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1、农业物料的光学特性第1页，共35页，编辑于2022年，星期五反射、吸收、透光和发光反射、吸收、透光和发光等构成了农业物料的光学等构成了农业物料的光学特性。特性。这些射线能量的大小与物这些射线能量的大小与物体特性及入射能大小有关。体特性及入射能大小有关。第一节第一节 光在农业物料中的传播光在农业物料中的传播及其相互作用及其相互作用图 光在农业物料中的传播第2页，共35页，编辑于2022年，星期五荧光荧光是在一定波长内一种物料被能量是在一定波长内一种物料被能量激发激发而放射出的光能，而放射出的光能，它的波长不同于激发能的波长。它的波长不同于激发能的波长。延迟发光是在延迟发光是在除去光源除去光源后由
2、物料发射出来的光。后由物料发射出来的光。第3页，共35页，编辑于2022年，星期五研究农业物料的光学特性可了解它们的一些其研究农业物料的光学特性可了解它们的一些其他特征，例如成熟度、内部缺陷、组成物含量他特征，例如成熟度、内部缺陷、组成物含量等等。本章主要讨论诸如反射率和透光率以及它们在农业工本章主要讨论诸如反射率和透光率以及它们在农业工程中的实际应用程中的实际应用,简要介绍延迟发光特性简要介绍延迟发光特性.第4页，共35页，编辑于2022年，星期五反射光提供了农产品表面特征的信息，如颜色、表面反射光提供了农产品表面特征的信息，如颜色、表面缺陷、病变和损伤等。缺陷、病变和损伤等。光的吸收和透射
3、则是农产品内部结构组成、内部颜色光的吸收和透射则是农产品内部结构组成、内部颜色和缺陷等信息的载体。对这些量的分析可以判断农业和缺陷等信息的载体。对这些量的分析可以判断农业物料的不同颜色、区分质量优劣、指示成熟与否，从物料的不同颜色、区分质量优劣、指示成熟与否，从而可以对农产品进行分选和质量分析。而可以对农产品进行分选和质量分析。第5页，共35页，编辑于2022年，星期五一、光的反射特性一、光的反射特性 当一束平行光照射到农业物料表面时，如果入射光强度为当一束平行光照射到农业物料表面时，如果入射光强度为IO，反射光强度为，反射光强度为IR，则光的反射率，则光的反射率R为被物料反射回为被物料反射回
4、来的光波强度来的光波强度IR与射向物料总光波强度与射向物料总光波强度IO之百分比，即之百分比，即R=（IR/IO）100%第二节第二节 农业物料的光学特性农业物料的光学特性第6页，共35页，编辑于2022年，星期五 随着柠檬成熟度提高、表皮逐渐由随着柠檬成熟度提高、表皮逐渐由绿变黄，标志波长反射率逐渐提高。绿变黄，标志波长反射率逐渐提高。如图如图影响农业物料光反射的因素主要有：影响农业物料光反射的因素主要有：(1)物料类型；物料类型；(2)不同发育成熟阶段。不同发育成熟阶段。第7页，共35页，编辑于2022年，星期五 用透射率用透射率 T 表示，是通过物料的光波强度表示，是通过物料的光波强度
5、IT 与射向物料光波与射向物料光波强度强度 Io 的百分比：的百分比：T=（IT/Io）100%吸光度：吸光度：OD=lg(1/T)二、光的透过特性二、光的透过特性 OD 不仅反映物料（水果、蔬菜的外表特性），还能显示不仅反映物料（水果、蔬菜的外表特性），还能显示其内部特性。其内部特性。物料的致密度和厚度对吸光度都有很大影响。此外，物料对光的折物料的致密度和厚度对吸光度都有很大影响。此外，物料对光的折射与散射等对透射率也起一定作用。射与散射等对透射率也起一定作用。第8页，共35页，编辑于2022年，星期五透射方式：透射方式：第9页，共35页，编辑于2022年，星期五下图表示番茄在不同成熟阶段的
6、透光率曲线。由图可知，在波长下图表示番茄在不同成熟阶段的透光率曲线。由图可知，在波长 675nm 附近有明显吸收带，随着番茄不断成熟，吸光度逐渐下降附近有明显吸收带，随着番茄不断成熟，吸光度逐渐下降。第10页，共35页，编辑于2022年，星期五绿色的含有叶绿素的农产品如番茄、桔子、柿子、茶绿色的含有叶绿素的农产品如番茄、桔子、柿子、茶叶等在用光照射激励后的若干秒内其表面会发光，我叶等在用光照射激励后的若干秒内其表面会发光，我们把这种现象称作延迟发光。们把这种现象称作延迟发光。延迟发光与光合作用的可逆性有关。延迟发光与光合作用的可逆性有关。延迟发光强度与农产品叶绿素含量有明显的相关性。随着延迟发
