以判斷農(nóng)業(yè)物料的不同顏色、區(qū)分質(zhì)量優(yōu)劣、指示成熟與否，從而可以對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行分選和質(zhì)量分析。第5頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一一、光的反射特性 當(dāng)一束平行光照射到農(nóng)業(yè)物料表面時(shí)，如果入射光強(qiáng)度為IO，反射光強(qiáng)度為IR，則光的反射率R為被物料反射回來的光波強(qiáng)度IR與射向物料總光波強(qiáng)度IO之百分比，即R=（ IR / IO ） 10

3、0%第二節(jié) 農(nóng)業(yè)物料的光學(xué)特性第6頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一 隨著檸檬成熟度提高、表皮逐漸由綠變黃，標(biāo)志波長反射率逐漸提高。如圖影響農(nóng)業(yè)物料光反射的因素主要有： (1)物料類型； (2)不同發(fā)育成熟階段。第7頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一 用透射率 T 表示，是通過物料的光波強(qiáng)度 IT 與射向物料光波強(qiáng)度 Io 的百分比： T= （ IT /Io ） 100% 吸光度：OD=lg(1/T) 二、光的透過特性 OD 不僅反映物料（水果、蔬菜的外表特性），還能顯示其內(nèi)部特性。 物料的致密度和厚度對吸光度都有很大影響。此外，物料對光的折射與散射等對

4、透射率也起一定作用。第8頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一透射方式：第9頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一下圖表示番茄在不同成熟階段的透光率曲線。由圖可知，在波長 675nm 附近有明顯吸收帶，隨著番茄不斷成熟，吸光度逐漸下降。第10頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一綠色的含有葉綠素的農(nóng)產(chǎn)品如番茄、桔子、柿子、茶葉等在用光照射激勵(lì)后的若干秒內(nèi)其表面會(huì)發(fā)光，我們把這種現(xiàn)象稱作延遲發(fā)光。延遲發(fā)光與光合作用的可逆性有關(guān)。延遲發(fā)光強(qiáng)度與農(nóng)產(chǎn)品葉綠素含量有明顯的相關(guān)性。隨著這些產(chǎn)品的成熟度不斷地提高。葉綠素含量不斷地下降，延遲發(fā)光強(qiáng)度也隨之下降

5、。三、物料的延遲發(fā)光特性 第11頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一第三節(jié) 在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用顏色和成熟度檢測，如園藝產(chǎn)品成熟度、農(nóng)產(chǎn)品顏色評定等；成分分析，如谷物和肉產(chǎn)品的含水量、牛奶脂肪含量等。內(nèi)部缺陷檢測，如蘋果水心、馬鈴薯空心、雞蛋中血點(diǎn)和小麥黑穗病檢測等。自動(dòng)化分選，如馬鈴薯和土塊分離、顏色或成熟度自動(dòng)分級等。第12頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一利用近紅外可以檢測豆?jié){的濃度，為添加適量的凝固劑提供依據(jù)。第13頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一瓶裝腐乳中成分的快速檢測第14頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期

6、一3.近紅外儀在蘋果糖度檢測上的應(yīng)用第15頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一水果品質(zhì)檢測實(shí)例可見/近紅外光譜分析的一般流程第16頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一1、水果漫反射光譜采集系統(tǒng)例1第17頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一 西梅樣品近紅外漫反射光譜圖 第18頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一2、水果SSC破壞性檢測第19頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一(RMSEC=0.355；RMSEP=0.447)西梅SSC建模與預(yù)測結(jié)果 3、可溶性固形物含量檢測結(jié)果第20頁，共35頁，2022年

7、，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一例21、漫透射光譜采集系統(tǒng)第21頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一 2、光譜指標(biāo) 吸收率 透過率 ：波長為時(shí)樣品光譜強(qiáng)度； ：是波長為時(shí)暗場光譜的強(qiáng)度； ：波長為時(shí)參比光譜的強(qiáng)度。第22頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一3、光譜采集中主要需要注意的幾個(gè)問題： 積分時(shí)間（integration time） 、離散光譜累計(jì)采集次數(shù)（Average）、廂車法平滑寬度（Boxcar）等。 樣品光譜圖第23頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一4、品質(zhì)指標(biāo)破壞性檢測方法及儀器可溶性固形物含量(SSC)第24頁，共35頁

8、，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一西瓜樣品的可見/近紅外光譜SSC檢測建模結(jié)果散點(diǎn)圖及預(yù)測結(jié)果散點(diǎn)圖第25頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一 乙烯催熟瓜與正常成熟瓜分類試驗(yàn)研究 近紅外光譜定性判別分析步驟： 1）標(biāo)準(zhǔn)樣品集光譜建立； 2）光譜校正及預(yù)處理； 3）光譜特征提??； 4）定性判別模型的建立與評價(jià)； 5）未知樣品定性判別分析。例2第26頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一 5.4.4 高濃度外源乙烯催熟瓜與正常成熟瓜分類試驗(yàn)研究 試驗(yàn)材料及方法 購置采摘前后均未使用乙烯利催熟的上海產(chǎn)“早春紅玉”西瓜150顆（其中50顆為人工挑選的未熟瓜），

9、將濃度為40%的乙烯利水劑配制為濃度為0.05%的乙烯利溶液，均勻噴淋于50顆未熟西瓜表面，將所有西瓜困置于溫度為22的室內(nèi)60小時(shí)后，采用前述光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行漫透射光譜采集。 試驗(yàn)結(jié)果未經(jīng)乙烯處理和經(jīng)乙烯處理西瓜光譜對比圖 第27頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一第28頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一透過率之比判別分析法 727nm和810nm處有兩個(gè)重要的特征峰，對于經(jīng)乙烯處理和未經(jīng)乙烯處理的西瓜來說727nm處和810nm處的透過率之比有較為明顯的差異。 第29頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一第30頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一(2) 馬斯距離判別結(jié)果第31頁，共35頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)6分，星期一西瓜在線檢測實(shí)驗(yàn)臺(tái)軟、硬件系統(tǒng) 西瓜在線檢測實(shí)驗(yàn)臺(tái)第32頁，共