無損檢測全套ppt

第十章無損檢測10.1無損檢測技術(shù)及其特點10.2計算機圖像處理的檢測技術(shù)10.2.1計算機圖像處理技術(shù)10.2.2計算機圖像處理技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用食品品質(zhì)：1.外表品質(zhì):顏色、光澤、形狀、大小等2.物理品質(zhì):質(zhì)量、硬度、粘度、彈性等3.內(nèi)部品質(zhì)：安全性、新鮮度、營養(yǎng)、口感等10.1無損檢測技術(shù)及其特點定義：無損檢測技術(shù)即非破壞性檢測，就是在不破壞待測物質(zhì)原來的狀態(tài)、化學性質(zhì)等前提下，為獲取與待測物的品質(zhì)有關(guān)的內(nèi)容、性質(zhì)或成分等物理、化學情報所采用的檢查方法。應(yīng)用：a.生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制

b.成品的質(zhì)量控制

c.產(chǎn)品流通和儲藏過程中的品質(zhì)檢測特征：①經(jīng)濟環(huán)保②簡便易行③在線檢測④連續(xù)測定⑤現(xiàn)場檢測⑥信息量大國內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)的概況農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測主要包括：水果蔬菜的檢測與分級禽蛋肉類的檢測與分級經(jīng)濟作物的檢測與分級（煙葉茶葉）谷物檢測與分級（小麥玉米大米）分光檢測技術(shù)機器視覺檢測技術(shù)介電特性檢測技術(shù)聲學特性及超聲波檢測技術(shù)力學檢測技術(shù)X射線檢測技術(shù)核磁共振檢測技術(shù)生物傳感器檢測技術(shù)和電子鼻電子舌檢測技術(shù)農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)：機器視覺檢測技術(shù)用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋農(nóng)產(chǎn)品在其生產(chǎn)過程中，由于受到人為和自然等復雜因素的影響，產(chǎn)品品質(zhì)差異很大，在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測與分析時要足夠的應(yīng)變能力來適應(yīng)情況的變化，機器視覺不僅是人眼的延伸，更重要的是具有人腦的部分功能，在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測上的應(yīng)用恰好滿足了這些應(yīng)變的要求紫外、可見、近紅外光譜無損檢測技術(shù)原理：利用農(nóng)產(chǎn)品對光的吸收、散射、反射和透射等特性確定農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)的一種方法，該技術(shù)可廣泛用于谷物、果蔬等多種農(nóng)產(chǎn)品的化學成分分析、物理學品質(zhì)分析色度學品質(zhì)分析，可作為核心技術(shù)構(gòu)建我國農(nóng)產(chǎn)品快速無損檢測體系聲學特性農(nóng)產(chǎn)品的聲學特性及其檢測：指農(nóng)產(chǎn)品在聲波作用下的反射、散射、透射及吸收特性，衰減系數(shù)和傳播速度及其自身的聲阻抗和固有頻率等，它們反映了聲波與農(nóng)產(chǎn)品相互作用的基本規(guī)律包括：通過測定共振頻率確定農(nóng)產(chǎn)品硬度測定聲波傳播速度確定農(nóng)產(chǎn)品的成熟度通過測定聲壓確定農(nóng)產(chǎn)品的含水率超聲波檢測技術(shù)聲學特性分析方法原理，通過測定超聲波脈沖信號經(jīng)過介質(zhì)時的聲速及振幅衰減等來達到檢測的目的應(yīng)用：果蔬無損檢測中的應(yīng)用—果蔬保鮮或成熟度的檢測蛋類品質(zhì)檢測中的應(yīng)用乳制品檢測中的應(yīng)用力學特性檢測技術(shù)基于動力學原理的農(nóng)產(chǎn)品硬度檢測方法，如機械沖擊產(chǎn)生的聲頻信號檢測、機械沖擊響應(yīng)的頻率分析和水果沖擊力檢測振動頻率分析沖擊力檢測法農(nóng)產(chǎn)品基本成分檢測食品添加劑檢測農(nóng)產(chǎn)品新鮮度檢測農(nóng)產(chǎn)品氣味已成熟度的檢測生物傳感器技術(shù)應(yīng)用電子鼻與電子舌電子舌的應(yīng)用基于膜電勢的變化對液體進行分析電子鼻應(yīng)用檢測魚肉蔬菜水果等的新鮮度分類谷物實現(xiàn)儲存等過程的監(jiān)測可應(yīng)用來評價水果干酪等的成熟度評價和識別不同品牌的白酒、葡萄酒，檢測果汁等飲料新鮮度10.2計算機圖像處理的檢測技術(shù)待測定物體物體圖像相應(yīng)結(jié)論數(shù)字圖像高清晰度攝像頭圖像與數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換計算機模擬人的準則判斷①定義：圖像處理：圖像之間進行變換圖像分析：對圖像中感興趣的目標進行檢測和測量，以獲得他們的客觀信息從而實現(xiàn)對圖像的描述圖像理解：在圖像分析的基礎(chǔ)上，進一步研究圖像中各目標的性質(zhì)和他們之間的相互關(guān)系，并對圖像目標的含義進行解釋，從而發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在的規(guī)律性1.組成優(yōu)點：①與被觀測的對象無接觸，不會對被測對象產(chǎn)生任何損傷，安全可靠②理論上講，即使是人眼觀察不到的范圍，機器視覺也可以進行觀察③可長時間在惡劣的工作環(huán)境下運行，不怕疲勞，能排除人的主觀因素的干擾，避免因人而異的檢測結(jié)果硬件：主要涉及光照系統(tǒng)、攝像機、圖像卡和計算機的選配軟件：主要是根據(jù)被測對象的分光特性和檢測要求選擇合適的圖像處理算法，抽取對象的圖像特征，并采用相應(yīng)的模式識別方法，將對象的圖像特征與品質(zhì)指標對應(yīng)起來2.