7、光强度与农产品叶绿素含量有明显的相关性。随着这些产品的成熟度不断地提高。叶绿素含量不断地下降，这些产品的成熟度不断地提高。叶绿素含量不断地下降，延迟发光强度也随之下降。延迟发光强度也随之下降。三、物料的延迟发光特性三、物料的延迟发光特性 第11页，共35页，编辑于2022年，星期五第三节第三节 在农业工程中的应用在农业工程中的应用颜色和成熟度检测，如园艺产品成熟度、农产品颜色评定等；颜色和成熟度检测，如园艺产品成熟度、农产品颜色评定等；成分分析，如谷物和肉产品的含水量、牛奶脂肪含量等。成分分析，如谷物和肉产品的含水量、牛奶脂肪含量等。内部缺陷检测，如苹果水心、马铃薯空心、鸡蛋中血点和小内部缺陷
8、检测，如苹果水心、马铃薯空心、鸡蛋中血点和小麦黑穗病检测等。麦黑穗病检测等。自动化分选，如马铃薯和土块分离、颜色或成熟度自动分级等。自动化分选，如马铃薯和土块分离、颜色或成熟度自动分级等。第12页，共35页，编辑于2022年，星期五利用近红外可以检利用近红外可以检测豆浆的浓度，为测豆浆的浓度，为添加适量的凝固剂添加适量的凝固剂提供依据。提供依据。第13页，共35页，编辑于2022年，星期五瓶瓶装装腐腐乳乳中中成成分分的的快快速速检检测测第14页，共35页，编辑于2022年，星期五3.3.近红外仪在苹果糖度检测上的应用近红外仪在苹果糖度检测上的应用第15页，共35页，编辑于2022年，星期五水果
9、品质检测实例水果品质检测实例可见可见/近红外光谱分析的一般流程近红外光谱分析的一般流程第16页，共35页，编辑于2022年，星期五1 1、水果漫反射光谱采集系统、水果漫反射光谱采集系统例例1第17页，共35页，编辑于2022年，星期五 西梅样品近红外漫反射光谱图第18页，共35页，编辑于2022年，星期五2 2、水果、水果SSCSSC破坏性检测破坏性检测第19页，共35页，编辑于2022年，星期五(RMSEC=0.355；RMSEP=0.447)西梅SSC建模与预测结果3 3、可溶性固形物含量检测结果、可溶性固形物含量检测结果第20页，共35页，编辑于2022年，星期五例例21 1、漫透射光谱
10、采集系统、漫透射光谱采集系统第21页，共35页，编辑于2022年，星期五 2 2、光谱指标、光谱指标 吸收率吸收率 透过率透过率 ：波长为时样品光谱强度；：是波长为时暗场光谱的强度；：波长为时参比光谱的强度。第22页，共35页，编辑于2022年，星期五3 3、光谱采集中主要需要注意的几个问题、光谱采集中主要需要注意的几个问题：积分时间（integration time）、离散光谱累计采集次数（Average）、厢车法平滑宽度（Boxcar）等。样品光谱图第23页，共35页，编辑于2022年，星期五4 4、品质指标破坏性检测方法及仪器、品质指标破坏性检测方法及仪器可溶性固形物含量(SSC)第24
11、页，共35页，编辑于2022年，星期五西瓜样品的可见/近红外光谱SSC检测建模结果散点图及预测结果散点图第25页，共35页，编辑于2022年，星期五 乙烯催熟瓜与正常成熟瓜分类试验研究 近红外光谱定性判别分析步骤：近红外光谱定性判别分析步骤：1 1）标准样品集光谱建立；标准样品集光谱建立；2 2）光谱校正及预处理；）光谱校正及预处理；3 3）光谱特征提取；）光谱特征提取；4 4）定性判别模型的建立与评价；）定性判别模型的建立与评价；5 5）未知样品定性判别分析。）未知样品定性判别分析。例例2第26页，共35页，编辑于2022年，星期五 5.4.4 5.4.4 高高浓浓度外源乙度外源乙烯烯催熟瓜
12、与正常成熟瓜分催熟瓜与正常成熟瓜分类试验类试验研究研究 试验试验材料及方法材料及方法 购置采摘前后均未使用乙烯利催熟的上海产“早春红玉”西瓜150颗（其中50颗为人工挑选的未熟瓜），将浓度为40%的乙烯利水剂配制为浓度为0.05%的乙烯利溶液，均匀喷淋于50颗未熟西瓜表面，将所有西瓜困置于温度为22的室内60小时后，采用前述光谱采集系统进行漫透射光谱采集。试验结试验结果果未经乙烯处理和经乙烯处理西瓜光谱对比图 第27页，共35页，编辑于2022年，星期五第28页，共35页，编辑于2022年，星期五(1)透过率之比判别分析法透过率之比判别分析法 727nm和810nm处有两个重要的特征峰，对于经乙烯处理和未经乙烯处理的西瓜来说727nm处和810nm处的透过率之比有较为明显的差异。第29页，共35页，编辑于2022年，星期五第30页，共35页，编辑于2022年，星期五(2)马斯距离判别结果马斯距离判别结果第31页，共35页，编辑于2022年，星期五西瓜在西瓜在线检测实验线检测实验台台软软、硬件系、硬件系统统 西瓜在线检测实验台第32页，共35页，编辑于2022年，星期五软件界面全图 第33页，共35页，编辑于2022年，星期五第34页，共35页，编辑于2022年，星期五Thanks for your attention第35页，共35页，编辑于2022年，星期五