近紅外牛奶成分檢測光學機制及其精度影響因素的研究

《近紅外牛奶成分檢測光學機制及其精度影響因素的研究》是彭丹為項目負責人，河南工業大學為依託單位的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：近紅外牛奶成分檢測光學機制及其精度影響因素的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭丹
• 依託單位：河南工業大學

項目摘要

當前國內外牛奶質量近紅外檢測技術還很難套用於工業生產中，目前的研究主要集中在檢測方面，而對於牛奶近紅外檢測內部作用機理缺乏系統研究，導致目前檢測精度還無法滿足實際的需要。針對這一現狀，本課題欲採用組織光學的研究方法，系統研究近紅外光在牛奶中的傳播規律，在建立符合光與牛奶實際作用過程的光學模型基礎上，結合實際檢測過程分析影響牛奶近紅外檢測的關鍵點，進而提出適宜的解決方案；利用數位訊號處理技術明確近紅外牛奶光譜有用信息的分布，研究各種干擾信號對牛奶成分預測誤差的影響程度，設計合理的有用信息拾取方法，建立高精度、穩健的校正模型。項目的特色和創新之處在於先採用組織光學方法獲得理論依據，再與實際檢測過程相結合確定影響精度的關鍵因素，具有快速、高效和系統性強的特點，為有效提高牛奶及奶製品近紅外檢測精度以及研製新型近紅外牛奶質量檢測儀奠定理論和技術基礎。

結題摘要

近紅外光譜技術在牛奶質量檢測中具有重要的發展前景和實用價值，但國內至今未套用於生產實踐中。本項目從檢測原理和過程入手，對近紅外牛奶檢測中的套用進行了機理性的分析，系統研究脂肪、蛋白質濃度與牛奶光學特性參數之間的關係，建立了適合牛奶測量的光學輻射模型，並從分子水平上分析了牛奶內部結構的變化對近紅外光在牛奶傳播的影響，闡明了強散射作用下牛奶主要成分濃度與吸光度之間的關係，得出了牛奶散射特性即所含粒子的尺寸分布對光的傳輸影響很大，明確了光散射作用是引起牛奶光譜背景變化的主要因素。系統研究了牛奶近紅外檢測實際套用中溫度和均質兩個關鍵的影響因素，基於二維相關技術和組織光學方法揭示了溫度變化和均質操作對近紅外牛奶測量影響的機制，構建了全局校正模型和專一校正模型來消除溫度背景的影響，利用不同預處理方法和分段子模型方法來扣除均質背景的影響；在此基礎上，通過小波變換技術對牛奶光譜信號進行處理，從時域和頻域上分析有用信息的分布規律，利用信息融合方法轉變了信號的回響變數，減小了散射背景信息的影響，建立了穩健的校正模型，牛奶中脂肪和蛋白質含量模型的RMSEP值均低於0.09，為研製新型近紅外牛奶質量檢測儀奠定理論和技術基礎。