可見光圖像采集方法（1）光照系統(tǒng)主要以可見光作為光源：常用的有白熾燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈等，也常采用X射線、核磁共振、超聲波等方法根據(jù)被測對象的性質(zhì)及檢測要求考慮光源：①被測對象表面得分光反射特性②被測對象的外形③被測對象在視場中的分布情況（2）攝像機電子管攝像機：含光感元件的真空管進行圖像傳感，將所接收到的圖像轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號輸出固態(tài)攝像機：通過高度集成化的半導體光敏元件將目標的光學像變換成電荷像，此電荷像存儲在CCD器件中，在特定的時序信號作用下，電荷以一定的規(guī)律轉(zhuǎn)移到CCD器件的輸出端，供外電路做進一步處理實現(xiàn)由景物的光學圖像到電子圖像轉(zhuǎn)換CCD：金屬-氧化物-半導體技術(shù)集成光敏元件攝像機的主要性能指標①靈敏度：在特定照度下(一般為2000lx)攝取特定目標(測試圖)時，調(diào)節(jié)鏡頭光圈，式攝像機輸出的視頻信號為100IRE，所對應(yīng)鏡頭光圈指數(shù)F表示了攝像機的靈敏度②最小照度：攝取特定目標（測試圖），將光圈增益調(diào)到最大，視頻信號輸出幅度為100IRE時，對應(yīng)的入射光的最小值③分辨率：攝像機對物象中明暗細節(jié)的分辨能力④光學格式(光學系統(tǒng)的尺寸）：直接決定CCD 攝像機時的體積和質(zhì)量，與CCD傳感器的大小相適應(yīng)⑤工作溫度-10~+50℃（3）圖像采集卡：通常攝像機輸出的圖像為模擬信號，不能供計算機直接處理，必須將其轉(zhuǎn)換為計算機可處理的數(shù)字形式，這個過程是圖像的數(shù)字化過程模擬信號數(shù)字信號像素：圖像數(shù)字化后，被劃分為一個個稱作圖像元素的小區(qū)域?qū)傩晕恢?----由掃描線內(nèi)的采樣點的兩個坐標決定灰度-----表示該像素位置處圖像的明暗程度，每一個像素點按一定規(guī)則從白到黑量化為256個灰度級圖像采集卡作用：把圖像信號經(jīng)過采樣后，量化為數(shù)字信號，然后把數(shù)字視頻信號傳送到幀存儲器或計算機存儲器中以便進一步的處理3.紅外圖像采集方法光在物料內(nèi)多次散射和重新分布是光和物料相互作用的主要特征反射光提供了物料表面的特征信息：顏色、表面缺陷、病變和損傷光的吸收和透射則是物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成內(nèi)部顏色和缺陷等信息的載體（1）紅外圖像處理的基本構(gòu)成（2）紅外攝像機CCD與紅外線濾鏡的組合可見光的光量大于紅外線紅外濾鏡可以是所需要波長的紅外線通過第二節(jié)數(shù)字圖像處理方法GYRMBWC包括圖像增強、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑，邊緣銳化，分割，特征提取，圖像識別與理解等1）顏色變換①顏色模型：用于確定顏色在體系中的位置及相互之間的關(guān)系在圖像處理中，最常使用的是RGB和HSI模型RGB面向硬件，有攝像機獲取的顏色圖像被表示成R、G、B三個分量紅色700nm,綠色546nm，藍色HSI模型反映了人觀察彩色的方式，同時也有利于圖像處理HSI表示系統(tǒng)由表示色相（hue），明度（intensity），和飽和度（saturation）的三個基本特征組成包含色彩信息的兩個參數(shù)：色度（H）和飽和度（S）色度：由角度表示反映了該顏色最接近什么樣的光譜波長飽和度是色環(huán)的原點（圓心）在環(huán)的外圍圓周是純的或成飽和的顏色，其飽和度是1，在中心是中性影調(diào)（灰色），飽和度為0H0°S120°240°綠紅藍上式中H=WB≤GH=2π-WB>G②顏色空間變換為了圖像處理的目的，有必要對RGB和HSI這兩種彩色坐標進行轉(zhuǎn)化到HSI變換（非線性變換）到RGB變換當0°≤H<120°時當120°≤H≤240°時當240°≤H<360°時2)正交變換①離散傅里葉變換②小波變換③沃爾什變換④離散余弦變換3)圖像的增強通常對圖像的某些特征如，邊緣，輪廓，對比度等進行強調(diào)或尖銳化，削弱或去除某些不必要的信息，以突出被觀察的對象兩類方法：(1)空間域法-在空間與中直接對圖像像素灰度值進行運算處理①直方圖變換直方圖：表示圖像灰度分布情況的統(tǒng)計圖表（0-黑，1-白）0≤r≤1橫坐標為灰度，縱坐標為各灰度值對應(yīng)的像素數(shù)S=T(r)(a)在0≤r≤1區(qū)間，T（r）單值且單調(diào)增加保證圖像的灰度級從黑到白的次序不變(b)對于0≤r≤1，有0≤T(r)≤1保證變化后像素的灰度值在允許的范圍內(nèi)②圖像平滑a,.鄰域平均值法用幾個相鄰像素的灰度平均值來代替其中一個點的灰度值b.中值濾波是一種非線性的信號處理方法，通常采用一個含有奇數(shù)個點的滑動窗口，將窗口中各點灰度值的中值來替代指定點（一般是窗口中心點）的灰度值。對于奇數(shù)個元素，中值是指按指定大小排序后，中間的數(shù)值對于偶數(shù)個元素，中值是指按指定大小排序后中間兩個元素灰度值的平均值c.空間域低通濾波由于圖像中的噪聲空間相關(guān)性弱，其頻譜一般處于空間頻率較高的區(qū)域，而圖像本身的頻率則處于空間頻率較低的區(qū)域，一次可以通過低通濾波的方法消除噪聲③圖像銳化主要是加強圖像中的輪廓邊緣和細節(jié)，形成完整的物體邊界，達到將物體從圖像中分離出來或?qū)⒈硎就晃矬w表面的區(qū)域檢測出來的目的a.梯度法b.空間域高通濾波法c.掩模匹配法④偽彩處理把黑白圖像的各個灰度值按照一種線性或非線性函數(shù)關(guān)系映射成相應(yīng)的彩色圖像a.灰度分層法b.變換法（2）頻率域法圖像增強的頻率域法就是將圖像的進行變換、濾波處理，然后變換回空間域②高通濾波器a.理想高通濾波器b.巴特沃思高通濾波器c.指數(shù)高通濾波器d.梯形高通濾波器①低通濾波器a.理想低通濾波器b.巴特沃思低通濾波器c.指數(shù)低通濾波器d.梯形低通濾波器4）圖像特征提取圖像特征是指圖像的原始特征或?qū)傩?，其中有些是視覺直接感受到的自然特征，如某個區(qū)域的亮度、輪廓、紋理或色彩等，也有一些通過變換化后得到的特征，如頻譜、直方圖、矩等特征（1）圖像分割在利用機器視覺技術(shù)進行食品品質(zhì)檢測時，必須將檢測對象從背景中分離出來，提取食品的品質(zhì)信息重要性：①它是目標表達的基礎(chǔ)，對對象的特征測量有重要的影響②因為圖像分割及其基于分割的目標表達、特征提取和參數(shù)測量等將原始圖像轉(zhuǎn)化為更緊湊的形式，使更高層的圖像成為可能圖像的閾值分割將圖像分割成對象和背景的灰度值，在進行圖像分割時，作為區(qū)分對象與背景的門限，大于或等于閾值的像素對應(yīng)于一種對象,這種方法對于對象與背景之間存在明顯差別的圖像分割很有效。暗亮TB1B2分割圖像分兩步首先確定門限T-閾值LO

如果f(i,j)>TLB

其他式中，f(i,j)原圖像在(i,j)處得灰度值，g(i,j)分割后圖像(i,j)處得灰度值，T閾值，LO對象，LB背景閾值的確定:根據(jù)灰度值的概率分布模型來確定P1TP2P2(x)P1(x)xP基于梯度的圖像分割方法利用邊界具有高梯度值的性質(zhì)直接把邊界找出來①邊界跟蹤②梯度圖像二值化③拉普拉斯邊緣檢測（2）紋理特征的提取紋理：灰度在空間的分布紋理特征的兩個要素a.紋理基元：一種或多種圖像基元的組合，紋理基元具有一定的形狀和大小，例如花布的花紋b.紋理基元的排列組合：基元排列的疏密、周期性、方向性等的不同，能使圖像的外觀產(chǎn)生極大的改變紋理特征的提取通過一定的圖像處理技術(shù)抽取出紋理特征，從而獲得紋理的定量或定性描述的處理過程。因此紋理特征提取應(yīng)包括兩方向的內(nèi)容：檢測紋理基元獲得有關(guān)紋理基元排列分布方式的信息（3）形狀特征的提取圖像經(jīng)過邊緣提取和圖像分割等操作，就會得到景物的邊緣和區(qū)域，也就獲取了景物的形狀景物形狀的描述幾何屬性統(tǒng)計屬性拓撲屬性（4）顏色特征的提取農(nóng)產(chǎn)品機器視覺顏色檢測的主要依據(jù)就是根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的表面色彩與其品質(zhì)間的相互關(guān)系，通過檢測其表面顏色來間接檢測農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。例：根據(jù)其顏色的變化來判斷柑橘是否成熟橘黃色表皮的柑橘色度值17-27綠色表皮柑橘色度值21-385）圖像識別方法在機器視覺系統(tǒng)中，對處理結(jié)果的要求不僅僅是一幅完整圖像，而是將經(jīng)過上述處理后的圖像，再經(jīng)過進一步的處理后，提取有效特征進而加以判決分類。對象圖像輸入圖像預處理結(jié)果輸出模式分類特征提取模式識別方法a.統(tǒng)計（決策理論）方法首先把模式進行預處理，進行數(shù)據(jù)壓縮，抽取出一些能反應(yīng)模式性質(zhì)的特征，比如n個特征，就用一個n維向量來描述相應(yīng)的模式，并采用一個或若干個向量表示的“模板”作為某類模式的代表。對于一個未知的模式，就通過他與模板進行匹配，計算判別函數(shù)或距離的大小來決定它所屬的類。分類相當于劃分特征空間，使空間中的某一部分與一個模式類相對應(yīng)。b.句法（結(jié)構(gòu)）方法是著眼于模式的結(jié)構(gòu)，把模式的生成及識別與語言加以比較。把識別方法建立在數(shù)理語言的基礎(chǔ)上，把數(shù)理語言中的句法結(jié)構(gòu)及生成方式用于模式的的構(gòu)成與描述。例如，一個圖形的構(gòu)成，就像一個英文句子有一些短語組成，短語又由單詞組成等等。一幅圖像就相當遠某種文法規(guī)則組成的句子，而這種句子就是由一些稱為基元的圖像元素組成。如果把機緣看成符號，那么一個圖形就可以用一個符號串，符號構(gòu)成的樹狀形式，或包括節(jié)點和分支的圖的形式來描述機器視覺利用一個用以代替人眼的圖像傳感器，獲取一個物體的圖像，將圖像轉(zhuǎn)換成一個數(shù)據(jù)矩陣，并利用一個用以代替人腦的計算機來分析圖像并完成一個與視覺有關(guān)的任務(wù)10.2.2計算機圖像處理技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用1）水果品質(zhì)高速實時檢測與分級系統(tǒng)2）草莓分選機器人（1）系統(tǒng)組成（2）草莓形狀特征的抽出①將彩色圖像轉(zhuǎn)變成黑白的二值圖像，提取邊緣信號后得到整體輪廓線圖像②彩色圖像減去R灰度圖像產(chǎn)生目標圖像③目標圖像經(jīng)二值和邊緣提取處理后，得到了果實輪廓線圖像④最后把整體輪廓線圖像和果實輪廓線圖像和這兩圖像進行邏輯與運算后，得到曲線形的草莓形狀特征圖像3）水果缺陷近紅外圖像檢測研究4）紅外熱成像法（1）紅外熱成像的原理和黑體的紅外輻射規(guī)律黑體：就是在任何情況下對一切波長的入射輻射吸收率都等于1的物體，也就是完全吸收。作為自然界中實際存在的任何物體對不同波長的入射輻射都有一定的反射（吸收率不等于1），所以黑體只是人們抽象出來的一種理想化的物體模型。黑體定律a.輻射的光譜分布規(guī)律-----普朗克輻射定律b.輻射功率隨溫度變化的規(guī)律---斯蒂芬-波爾茲曼定律c.輻射的空間分布定律----朗伯余弦定律闡述了凡是溫度高于開氏（絕對零度）的物體都會自發(fā)的向外發(fā)射紅外熱輻射，而且黑體單位表面及發(fā)射的總輻射功率與開氏溫度的4次方成正比，溫度只要有較小的變化，就會引起物體的輻射功率發(fā)生較大的變化紅外線成像的原理基礎(chǔ)水果缺陷紅外熱成像檢測研究主要通過探測正常的與損傷的水果間由于熱特性的不同而引起溫度差來實現(xiàn)水果表面的缺陷由于表皮的破損加速了水分的散發(fā)而使缺陷處溫度降低表皮下的內(nèi)部缺陷，由于受擠壓和碰撞產(chǎn)生，在剛剛受損傷的組織中，由于碰撞時的組織受到壓縮而密積，減少了多孔滲水，從而形成正常的與損傷的水果間不同的熱擴散率紅外熱像儀比較困難檢測出溫度差，因為往往在實驗前增加預熱或冷卻的過程方法1：在相對濕度為50%的環(huán)境中，加熱到26℃方法2：在相對濕度為50%的環(huán)境中，加熱到37℃方法3：將以在40℃熱水中放置2~3min的蘋果在相對濕度為50%的環(huán)境中冷卻到26℃10.3食品物性的力學、聲學、電學、光學檢測技術(shù)10.3.1食品的力學檢測技術(shù)及其在食品檢測中的應(yīng)用1.食品的力學檢測技術(shù)力學檢測研究的是物料力學量的檢測，包括質(zhì)量、溶劑、密度、應(yīng)力、堅實度、振動、沖擊以及在聲場和超聲波作用下的各種響應(yīng)力學（機械）特性①固體物料的力學特性主要包含質(zhì)量（重量）、密度、應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律、沖擊、振動、屈服強度、堅實度、蠕變、松弛、流變模型等②散粒體的力學特性包含摩擦、粘黏附、變形、流動、離析③液體物料的力學特性主要包含流體力學特性、流變特性、黏性、黏彈性等④動力學特性和超聲波特性等

隨著水果蔬菜的生長期與儲藏時間，果蔬的堅實度會不斷變化

M-T戳穿試驗方法（MagnessTaylorpuncturetest）實用儀器測定項目使用對象范圍測定舉例壓縮破壞型儀器萬能測試儀質(zhì)地測試儀壓縮儀壓力、彈性率、黏度、破壞功、脆度、堅實度、凝聚性、膠彈性、咀嚼性固體、半固體、多孔性食品奶油、干酪、漢堡包、稀奶油、黃瓜、胡蘿卜、果凍、面包、蛋糕剪斷型儀器柔嫩度儀沖孔測試儀剪斷力、堅實度（剛性率）、最大剪切應(yīng)力纖維狀食品肉片、漢堡包切入型儀器凝乳質(zhì)地儀流變儀（刀片或鋼絲）切斷力、堅實度、切斷功，粘稠度高脂肪食品、凝膠狀食品豆腐、雞蛋羹、奶油、干酪、人造奶油、漢堡包插入型儀器針入度儀強度儀堅實度（插入度）、屈服值高脂肪食品、凝膠狀食品奶油、干酪、魚糕攪拌型一起面團阻力儀淀粉粉力儀面團形成時間、面團穩(wěn)定度、面團衰落度、綜合評價值黏度、糊化溫度揉混類食品米飯、年糕、面團食品流變儀拉斷力、拉斷功、堅實度（彈性率）凝膠狀食品魚糕減壓測試儀剪斷力、壓縮力纖維狀食品蔬菜、水果、肉（1）果蔬的質(zhì)地指標果蔬的堅實度、硬度與成熟度的關(guān)系極大a.堅實度：反應(yīng)細胞間結(jié)合力變化的物理指標，果蔬在成長和存儲過程中，細胞間的結(jié)合力變小堅實度的檢測應(yīng)用：①對生長中果蔬的成熟度進行監(jiān)測和分析，決定合適的收獲期②對收獲的果蔬按其成熟度分級，以便儲存③果蔬內(nèi)部品質(zhì)的檢測，保鮮、存儲期的確定ⅰ利用頻率檢測果蔬堅實度的方法原理：固有頻率與其材料彈性模量E存在如下關(guān)系：對西瓜的堅實度研究取得了較好的結(jié)果，西瓜的固有頻率隨成熟度的增加而降低，堅實度指數(shù)與含糖量也存在明顯的相關(guān)關(guān)系ⅱ利用沖擊力檢測果蔬堅實度的方法通過測得沖擊力估計或計算出材料的彈性模量，并與堅實度聯(lián)系起來觸發(fā)器金屬平板壓力傳感器抓果器光線示波器動態(tài)電阻應(yīng)變儀htt24681012605040302010fp1fp2H1=63N/cm2H2=27.8N/cm2t力f沖擊力特性參數(shù)：恢復系數(shù)（r）能量吸收率（E）

時間特性參數(shù)（c）桃子的沖擊力特性圖桃子的硬度越高，連續(xù)兩次沖擊的時間間隔越長，第二個圖中，反映了桃子與金屬板整個接觸過程中，接觸沖擊力開始由零快速升到峰值，隨后又快速下降的過程，這個期間力作用時間較短果蔬的沖擊力特性參數(shù)主要有①恢復系數(shù):為下落后最初兩次碰撞中的第二次碰撞沖量與第一次碰撞沖量之比，硬度高，t大，r變大在不計空氣阻力時：h----物料的自由下落高度，mg----重力加速度m/s2②能量吸收率：設(shè)第一次碰撞后回彈高度h1，則物料碰撞前后具有的機械能比等于h與h1兩個高度之比桃子硬度高，t大，h1大，E變?、蹧_擊力時間特征參數(shù)c------物料的沖擊時間特性參數(shù)，N/sfp

------物料的最大沖擊力，Ntp-------到達最大沖擊力的時間，s硬度越高，fp也越高，tp越短，故時間特性參數(shù)c越大b.硬度的檢測：主要取決于物體本身的彈性模量、屈服強度、塑性、脆性以及內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶狀態(tài)及原子間的間結(jié)合力等因素沖擊力特性參數(shù)與硬度的關(guān)系ⅰ恢復系數(shù)r與硬度H之間的關(guān)系指數(shù)曲線模型：雙曲線模型桃子的硬度高恢復系數(shù)也高硬度H(N/cm2)恢復系數(shù)r硬度H(N/cm2)能量吸收率Eⅱ能量吸收率E與硬度的H的關(guān)系硬度H(N/cm2)時間特定參數(shù)ⅲ時間特定參數(shù)與硬度的H的關(guān)系ⅳ3個沖擊力參數(shù)比較：均可以作為按硬度（即成熟度）分級的參數(shù)，且不受桃子本身質(zhì)量影響桃子硬度分級過于成熟H＜35N/m2剛成熟和已成熟H=35~55N/m2未成熟H＞55N/m22.食品的力學檢測技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用利用沖擊振動檢測西瓜的成熟度西瓜部位彈性模量E/MPa西瓜部位彈性模量E/MPa1#西瓜2#西瓜1#西瓜2#西瓜瓜皮（硬皮內(nèi)側(cè)）外層（瓜瓤外層）2.200.512.400.42中間層（瓜瓤中間）中心層（瓜瓤中心）0.440.400.320.30注：1#西瓜含糖量為9.0%，成熟度為中等，2#西瓜含糖量為11.0%，成熟度為較好（1）沖擊振動響應(yīng)方法無損檢測西瓜成熟度的原理將西瓜視為多層球狀彈性體，當其受到瞬態(tài)沖擊時，球體將產(chǎn)生振動響應(yīng)，按照彈性體振動理論由沖擊造成的震動響應(yīng)頻率，是彈性體的固有頻率。利用固有頻率可以估算西瓜的成熟度這是沖擊振動響應(yīng)法進行西瓜成熟度無損檢測的基本原理電荷放大器電荷放大器西瓜信號分析儀力錘加速度計（2）西瓜固有頻率的測量西瓜的成熟度指數(shù)f2·m2/3來表示西瓜的成熟度如圖所示，成熟度指數(shù)與含糖量的關(guān)系5678910151050成熟度指數(shù)/104含糖量/%數(shù)據(jù)采集卡信號調(diào)理板固態(tài)繼電器執(zhí)行電動機位移傳感器力傳感器微型計算機開關(guān)量I/O接口卡國內(nèi)力學檢測系統(tǒng)簡介英國SMS公司食品質(zhì)構(gòu)測試儀食品的聲學檢測技術(shù)及其在食品檢測中的應(yīng)用1.聲波的基本性質(zhì)：聲波反射散射透射吸收衰減傳播聲阻抗固有頻率食品和農(nóng)產(chǎn)品聲學特性監(jiān)測裝置通常由聲波發(fā)生器、聲波傳感器、電荷放大器、動態(tài)信號分析儀、微型計算機、繪圖儀或打印機等組成。檢測原理：由聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波連續(xù)射向被測物料，反射、散射、或從物料透過的聲波信號，被傳感器接收，經(jīng)過放大后送到動態(tài)信號分析儀和計算機進行分析，打印機或繪圖儀輸出聲波發(fā)生器被測物料聲波傳感器電荷放大器動態(tài)信號分析儀和計算機繪圖儀或打印機2、基本檢測原理

果品的聲波特性隨內(nèi)部果肉的性質(zhì)不同而變化。西瓜果實受到打擊時，產(chǎn)生的聲波的特點與西瓜的內(nèi)部品質(zhì)有關(guān)。聲波的特點：波形功率譜峰值頻率對稱度指數(shù)衰減率未熟西瓜打擊聲波為非對稱波形，波形對稱度為，指數(shù)衰減率為由快速傅立葉變換法解析出的功率譜峰值頻率為164-280Hz；

適熟西瓜打擊聲波呈規(guī)則的指數(shù)衰減波形，對稱度為，指數(shù)衰減率為，功率譜峰值頻率為132-164HZ過熟或空洞西瓜

呈不規(guī)則的波形，指數(shù)衰減率為0.10-0.16，對稱度為0.90-0.97，功率譜峰值頻率為110-130Hz。另外，過熟或空洞西瓜的打擊聲波到達檢測部位的時間與適熟西瓜略有不同。利用電子計算機解析打擊聲波波形，根據(jù)由試驗確定的鑒別基準值，便可測定內(nèi)部空洞、成熟度和果肉變質(zhì)狀態(tài)。對稱度衰減率頻率Hz未成熟0.55-0.800.40-0.76164-280適成熟0.92—0.980.12-0.18132-164過成熟0.90-0.970.1-0.16107-130待選潔凈機檢測自動裝箱封箱3.超聲波檢測技術(shù)原理：利用高頻聲波與物質(zhì)之間的相互作用，測得被測物質(zhì)內(nèi)部物理化學性質(zhì)的一種技術(shù)超聲波的測量參數(shù)通過介質(zhì)的聲速和振幅衰減ABDC1C2db.超聲波的衰減檢測技術(shù)聲波衰減是由于傳遞過程中聲波能量發(fā)生吸收和散射，引起振幅減小A=A0e-ada-----衰減系數(shù)A----聲波通過介質(zhì)后檢測到的振幅A----初始振幅d----超聲波通過的距離應(yīng)用：（1）物質(zhì)的體積彈性模量和剛性彈性模量（2）物質(zhì)的復合剪切黏度，尤其適用于黏彈性介質(zhì)（3）分散體系和膠體體系的分散相粒度大小及其他性質(zhì)（4）不同超聲波性質(zhì)的混合體系的組分含量（5）不同超聲波性質(zhì)的介質(zhì)層厚度或深度（6）物質(zhì)的流動速度（7）物質(zhì)的相轉(zhuǎn)變利用超聲波檢測馬鈴薯空心打印機或繪圖儀計算機數(shù)字存儲示波器高頻脈沖發(fā)生器寬頻帶接收器試樣發(fā)射探頭接收探頭當遇到不連續(xù)組織時，一部分波能被反射，另一部分繼續(xù)傳播，穿過馬鈴薯的超聲波則被另一次的接受探頭接收，由于馬鈴薯的空心會導致超聲波的多次反射，所以通過空心馬鈴薯的信號比通過實心馬鈴薯的信號弱，波動時間長，有更多的波峰和波谷，而且透射信號的幅值和功率譜密度要小得多。10.3.3.食品的電學檢測技術(shù)及其在食品檢測中的應(yīng)用食品的組織、成分、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等和它們的電特性都有著密切的關(guān)系，食品與農(nóng)產(chǎn)品的成分、狀態(tài)或品質(zhì)的檢測是研究其電特性的主要目的之一。食品與農(nóng)產(chǎn)品電特性的變化主要表現(xiàn)在電流密度、磁導率、絕對介電常數(shù)(電容率)、電導率等方面。食品與農(nóng)產(chǎn)品的電特性檢測方法：a.切片法：將被測物料加工成規(guī)則形狀后，放入平行電極間檢測其電特性b.突刺法:將針狀電極刺入被測的物料中檢測其電特性c.接觸法：將被測物料直接放入平行電極，保持電極與物料的接觸檢測其電特性d.非接觸法：將物料放于平行電極間，在不與電極直接接觸或通過其它介質(zhì)的情況下，檢測其電特性VAREK被測物料伏安法VA被測物料EK1K2R補償法GURSCSR3R4C4Cb被測物料電橋法幾種阻抗檢測電路電學檢測技術(shù)的應(yīng)用1.利用生物電特性鑒別受精蛋國內(nèi)種蛋孵化場用的方法：人工光照法剔除無精蛋和死胚蛋，在孵化的第5天進行光照，剔出無精蛋。浪費蛋：新鮮蛋孵化72h后，就不適合加工成蛋制品，浪費大量食用蛋，消耗無用的能量，而且孵不出雛雞的蛋中的細菌又污染正常的孵化蛋。雞蛋的生物電現(xiàn)象：

生物電現(xiàn)象是生命組織普遍存在的一種生理現(xiàn)象，凡有生命的細胞都會產(chǎn)生生物電流。雞蛋的生物電現(xiàn)象是這一生命單元在不同時期生命活動的表現(xiàn)。研究表明，種蛋的生物電與其受精與否、雞胚雌雄性別以及蛋品新鮮度之間存在較大的相關(guān)性，可以成為鑒別和剔除無精蛋、弱精蛋和死胚蛋的一種新的技術(shù)和方法。雞蛋的各種內(nèi)容物（胚胎、蛋黃、蛋白）之間的電位差產(chǎn)生一個電場，電場的變化可以在單殼外測得它包括電極、雞蛋夾緊裝置、放大器、A／D采集器、計算機和監(jiān)控示波器等。電極從蛋殼外采集的電信號送入放大器后分成兩路：一路接示波器；一路接A／D采集器。采樣后數(shù)據(jù)送入計算機，供處理分析用。受精蛋與無精蛋的生物電信號的波形有較大的差異。通過100只樣本(60只種蛋和40只無精蛋)連續(xù)10d的跟蹤觀測，發(fā)現(xiàn)無精蛋的電信號的波幅很小，其時域信號大多近乎直線；受精蛋的生物電信號較為豐富，其時域信號波形如圖3—17所示。

無精蛋的電信號的波幅很小，其時域信號大多近乎直線；受精蛋的生物電信號較為豐富，2.利用谷物的電特性檢測含水率a.測量谷物含水率的電容方法分析dLDL是圓柱形容器的高度，D為外電級的內(nèi)徑，d為內(nèi)電極的外徑，為真空中的介電系數(shù)，為谷物相對介電系數(shù)，C為電容量缺點：ⅰ在含水率等同條件下，電容量的值與谷物品種有關(guān)ⅱ同一品種的谷物也會出現(xiàn)測量誤差ⅲ測量時，溫度和空氣中的相對濕度對測量只有直接的影響，溫度高，濕度大，使谷物膨脹變得松軟，會引起介電系數(shù)改變ⅳ由于谷物的相對介電系數(shù)受到諸多因素的影響，致使電容量的值與谷物的含水率不成線性關(guān)系通過一定的圖像處理技術(shù)抽取出紋理特征，從而獲得紋理的定量或定性描述的處理過程。國內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)的概況主要通過探測正常的與損傷的水果間由于熱特性的不同而引起溫度差來實現(xiàn)呈不規(guī)則的波形，指數(shù)衰減率為0.利用動物的味覺或嗅覺器官對相應(yīng)物質(zhì)的化學感受器，來識別某種化學分子并轉(zhuǎn)換成感受器神經(jīng)的脈沖電位來進行測定光在物料內(nèi)多次散射和重新分布是光和物料相互作用的主要特征食品的力學檢測技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用C（發(fā)光試劑）+Bhγ,換能反應(yīng)把黑白圖像的各個灰度值按照一種線性或非線性函數(shù)關(guān)系映射成相應(yīng)的彩色圖像g----重力加速度m/s2經(jīng)過自動分類的合格產(chǎn)品，可以獲得總體質(zhì)量等級的提高。（2）可見分光法在大米色選檢測中的應(yīng)用（5）不同超聲波性質(zhì)的介質(zhì)層厚度或深度沖擊力特性參數(shù)與硬度的關(guān)系在進行測量時，酶的催化作用使待測的有機分子反應(yīng)，生成了場效應(yīng)晶體管能夠響應(yīng)的離子第二節(jié)數(shù)字圖像處理方法2.利用谷物介電特性的品質(zhì)檢測和分級品種和籽粒質(zhì)量相同的谷物，介電常數(shù)愈大，其活力越低，品質(zhì)越差，而介電常數(shù)小的谷物則具有較高的活力和較好的品質(zhì)，這為介電分選原理實現(xiàn)按谷物活力進行品質(zhì)的分選提供了理論依據(jù)圖食品的光學檢測技術(shù)及其在食品檢測中的應(yīng)用、食品的光學檢測技術(shù)及其在食品檢測中的應(yīng)用利用紫外、可見、紅外等光線與物體的相互作用而產(chǎn)生的反射、散射和吸收等現(xiàn)象，用于食品品質(zhì)檢驗是20世紀60年代開始的新方法。光學特性可以反映食品與農(nóng)產(chǎn)品物料的：表面顏色、內(nèi)部顏色、內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)以及某種特定物質(zhì)的含量，進而反映了食品與農(nóng)產(chǎn)品物料的某些重要的品質(zhì)指標，目前發(fā)達國家已把光學特性檢測和分選技術(shù)應(yīng)用于食品與農(nóng)產(chǎn)品的物料質(zhì)量評定和質(zhì)量管理的許多方面。應(yīng)用光學特性檢測技術(shù)測定食品與農(nóng)產(chǎn)品物料品質(zhì)的最終目的：進行自動化分級、分類和分選。如：剔除缺陷品：如損傷個體、霉變個體按某成分含量分類：如葉綠素分茶葉的新鮮度對成熟度分類：以便分別貯藏和銷售。經(jīng)過自動分類的合格產(chǎn)品，可以獲得總體質(zhì)量等級的提高。紫外分光法檢測技術(shù)主要是在紫外光源照射下，導致熒光物質(zhì)發(fā)光而進行目標檢測的

從破損的細胞中漏出果皮表面紫外光(激發(fā)光源)精油發(fā)出強熒光（波長560nm）

220nm和365nm兩處波長

正常柑橘不釋放

利用正常部位與損傷部位的熒光發(fā)光強度的不同，通過計算機進行數(shù)據(jù)處理后即可以進行柑橘的分級。2.可見分光法的檢測技術(shù)選擇一個合適的光學特性和一個質(zhì)量特征是建立光學質(zhì)量指標的關(guān)鍵通常選擇光指標的程序是研究產(chǎn)品光譜在不同波長的響應(yīng)，選擇一個或者一系列與質(zhì)量特性相關(guān)的波長，測量標準根據(jù)采用的變量形式分為以下五類：（1）單波長測量：在某一特殊波長物體的光特性被作為一個指標（2）差分測量：測量兩個不同波長的光密度差（3）比率測量：取兩種不同波長的光的特征之比（4）復合測量：（5）全光譜測量：將一段波長的光譜值與物料質(zhì)量特征相關(guān)，利用化學計量學的方法進行計算分析可見分光法的檢測技術(shù)的應(yīng)用（1）可見分光法在澀柿檢測中的應(yīng)用原理：當可溶性丹寧含量在0.5%以上時，人們就會感覺柿子發(fā)澀，而在0.5%以下是就會覺得甜，柿子脫澀是因可溶性單寧物質(zhì)轉(zhuǎn)化成不可溶性、俗稱褐斑的物質(zhì)所致。這種褐斑物質(zhì)是檢測甜柿的重要元素，當可見光照射到柿子上時存在褐斑物質(zhì)---丹寧細胞吸收光線----柿子顏色呈暗紅色丹寧細胞沒有褐變------使柿子顏色發(fā)紅發(fā)亮（2）可見分光法在大米色選檢測中的應(yīng)用a.色選機基本原理：利用物料的反射光量差異進行好壞識別，并利用電磁排料器去除異色粒或雜質(zhì)b.色選機的主要用途：排除雜質(zhì)如石頭、沙子、玻璃、金屬等去除對人體極具危害的黃斑、霉變、蟲蛀、等有害物質(zhì)c.色選機的結(jié)構(gòu)和工作原理：圖光電色選機的工作原理（選擇花生仁、米粒等）：貯料斗中的物料由振動喂料器送入通道成單行排列，依次落入光電檢測室，在光電探測器與比色板之間通過。被選顆粒對光的反射率及比色板的反射率用光電探測器相比較，顏色的差異使光電探測器內(nèi)部的電壓改變，并經(jīng)放大。如果兩者的信號差別超過自動控制水平的預置值，即被存儲延時，隨即驅(qū)動氣閥，高速噴射氣流將物料吹送入旁路通道。而合格品流經(jīng)光電檢測室時，檢測信號與標準信號差別微小，信號經(jīng)處理判斷為正常，氣流噴嘴不動作，物料進入合格品通道。色選機的核心—光學檢測系統(tǒng)類型：①單色光檢測系統(tǒng)10123456789既可用作反射光檢測又可用于透射光檢測雙色光檢測系統(tǒng)三視雙色光檢測系統(tǒng)例1：下圖為某種檸檬不同成熟度的反射光譜。在波長678nm處，二者有明顯差異，可選一小段λ1-λ2進行檢測分選。

有時，只采用一段光譜還難以把物料中的合格品與疵品完全分開，可采用兩段或多段光譜對物料進行檢測分選。圖是三個等級的花生仁的反射光譜，采用兩段的反射光譜就可以將它們分開。3.近紅外分光法檢測原理近紅外（nearinfaredNIR）光是指波長介于可見光區(qū)域中紅外光區(qū)之間的電磁波，波長范圍約為μm，波束范圍12500~4000cm-1.原理：近紅外光譜的信息源是分子內(nèi)部原子間振動的倍頻與合頻，在近紅外分析中，具有實際意義的主要是以含H的基團（O-H,N-H,C-H等）為主的一些特征基團近紅外光譜分析特點：①樣品一般不需預處理，適于快速分析②可以利用漫反射技術(shù)③多組分同時分析④屬于綠色分析技術(shù)近紅外分光法在食品成分檢測中的應(yīng)用10.4傳感器檢測技術(shù)電子鼻、電子舌檢測技術(shù)生物嗅覺--人的嗅感產(chǎn)生過程框圖鼻腔嗅細胞吸附嗅細胞表面電荷改變、產(chǎn)生電流刺激神經(jīng)末梢產(chǎn)生興奮信號嗅球中經(jīng)對信號進行一系列加工、放大并傳遞到大腦大腦皮層嗅區(qū)進行信號處理玫瑰花香產(chǎn)生信號信號傳遞與預處理大腦識別嗅感10.4傳感器檢測技術(shù)電子鼻、電子舌檢測技術(shù)1.概述:

以前煙、酒、飲料等的品質(zhì)都依靠人的感官來評定，造成很大的個體差異，所以希望找到一種客觀準確的嗅覺鑒別方法來代替人工品聞。電子鼻就是肩負著這個使命誕生的！電子鼻的定義：是指由多個性能彼此重疊的氣敏傳感器和適當?shù)哪Ｊ椒诸惙椒ńM成的具有識別單一和復雜氣味能力的裝置人工嗅覺系統(tǒng)（電子鼻）氣體傳感器氣體傳感器氣體傳感器模擬電壓信號模擬電壓信號模擬電壓信號A/DA/DA/D陣列數(shù)據(jù)預處理器知識庫數(shù)據(jù)處理器智能解釋器氣味分子輸出結(jié)果2.工作原理信號預處理氣敏傳感器陣列模式識別氣體輸出金屬氧化物半導體傳感器聲表面波傳感器導電有機聚合物膜傳感器石英晶體諧振傳感器電化學傳感器紅外光電傳感器LB膜傳感器A/D轉(zhuǎn)換主成份分析PCA偏最小二乘法PLS聚類分析法CA人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN3.電子鼻的應(yīng)用一.GardnerJW等利用電子鼻進行病原微生物白喉桿菌、金黃葡萄球桿菌的類型和生長階段預測的研究，開發(fā)一套自動話的采樣設(shè)備，使用六個金屬氧化物傳感器、一個溫度傳感器、一個濕度傳感器組成的陣列并應(yīng)用多層傳輸網(wǎng)絡(luò)（MLP）和誤差反向傳播(ErrorBackPropagation,BP)算法進行識別電子鼻還可以用來檢測爆炸物TNT、疾病診斷如腎臟疾病癌癥等生物味覺人工味覺實驗裝置前置放大多路轉(zhuǎn)換數(shù)字電壓計計算機待測溶液多通道味敏電極參考電極人的味覺嗅覺系統(tǒng)人工嗅覺系統(tǒng)人工味覺系統(tǒng)初級嗅覺、味覺神經(jīng)元：嗅細胞、嗅神經(jīng)、味細胞、味蕾氣體傳感器陣列多通道類脂膜味覺傳感器陣列二級嗅覺、味覺神經(jīng)元：對初級嗅覺、味覺神經(jīng)原來的信號進行調(diào)節(jié)抑制運放、濾波等電子線路運放、濾波等電子線路大腦：對二級嗅覺味覺神經(jīng)元得到的信號進行處理，做出判斷計算機計算機電子舌電子鼻在食品檢測中的應(yīng)用對啤酒香味檢測的人工嗅覺系統(tǒng)10.4.2生物傳感器檢測技術(shù)

1.概述：生物傳感器屬于化學傳感器的有一個分支。生物傳感器定義:人們把這類用固定化的生物體成分（酶、抗體、抗原、激素）或生物體本身（細胞、細胞器、組織）作為敏感元件的傳感器稱為生物傳感器。識別元件轉(zhuǎn)換元件電子儀器被測物生物傳感器檢測原理：當被檢測物質(zhì)與感受器接觸時，兩者發(fā)生物理化學反應(yīng)，從而形成復合體，信號轉(zhuǎn)化器的作用是把識別物質(zhì)部位的變化轉(zhuǎn)換成電信號，在反應(yīng)過程中，識別物質(zhì)部位通常產(chǎn)生光熱或物質(zhì)的增減，通過轉(zhuǎn)化器即可將識別物質(zhì)部位的反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電信號輸出從而檢測出待測物質(zhì)2.生物傳感器分類：酶傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器1）酶傳感器主要是利用酶在生物體內(nèi)催化特定底物的特異性反應(yīng)，從含有多種多樣有機物的生物試樣中選擇性地把特定物之迅速測定出來，可分為酶電極、酶熱敏電阻傳感器、FET-酶傳感器、光學型酶傳感器①酶的本質(zhì)和特征本質(zhì)：降低反應(yīng)的活化能，是反映迅速達到平衡，但不改變反應(yīng)的平衡點與一般的化學催化劑相比催化效率更高反應(yīng)的轉(zhuǎn)移性更強具有調(diào)節(jié)能力作用條件溫和容易變性和失活①酶電極